高速鐵路路基基底巖溶整治技術(shù)

劉 瑜

1 工程概況

浙贛線電氣化提速改造工程是在既有線基礎(chǔ)上改造成客貨共線的達(dá)200 km/h的高速鐵路,玉山—湖沿區(qū)間地段屬于巖溶地貌發(fā)育的晚期階段(巖溶平原、盆地),地貌為剝蝕、溶蝕低丘及沖積階地,從物探資料判斷巖溶、巖溶水強(qiáng)烈發(fā)育,本段地下水接受相鄰地段地下水側(cè)向補(bǔ)給及地表水補(bǔ)給,向河谷及低洼溝槽內(nèi)排泄。地下水水位埋深2 m～4 m剝蝕、溶蝕低丘及沖積階地地貌,下臥為灰?guī)r,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,孔隙水、巖溶水發(fā)育,地下水水位埋深1 m～3 m。線路開(kāi)通后因地質(zhì)不穩(wěn)定,設(shè)計(jì)采用巖溶注漿加固既有線路基。

2 巖溶整治方案設(shè)計(jì)

本工程路基基底的巖溶整治寬度為新建鐵路的路堤(塹)路基面和路堤邊坡范圍,整治措施主要為注漿加固。此次巖溶整治以綜合考慮水的影響、覆蓋層厚度和物質(zhì)組成、地貌和發(fā)育程度的巖溶地面塌陷分析評(píng)分為依據(jù),并充分考慮已經(jīng)塌陷地段、沿線抽取地下水情況和既有線運(yùn)營(yíng)情況等。

本段巖溶整治中注漿孔孔間距為5 m,采用二序法進(jìn)行施工。水泥選用細(xì)度模數(shù)小于5%的普通硅酸鹽水泥,水玻璃選用濃度為38 Be′～43 Be′。巖溶整治方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述如下：

1)對(duì)路塹段和H＜3 m的路堤段,在兩側(cè)路肩布置兩排孔,見(jiàn)圖1。

2)對(duì)3 m≤H＜5 m的路堤段,在兩側(cè)路肩和坡腳布置四排孔,見(jiàn)圖2。

3)對(duì)H≥5 m的路堤段,在兩側(cè)路肩和邊坡中部布置四排孔,見(jiàn)圖3。

4)對(duì)原既有線地段,在兩側(cè)路肩布置兩排孔,見(jiàn)圖4。

3 巖溶整治施工技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

1)施工前與管理部門(mén)簽訂安全配合協(xié)議,并設(shè)置安全聯(lián)絡(luò)員,和現(xiàn)場(chǎng)保持密切聯(lián)系。2)查明地下管線等情況,采取遷移或鉆孔移位調(diào)整等處理措施,保證既有線施工和運(yùn)營(yíng)的安全。3)施工之前必須進(jìn)行注漿試驗(yàn),進(jìn)而確定鉆孔機(jī)具和鉆進(jìn)方法、注漿壓力與注漿量、水灰比、擴(kuò)散半徑等參數(shù)。4)嚴(yán)格限制在巖溶易塌陷區(qū)鐵路沿線兩側(cè)500 m范圍內(nèi)抽取地下水。5)對(duì)注漿機(jī)具、漿液組成性質(zhì)、使用范圍、注漿環(huán)境等進(jìn)行嚴(yán)格控制,特別對(duì)膠凝材料、水泥和促凝劑水玻璃無(wú)機(jī)硅酸鹽材料進(jìn)行優(yōu)選。

3.2 施工機(jī)械配套

注漿施工機(jī)械配套見(jiàn)表1。

表1 注漿施工機(jī)械配套表

3.3 施工工藝

1)鉆孔放樣。首先進(jìn)行場(chǎng)地平整,并對(duì)平整的地面進(jìn)行高程、中心測(cè)量,分別在路基的路肩及坡腳處按5 m孔間距布置注漿孔,鉆孔位置、孔深、傾斜角根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供鉆孔布置表進(jìn)行放樣,鉆孔位置視巖溶發(fā)育程度、施工場(chǎng)地等情況,孔位原則上可在2 m范圍內(nèi)調(diào)整,鉆孔傾斜度誤差應(yīng)嚴(yán)格控制在1°以內(nèi)。

2)鉆孔。施工鉆孔工藝要求應(yīng)滿足《工程地質(zhì)鉆探技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。采用地質(zhì)鉆探成孔,鉆孔終孔直徑不得小于91 mm,鉆至設(shè)計(jì)深度后,埋入注漿管,管外孔口段用水泥漿加速凝劑凝固,待達(dá)到強(qiáng)度后,實(shí)施注漿。施工時(shí)必須采取“探灌”結(jié)合的措施,應(yīng)有不少于30%的孔作為“探灌”孔,鉆孔應(yīng)該作巖芯鑒定并做好記錄,根據(jù)鉆孔情況和壓漿情況調(diào)整巖溶整治范圍和深度。

