固結(jié)灌漿在巖溶地基處理中的應(yīng)用

□彭 峰（遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

0.引言

眾所周知，巖溶是由石灰?guī)r，泥灰?guī)r等可溶性巖石長(zhǎng)期受水的化學(xué)溶蝕和機(jī)械作用而形成的。在附加荷載或振動(dòng)作用下，如果建筑物的地基巖層內(nèi)存在溶洞，當(dāng)其上覆蓋土層時(shí)，會(huì)致使地基產(chǎn)生不均勻沉降，地基變形塌陷，建筑物倒坍，影響建筑物的使用。下面通過實(shí)例，介紹固結(jié)灌漿在巖溶地基處理中的應(yīng)用。

1.固結(jié)灌漿

固結(jié)灌漿是為了改善節(jié)理裂隙發(fā)育或有破碎帶的巖石的物理力學(xué)性能而進(jìn)行的灌漿工程。其主要作用是：提高巖石的抗壓強(qiáng)度與彈性模量；提高巖石的整體性與均質(zhì)性；減少巖石的變形與不均勻沉陷。固結(jié)灌漿適用于水工隧洞、混凝土重力壩、凝土拱壩或重力拱壩。其中水工隧洞在襯砌后常進(jìn)行巖石固結(jié)灌漿；壩基全面積固結(jié)灌漿在混凝土重力壩上面得到廣泛應(yīng)用；對(duì)于受力較大的壩肩拱座巖石，要對(duì)混凝土拱壩或重力拱壩進(jìn)行固結(jié)灌漿。在破碎的巖層中開挖隧洞時(shí),為避免巖石坍塌或集中滲漏,可在開挖前進(jìn)行一定范圍內(nèi)的斜孔或水平孔超前固結(jié)灌漿。設(shè)置混凝土墊層時(shí)，如果在土石壩防滲體底部進(jìn)行固結(jié)灌漿，則能保證墊層下部巖石的穩(wěn)定性。當(dāng)巖基表面有一定厚度的混凝土或澆筑混凝土蓋板后，才能進(jìn)行固結(jié)灌漿，這樣可以保證灌漿的質(zhì)量。巖石地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)，一般先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)灌漿試驗(yàn)，確定技術(shù)參數(shù)（孔距、排距、孔深、布孔形式、灌漿次序、壓力等）。淺層固結(jié)灌漿孔多用風(fēng)鉆鉆孔；深層孔多用潛孔鉆或巖心鉆鉆孔。平面布孔形式有梅花形、方格形和六角形。排距和最終孔距一般為3～6m,按逐漸加密方法鉆灌。灌漿時(shí)先從稀漿開始，逐漸變濃，直至達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。灌漿材料以水泥漿液為主，在巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育地段，吃漿量很大時(shí)，常改灌水泥砂漿。灌漿全部結(jié)束后，對(duì)固結(jié)效果的檢查方法有：測(cè)定彈性波速與彈性模量；鉆檢查孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)和巖心檢查；必要時(shí)開挖平洞或豎井直觀檢查。

2.工程概況

秦沈客運(yùn)專線DK170+380～DK170+600段為巖溶發(fā)育地段，該段地層表層為粘土，其下為礫砂，局部含圓礫土，下伏薊縣系白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，地下水埋深3.6 m。其中DK170+520.56段地質(zhì)情況為粘土、砂粘土、圓礫土、粗砂、礫砂和白云質(zhì)灰?guī)r，設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)支箱梁橋，樁基設(shè)計(jì)為端承樁，基礎(chǔ)為40根的Ф1.0 m鉆孔樁，共計(jì)914 m。該橋梁的地基白云質(zhì)灰?guī)r中含有半充填溶洞，樁基基底坐落在溶洞1.5 m以下的巖面上，其中3#臺(tái)樁基中有四層溶洞(如圖1所示)。

圖1 橋梁樁基地質(zhì)柱狀圖

為了確保路基工程質(zhì)量，保證橋梁基礎(chǔ)的順利成樁，在對(duì)巖溶地段基礎(chǔ)進(jìn)行處理時(shí)，要嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)及工程施工的實(shí)際要求，采用固結(jié)灌漿，這樣才能消除工程隱患，避免在運(yùn)營后出現(xiàn)路基局部塌陷。

3.橋梁巖溶地基處理方法

由于本橋地質(zhì)情況，白云質(zhì)灰?guī)r厚度達(dá)15m，且?guī)r面傾斜，若采用循環(huán)鉆機(jī)施工，速度慢，工期長(zhǎng)，成本高，施工中我們采用沖擊鉆機(jī)成孔。施工時(shí)將粘土塊直接加入樁孔內(nèi)，借鉆頭沖擊自行造漿，穿過溶洞、巖溶裂隙時(shí)，在鉆頭的沖擊作用下，將所投入的粘土、片石及碎石擠入溶洞和巖溶裂隙中，完成護(hù)壁，然后沖擊成孔。

