南廣高鐵路基巖溶整治技術研究

王曉燕

摘要： 南廣高鐵所經(jīng)的廣西地區(qū)為巖溶發(fā)育地區(qū)，巖溶易引起路基不均勻沉降及塌陷。高鐵對于路基的沉降等變形控制的要求是極為嚴格的，因此，高鐵巖溶路基的整治施工效果能否滿足沉降要求成了關鍵問題。本文對南廣巖溶路基處理進行了技術、經(jīng)驗等成果的總結(jié)，力求能夠為高鐵巖溶路基的整治技術的發(fā)展提供支持。

0 引言

巖溶的形成及發(fā)展為長時間受氣候、水文條件、地質(zhì)巖性及地下水活動情況等影響，其發(fā)育情況是非常復雜多變的。巖溶的發(fā)育具有無規(guī)律、不均勻性及不確定等特征，且?guī)r溶隱蔽于地下，目前地質(zhì)勘察技術尚未完善，根本難以完全探明和揭示巖溶的發(fā)育形態(tài)。從而導致在進行巖溶處理的技術措施及方法選擇、處理范圍確定上受到了很大制約及影響，如果僅基于地質(zhì)勘察所揭露的巖溶發(fā)育情況，來確定巖溶整治方案難免出現(xiàn)技術措施及方法不甚合理，處理范圍有疏漏等情況，從而給高速鐵路的運營留下安全及質(zhì)量隱患。但如果為了避免遺留安全及質(zhì)量隱患，而不論巖溶實際發(fā)育情況如何，直接采取過于保守的處理方案，又將造成投資無法控制。

因此，在確保路基穩(wěn)定不塌陷、控制路基沉降變形的同時，采取何種經(jīng)濟可行的巖溶處理措施是高鐵巖溶路基建設中所面臨的關鍵技術難題。

1 工程概況

新建南寧至廣州鐵路站前工程NGZQ-3標的DK15+500～+800、DK16+020～+628.745段所經(jīng)處為溶蝕殘丘地貌，地面高程84～115m，地形起較平緩，溶溝、溶槽、溶蝕洼地較為發(fā)育。地表多為甘蔗地、稻田，植被不發(fā)育。覆蓋層為弱膨脹土，厚2～10m。

DK33+158.24～DK34+145、DK40+624.38～DK41+100段為沖積剝蝕平原地貌，地面高程55～95m；地形起伏小，溶溝、溶槽、剝蝕微丘較為發(fā)育。地表多為旱地。

以上地段下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)的灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r，中至厚層狀，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，溶蝕嚴重，發(fā)育有溶洞，偶夾方解石脈。地下水主要為巖溶水和第四系黏土層中的孔隙水，據(jù)鉆探揭示：地下水位隨覆蓋土層的厚度變化而變化，水位埋深1～2m。巖溶水較豐富。根據(jù)“巖溶地面塌陷預測分析參考標準”進行綜合評定，以上路段屬易塌陷區(qū)，巖溶路基基底需進行加固處理。

2 本段巖溶路基處理策略

①南廣高鐵預計建成運營非常繁忙，運營期間線路狀況需保持高標準的要求，不容出現(xiàn)危險情況。而且一旦建成運營后，再進行路基病害處理的難度非常大，因此，需采取各種綜合技術措施對高鐵的巖溶路基進行徹底的處理，不能存在任何隱患。

②采取“探灌結(jié)合”的注漿新技術，布置部分注漿孔作探灌結(jié)合先導孔對地基進行動態(tài)勘探，以核查地基下巖溶的發(fā)育及分布情況，調(diào)整巖溶整治的技術參數(shù)，如鉆孔深度、孔眼布設密度及方式、孔深及處理范圍等，達到有的放矢。

③巖溶地質(zhì)災害的產(chǎn)生及發(fā)展與地下水密切相關。故整治時要根據(jù)地下水情況、巖溶發(fā)育形態(tài)及類型等，分別采取注漿加固、回填、嵌補及充填等治理方法。同時要加強及完善地表水的截與排，確保路基周邊不存在低洼積水的現(xiàn)象，避免集中徑流滲漏導致巖溶坍塌。