3)注漿。a.采用孔口封堵全孔壓力注漿,灌漿泵和孔口均應(yīng)安設(shè)壓力表,壓力表與管路之間應(yīng)設(shè)有隔離裝置,注漿管路應(yīng)保證漿液流動(dòng)暢通,要求其承受能力的壓力不小于450,使用壓力表宜在壓力表最大標(biāo)準(zhǔn)的1/4～1/3。除路堤人工填土部分不予注漿外,其余部分注漿量根據(jù)巖溶形態(tài)、形成機(jī)理、發(fā)育程度等情況按0.6 m3/m～1.2 m3/m計(jì)。b.注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在壓力表不小于0.2 MPa時(shí),20 min持續(xù)注漿量小于1 L/min或10 min持續(xù)注漿量小于0.4 L/min。c.注漿過(guò)程中,注意控制壓力并加強(qiáng)巡視,避免污染環(huán)境(如水源、農(nóng)田、道碴),發(fā)現(xiàn)異常情況,應(yīng)立即采用相應(yīng)措施。

3.4 質(zhì)量控制及效果檢查

3.4.1 質(zhì)量控制

1)開(kāi)孔豎直度控制。鉆孔偏差不得大于2%,在鉆孔過(guò)程中土層和巖溶發(fā)育破碎帶應(yīng)采用跟管干鉆。鉆至巖層后可采用飽和水鉆進(jìn),水源困難地段可采用風(fēng)壓干鉆,嚴(yán)禁使用泥漿鉆、大水沖水鉆進(jìn)。鉆孔過(guò)程中要詳細(xì)記錄芯樣情況,檢查確認(rèn)巖面成分、巖土分界位置、鉆孔深度和鉆孔條件。

2)注漿方式選擇。對(duì)路塹地段和深度小于10 m的鉆孔采用孔底循環(huán)式全孔注漿,對(duì)大于10 m的深孔采用分段壓漿,自下而上逐段注漿,射漿管伸入孔內(nèi)離孔底約0.5 m～1.0 m,注漿工作必須連續(xù)進(jìn)行,若因故中斷,應(yīng)及早采取處理措施,盡快恢復(fù);若因故不能恢復(fù)應(yīng)立即沖洗鉆孔,而后恢復(fù)注漿。

3)冒漿、漏漿處理。a.可添加速凝劑,但摻入量不大于漿液量的3%(重量比);b.對(duì)注漿量大的空洞或半充填溶洞,應(yīng)間隙注漿或加砂、碎石充填后再注漿;c.加入氫氧化鈣等速凝劑,縮短凝結(jié)時(shí)間;d.采用水泥—水玻璃雙液注漿法。

4)地表監(jiān)控。在注漿過(guò)程中進(jìn)行地表和沉降觀測(cè),特別關(guān)注線路軌道變化,同時(shí)選派既有線施工經(jīng)驗(yàn)豐富的職工每天在施工現(xiàn)場(chǎng)巡邏,如有異常及時(shí)與車站聯(lián)絡(luò)員聯(lián)絡(luò),確保行車安全。

5)注漿結(jié)束判定。注漿結(jié)束判定主要是按照設(shè)計(jì)要求的注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)結(jié)束注漿,即滿足以下標(biāo)準(zhǔn)之一時(shí)結(jié)束注漿：a.注漿前后巖層單位吸水率的比值大于10;b.檢查孔補(bǔ)注水灰比 2∶1的漿液時(shí),初始的前10 min進(jìn)漿量小于10 L/min;c.檢查孔注漿量小于常見(jiàn)注漿量的1/2;d.檢查孔的單位吃漿量不超過(guò)周圍2孔單位吃漿量平均值的30%。

3.4.2 效果檢查

1)注漿完成后鉆孔取芯驗(yàn)證。經(jīng)鉆探法取芯分析,檢查鉆孔巖芯可見(jiàn)多處泥塊,基本填滿可見(jiàn)縫隙。

2)物探點(diǎn)法檢測(cè)。施工完畢后用物探電波法檢測(cè),結(jié)果顯示：各測(cè)點(diǎn)頻散點(diǎn)曲線光滑,形態(tài)上無(wú)明顯“之”字形拐點(diǎn)以及曲線錯(cuò)段現(xiàn)象,面波速度隨深度基本在均勻?qū)訝罘植?。說(shuō)明注漿較好地填充了節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面及溶蝕空洞,對(duì)軟弱松散不均勻體產(chǎn)生了有效的固結(jié)作用,地基的強(qiáng)度和其他力學(xué)指標(biāo)有了明顯的改善,注漿效果滿足設(shè)計(jì)要求,質(zhì)量合格,地表檢測(cè)結(jié)果無(wú)異常隆起,線路軌道沒(méi)有發(fā)生任何變形,沒(méi)有影響既有線行車安全。

[1]黃淑森.鐵路路基基床病害與整治[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2005.

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[5]JGJ 123-2000,既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范[S].