膜袋袖閥管注漿技術(shù)在巖溶路基處治中的應(yīng)用

周韶華

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

巖溶這一地質(zhì)現(xiàn)象，在我國(guó)南方以及西南地區(qū)很是常見(jiàn)，這一常見(jiàn)現(xiàn)象嚴(yán)重影響了高速公路路基施工，給路基施工造成了極大的障礙。巖溶區(qū)中溶洞、土洞的處治方法一直是讓各位學(xué)者、專(zhuān)家頭痛的問(wèn)題，針對(duì)這一現(xiàn)象，各位學(xué)者、專(zhuān)家充分發(fā)揮各自的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)，對(duì)溶洞問(wèn)題采取了各自合理的解決方案，并得到了較好的處理結(jié)果。公路路基施工技術(shù)規(guī)范中對(duì)溶洞處理方法有[1]：對(duì)于干溶洞，處理方法為使用干砌片石和漿砌片石對(duì)溶洞進(jìn)行堵塞；對(duì)于處于路基基底處的溶洞，大型溶洞宜采用架設(shè)橋涵跨過(guò)溶洞，小型溶洞且無(wú)水時(shí)則采用砂礫石、碎石進(jìn)行回填等方式。當(dāng)溶洞處于路基下方且充填率較低[2]，視溶洞大小決定處治方法，當(dāng)溶洞高度小于5 m，宜采用壓力灌注M5水泥砂漿的處治措施，或使用鉆孔灌注素混凝土樁進(jìn)行治理；對(duì)于溶洞高度大于5 m的，則使用C10小石子混凝土進(jìn)行壓力注漿，也可采用素混凝土的壓力灌注樁。母進(jìn)偉等[3]學(xué)者指出，在公路建設(shè)中，常用的溶洞治理方式有混凝土蓋板處理，而使用土工格柵進(jìn)行溶洞塌陷的防治或者對(duì)溶洞塌陷進(jìn)行防治，比使用混凝土蓋板更為合理，而最有效的方式是使用重型土工格柵。而陳忠平[4]針對(duì)路基及路基影響范圍內(nèi)的溶洞，即淺層溶洞提出了自己的處治方法。他采用的是經(jīng)濟(jì)有效的綜合灌漿法進(jìn)行整治。

本文以汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104）為依托，在本合同段所處的地區(qū)，穿越巖溶區(qū)，地層節(jié)理裂隙較發(fā)育，多處可見(jiàn)有方解石脈存在，而且溶洞、溶蝕溝槽等象征巖溶發(fā)育的現(xiàn)象極為常見(jiàn)，本地區(qū)巖溶發(fā)育等級(jí)的綜合評(píng)定等級(jí)定為極發(fā)育?；谶@一特殊的工程環(huán)境，對(duì)本工程中，由于部分路段巖層為強(qiáng)風(fēng)化泥巖以及中風(fēng)化石灰?guī)r，灰?guī)r的埋深較大且溶洞高度變化大，洞內(nèi)多以流塑狀粉質(zhì)黏土半充填，故采用了膜袋袖閥管注漿法這一較為先進(jìn)的方法進(jìn)行溶洞處治。

1 工程背景

汕湛高速公路云浮至湛江段工程（K30+580—K41+661.104），多處位于巖溶現(xiàn)象多發(fā)地段，整體穿越巖溶區(qū)，地貌單元屬于巖溶溶蝕準(zhǔn)平原區(qū)，地層表面覆蓋層為第四系，稻田密集，并且植被茂盛。地層巖性為第四系沖洪積層和殘坡積層，下伏基巖為石灰?guī)r，該地層節(jié)理裂隙較發(fā)育，多見(jiàn)方解石脈，溶洞、溶蝕溝槽等巖溶現(xiàn)象極發(fā)育，巖溶發(fā)育等級(jí)綜合評(píng)定為極發(fā)育。段落內(nèi)溶洞內(nèi)多為隱伏型溶洞，溶洞埋深大，且溶洞呈現(xiàn)出多層的串珠式溶洞形態(tài)。路基以填方路基為主，填土高度3～11 m，局部存在挖方路基。

本文所針對(duì)的膜袋袖閥管注漿技術(shù)所對(duì)應(yīng)的路段為K34+506—K34+640段，該段鉆孔所揭示的地層最上部為粉質(zhì)黏土，下部基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r，發(fā)現(xiàn)溶洞位于基巖當(dāng)中?；鶐r面起伏很大，溶洞高度變化也很大，在局部路段中（K34+563—K34+575段落）溶腔較大，洞內(nèi)多以流塑狀粉質(zhì)黏土半充填，部分溶洞未充填，使用普通處理辦法不能達(dá)到工程施工要求。因此在這種溶洞穩(wěn)定性差的半充填溶洞路段采用膜袋袖閥管注漿法進(jìn)行路基處治，而未充填的大空腔采用灌砂注漿或高壓泵送細(xì)石混凝土填充。本文就這一地質(zhì)條件對(duì)膜袋袖閥管注漿方法進(jìn)行介紹。

2 膜袋注漿管設(shè)計(jì)

2.1 適用條件及工藝特點(diǎn)