3 巖溶整治應對措施

3.1 整體整治措施

全段路基采用鉆孔注漿整治，通過注漿充填土石界面附近的土洞、溶洞和溶蝕裂隙，截斷地表水與地下水之間的水力聯(lián)系，防止巖溶地面塌陷的發(fā)生。

路堤采用鉆孔注漿對巖溶進行整治的范圍一般為坡腳內(nèi)，如果在坡腳范圍以外出現(xiàn)有造成路堤穩(wěn)定的溶洞時，則注漿整治范圍向路堤兩側(cè)擴寬2m以上。如果設置有路肩墻及坡腳墻路堤側(cè)，注漿整治范圍擴寬至墻趾以外3m。注漿深度通常為從基巖面以下5m。如果基底存在埋深較大的溶洞，采用安全頂板厚度法計算及評估頂板承載能力，如果達到設計要求，將注漿整治深度擴大至溶洞底板以下2m。

3.2 個別特殊工點整治措施

針對個別地段存在邊坡有巖溶水徑流通道，邊坡及基底揭示有巖溶裂隙發(fā)育區(qū)及空洞，地下水徑流連通通道等，采取如圖1所示的整治措施。

4 注漿施工技術要求

4.1 孔位布置

按照巖溶路基整治的施工設計圖，將鉆孔注漿整治巖溶易塌陷區(qū)分二序（Ⅰ、Ⅱ）進行。Ⅰ序孔為先導勘探注漿孔，其間距為7m，注漿孔按正方形布置于巖溶整治區(qū)段。Ⅱ序孔對Ⅰ序孔進行加密，其設置于Ⅰ序孔的正方形中心處。Ⅰ、Ⅱ序孔整體形成了菱形布置。Ⅰ、Ⅱ序孔布置見圖2。

4.2 關鍵工序

4.2.1 鉆孔 按注漿孔布置平面及剖面設計圖的位置進行放樣，注漿孔孔口的直徑≮13cm，終孔直徑≮9.1cm，土層和溶蝕破碎帶鉆探時跟管鉆進。

當鉆孔處為溶蝕破碎帶，或充填粗粒土的溶洞，跟管鉆進難以成孔時，可采用由深至淺分段鉆孔注漿復鉆法，為了避免影響注漿效果，嚴禁采用泥漿護壁的方法鉆進。

4.2.2 注漿工藝 采用孔口封閉注漿法進行注漿，鉆孔成孔后，采用套管隔離孔壁的巖土，先對基巖進行注漿后，將套管拔起3.5m，再對巖土接觸面實施注漿?？卓诜忾]注漿法封孔、注漿示意見圖3。

①試泵。開泵前，使三通轉(zhuǎn)芯閥處于回漿檔位，當泵正常吸水后，慢慢調(diào)小三通的回漿口，使得泵壓緩緩升高，泵壓達到預定的壓力值時，保壓2～3min，設備運轉(zhuǎn)正常，即可結(jié)束試泵。

②注漿管、上漿塞安裝。清孔后檢查注漿孔無阻塞物后，方可安裝注漿管，安放完畢注漿管后，在管口上加蓋孔口蓋，以避免雜物掉入。

③壓水試驗。正式壓漿前選取代表性的孔位進行壓水試驗，以獲得該巖溶發(fā)育情況下地基的滲透系數(shù)、單位吸水量等技術數(shù)據(jù)。泵壓值從小慢慢增大至預定的壓漿壓力值，然后保壓15min。

④漿液配制。注漿采用單液漿，單液漿為純水泥漿，水灰比為0.8：1～1：1；水泥為P.O42.5號普通硅酸鹽水泥。當局部漿液漏失時，采用雙液漿堵漏，水泥漿：水玻璃=1：0.1～1：0.05。使用攪拌機拌和漿液，拌和時間≮2min。

⑤注漿。

1）注漿設備試運轉(zhuǎn)：采用注漿終壓的1.5倍對注漿系統(tǒng)進行吸水試驗檢查，檢查管路系統(tǒng)連接，設備運行及管路是否漏水等。試運轉(zhuǎn)時間為20min。