3.1 施工準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行固結(jié)灌漿施工前，要做好一系列的施工準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格根據(jù)地質(zhì)情況，測(cè)量放樣，完成水、電、路三通及場(chǎng)地平整工作。正確進(jìn)行技術(shù)交底，測(cè)放出樁位，定期保養(yǎng)檢修鉆機(jī)，使設(shè)備處于良好的狀態(tài)。此外，還需要預(yù)測(cè)施工中可能出現(xiàn)的問題，準(zhǔn)備好施工材料，例如砂子、粘土、片石、碎石。設(shè)置護(hù)樁時(shí)，要采用8cm厚鋼板的護(hù)筒，確保護(hù)筒中心斜度不得大于1%，與設(shè)計(jì)中心偏差不得超過50mm。鉆機(jī)就位時(shí)，要使鉆頭中心對(duì)準(zhǔn)樁孔中心，下鋪長(zhǎng)鋼軌，方木墊平，用頂桿頂緊鉆機(jī)軸線，這樣才能防止溶洞坍塌，避免造成較大的人員、機(jī)械事故。

3.2 鉆孔施工

鉆孔施工時(shí)，主要的施工機(jī)械，見表1。

表1 主要的施工機(jī)械名稱及規(guī)格表

用鉆頭把粘土沖擊成膏狀，在護(hù)筒內(nèi)投入粘土并注水。同時(shí)，還需要取樣測(cè)試泥漿的各項(xiàng)指標(biāo)，確保其性能滿足，見表2。

表2 各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)表

開孔時(shí)用小沖程沖擊鉆鉆孔，要打得準(zhǔn)、打得穩(wěn)，鉆至護(hù)筒底2～3m后加大沖程，主繩放長(zhǎng)量為3～5 cm。鉆孔過程中要隨時(shí)觀察鉆機(jī)工作情況，仔細(xì)檢測(cè)護(hù)筒內(nèi)水位變化和周圍地表的沉降，防止意外情況發(fā)生。達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，對(duì)孔深、孔徑、孔位偏差、傾斜度進(jìn)行檢測(cè)，填寫工程檢查證，合格后開始淘渣，在灌注混凝土前重新復(fù)測(cè)孔深及泥漿比重、粘度、含砂率。

3.3 布孔

在注漿壓力作用下，向鉆孔泵送漿液，以克服地層的各種營力及抗拉強(qiáng)度，從而使巖溶地基可灌性大大提高，使水泥漿液充填巖溶地基，降低巖土層的滲透性，增大巖土層的承載力。本路基地質(zhì)條件較復(fù)雜，路基土的構(gòu)造和滲透性極不均勻，因此在經(jīng)試驗(yàn)后，專家組研究確定孔距為2.5m，按梅花形布孔，見圖2。

圖2 布孔示意圖

4.固結(jié)灌漿施工的注意事項(xiàng)

固結(jié)灌漿在巖溶地基處理中應(yīng)用時(shí)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。根據(jù)鉆孔巖心及注水試驗(yàn)資料，調(diào)整注漿中基巖吸漿量及注漿壓力，選用適宜的參數(shù)，如漿液濃度、速凝劑配比、注漿壓力、注漿流量等。在注漿過程中，如果發(fā)現(xiàn)地表隆起或注漿外溢時(shí)，應(yīng)停止注漿。一般地，對(duì)于吸漿量較小的孔，壓力注漿采用漿液，是先稀后濃的，連續(xù)注入；對(duì)于吸漿量較大的孔，多次定量間歇注入先濃后稀的漿液，等漿液凝固時(shí)再補(bǔ)充灌注。對(duì)于遇到較大巖溶通道（吸漿量較大的孔），應(yīng)在注漿的同時(shí)加入粗骨料，并選用適宜的投砂量。對(duì)于注漿之初就難以進(jìn)漿孔，可以適當(dāng)降低洞內(nèi)高壓，采取雙孔抽壓的措施，將溶洞內(nèi)積水抽出，順利注漿。此外，在注漿時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)臨孔中出現(xiàn)串漿現(xiàn)象，或者管壁間冒漿，要等漿液凝固后再注漿。

5.結(jié)語

綜上所述，在巖溶地基處理中，特別是一些橋梁工程經(jīng)常會(huì)遇到巖溶地段，要加強(qiáng)對(duì)固結(jié)灌漿的應(yīng)用，做好施工前的準(zhǔn)備工作。根據(jù)地質(zhì)情況，因地制宜，采用合適的施工機(jī)械，進(jìn)行鉆孔施工，正確進(jìn)行布孔、注漿。還應(yīng)注意在固結(jié)灌漿施工中的一些事項(xiàng)，加強(qiáng)施工人員的素質(zhì)培養(yǎng)和專業(yè)技能的培養(yǎng)，這樣才能保證工程質(zhì)量，確保巖溶地基的穩(wěn)定性，從而保障了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]劉杰，趙成江.注漿法在黃土地區(qū)公路隧道陷穴處理中的應(yīng)用[J].甘肅科技縱橫，2008，（ 04）：78-79.

[2]王軍興.固結(jié)灌漿施工及成果分析[J].山西建筑.2005，（17）：11-12.

[3]洪海春，徐衛(wèi)亞.地震作用下巖體錨固性能研究綜述與展望[J].金屬礦山，2006，（ 03）：54-55.

[4]王艷芬.預(yù)應(yīng)力錨索加固巖體的機(jī)理分析和數(shù)值計(jì)算[D].華中科技大學(xué)，2007：5-6.

[5]謝鑫.基于邊坡錨固荷載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反分析方法研究[D].重慶交通大學(xué)，2009：26-27.