2）注漿順序為按從坡腳向路線中心，先兩側(cè)再中間的順序，以確保注漿質(zhì)量。

3）漿液先稀后濃，漿液依吸漿情況逐步增濃，控制水灰比在0.8：1～1：1?；?guī)r中的注漿壓力控制在0.1～0.3MPa，在巖土分界面處注漿壓力緩緩增至0.3～0.5MPa。注漿壓力調(diào)整要結(jié)合注漿地層的地質(zhì)情況和滲透性、吸漿量進行。一般按“一次升壓法”和“分級升壓法”進行。當?shù)刭|(zhì)條件允許時，首先按一次升壓法進行注漿，即注漿后盡快升壓至要求的壓力，使地層快速處于高壓注漿狀態(tài)，能夠盡多的注入漿液，提高裂縫灌實水平，避免低壓時間過長時巖土中裂縫易被堵塞。如果初期吸漿量過大時，采用分級升壓法注漿。

4）注漿時如需補灌砂或砂漿的技術措施：如果巖土中有土洞或巖溶空洞存在，先灌砂或砂漿后再注漿。要根據(jù)空洞的容積、注漿孔吃砂量等情況調(diào)整砂漿濃度（灰砂重量比控制在1：3～1：6間），按由稀至濃，再至稀的順序灌砂；灌砂速度要控制適當，避免注漿套管填塞；空洞容積大而灌砂量小時，灌砂與注漿交替進行。

5）壓注雙液漿時技術要求：當出現(xiàn)較大空洞、裂縫；灌砂后壓注單液漿的吸漿量大而不能再實施灌砂；或因巖溶裂縫通道發(fā)達，漿液擴散面積過大；或注漿套管或孔位附近地表有冒漿現(xiàn)象時，采用雙液注漿技術，要嚴格控制雙液漿配比，防止注漿套管在短時間內(nèi)封死而達不到整治效果。同時要單、雙液注漿交替進行，避免雙液注漿一次封死注漿孔。

⑥注漿完成標準。

當注漿孔滿足下述標準之一時，可結(jié)束注漿。

1）孔口處注漿壓力保持在0.2～0.5MPa之間，吸漿量≯40L/min，壓力保持30min；

2）在注漿范圍以外3～5m出現(xiàn)冒漿點；

3）該孔的吸漿量為平均吸漿量的1.5～2.0倍，且吸漿量顯著降低時；

4）孔位處基巖完整，或多次壓漿，孔口處壓力>1.5MPa時。

⑦提管。完成注漿時采用提管機立即抽管，每次抽管50cm高，注漿管抽出后立即清洗。

⑧封孔。抽出套管后用M7.5砂漿封孔，為保證孔內(nèi)砂漿密實，封孔時邊灌砂漿邊用木棍插搗。加強質(zhì)量監(jiān)控，以防不封孔或假封孔，導致形成豎向水力通道，促使巖溶病害的發(fā)展。

⑨注漿施工記錄。嚴格按要求進行注漿施工的記錄、整理及統(tǒng)計，做到記錄完整、準確，書寫規(guī)范。

5 質(zhì)量檢測控制

本項目的巖溶注漿檢查在注漿完成28d后進行，主要采取如下三個方面進行質(zhì)量檢驗：

①鉆芯取樣：檢驗孔數(shù)≮2孔，且≮壓漿總孔數(shù)量的5%。通過觀察鉆取的芯樣水泥結(jié)石率，直接直觀的評估壓漿處理效果。

②壓水試驗：檢驗孔數(shù)≮2孔，且≮壓漿總孔數(shù)量的3%。壓漿整治后的灰?guī)r單位吸水量≯0.42L/min·m·m，土層單位吸水量≯0.33L/min·m·m。

③瞬態(tài)面波檢測：通過綜合對比壓漿前后的面波速度、面波頻散曲線形態(tài)，以分析壓漿質(zhì)量效果。

根據(jù)本項目的鉆芯取樣觀察，可見溶洞、裂隙、巖土分界面處的壓漿填充飽滿。同時采壓水試驗、瞬態(tài)面波檢測的結(jié)果均表明整體壓漿加固效果明顯，達到了處理目的。

6 結(jié)束語

巖溶整治為隱蔽工程，其發(fā)育情況千變?nèi)f化，施工較為復雜，質(zhì)量控制難度較大，易出現(xiàn)質(zhì)量通病，須嚴抓現(xiàn)場控制，組織標準化施工。特別是注漿過程為巖溶整治是否達標的關鍵，先進行壓漿工藝性試驗，按照確定設備參數(shù)、漿液配比后展開大面積施工，并指定專人實施監(jiān)控，以確保巖溶處理質(zhì)量。

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