由于膜袋袖閥管適用條件較為特殊，因此需說(shuō)明膜袋袖閥管的使用應(yīng)在相應(yīng)地質(zhì)條件下應(yīng)用，來(lái)最好地應(yīng)對(duì)相應(yīng)地質(zhì)條件。在本工程中，針對(duì)下伏基巖為中風(fēng)化石灰?guī)r的巖層中含有溶洞，且?guī)r層埋深變化較大，溶洞高度變化也很大，溶洞內(nèi)部充填狀況為流塑狀粉質(zhì)黏土半充填的情況采取膜袋袖閥管注漿工藝進(jìn)行路基加固處理。

膜袋袖閥管注漿技術(shù)相比普通袖閥管注漿技術(shù)而言，其不同點(diǎn)是在袖閥管外側(cè)設(shè)置了一種特殊的結(jié)構(gòu)——膜袋，膜袋的作用是限制了注漿液的擴(kuò)散范圍，從根本上防止了跑漿、漏漿、串漿等現(xiàn)象，漿液凝固后所形成的樁體強(qiáng)度很高。

為了使地基中的超靜孔隙水壓力迅速消散，降低施工過(guò)程中擠土效應(yīng)對(duì)工程的影響，特意設(shè)置一排水結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為塑料排水板，設(shè)置在膜袋外側(cè)。

而且相對(duì)于常規(guī)的袖閥管注漿，這種方法不需要添加套殼料，大大提高了施工效率。

2.2 工藝原理

2.2.1 常規(guī)袖閥管注漿技術(shù)改進(jìn)

相較于常規(guī)袖閥管注漿技術(shù)，膜袋袖閥管注漿技術(shù)改進(jìn)之處在于袖閥管用一條高強(qiáng)度的土工膜袋套住，并在膜袋外側(cè)每間隔2～3 m用18號(hào)細(xì)鐵絲設(shè)置一道壓力閥門(mén)；在膜袋外側(cè)將1～2條塑料排水板用塑料扎扣進(jìn)行捆扎；注漿工藝與常規(guī)袖閥管注漿工藝相同，注漿時(shí)，通過(guò)注漿而產(chǎn)生的壓力，將膜袋自上而下逐段撐開(kāi)，形成如圖1所示的樁體。

圖1 膜袋袖閥管注漿結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 工藝原理

膜袋袖閥管注漿技術(shù)的原理簡(jiǎn)述之，可分為樁頂受荷、樁側(cè)摩擦力、擠密作用、排水作用4個(gè)方面。

首先是樁體部分，膜袋經(jīng)過(guò)注漿之后，形成一個(gè)強(qiáng)度較高的樁體，起到支撐整個(gè)路基的作用，整個(gè)樁體連同膜袋撐開(kāi)周?chē)馏w，類(lèi)似于復(fù)合地基，由此加固地基。

由于土體與成樁后的樁體沉降速率不統(tǒng)一，土體沉降會(huì)大于樁體沉降，因此樁體與土體形成的摩擦力會(huì)起到支撐路基的作用，為路基分擔(dān)荷載，同時(shí)樁體不斷對(duì)土體有擠壓作用，加速土中水的排出，摩擦力也因此增大，樁體所承擔(dān)的荷載也相應(yīng)增大，從而提高了路基的承載力，加固了路基。

樁體因注漿而逐漸膨脹，這個(gè)過(guò)程中，土體不斷被壓縮、擠密，排水板的設(shè)置也加速了水的排出，使得土體更加密實(shí)，強(qiáng)度也大大提高。

排水板的設(shè)置不僅可排出超孔隙水，也使土中多余自由水排出，降低了土體含水率，一定程度上加固了地基。

3 施工工藝流程與操作

3.1 工藝流程

膜袋袖閥管（鋼管）的注漿技術(shù)工藝流程詳見(jiàn)圖2。

圖2 膜袋袖閥管（鋼管）注漿技術(shù)工藝流程圖

3.2 工序操作

膜袋注漿法的基本工序操作，在實(shí)際施工中是這樣的。

首先需要進(jìn)行注漿現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。具體操作是在大規(guī)模的注漿前，先取3～5根試驗(yàn)樁，試驗(yàn)樁數(shù)據(jù)應(yīng)用自動(dòng)注漿記錄儀全程記錄，并在試驗(yàn)后驗(yàn)證水灰比，并分析注漿量與注漿壓力是否適宜施工。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)后，通過(guò)測(cè)量放樣確定注漿孔位。確定儀器采用全站儀，先確定邊坡和路基四角的孔位，然后根據(jù)設(shè)計(jì)確定其余孔位?？孜黄矫嫫钤瓌t要求應(yīng)小于±10 cm，所有孔位應(yīng)做好相應(yīng)標(biāo)識(shí)。

確定好孔位將鉆機(jī)安裝在所在位置，并進(jìn)行鉆孔。鉆孔完畢后則是施工當(dāng)中的重點(diǎn)，膜袋的制作和鋼管的制作。

膜袋的制作選用的是特殊工藝的高強(qiáng)度土工布，土工布尺寸應(yīng)大于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)1 m，直徑與樁長(zhǎng)相同，均為45 cm。膜袋的上下兩端使用14號(hào)鐵絲扎牢，避免漿液撐開(kāi)膜袋，然后將第一節(jié)袖閥管插入自收攏的膜袋口內(nèi)，袖閥管與膜袋底端的距離應(yīng)在10～20 cm之間，每隔2～3 m，便在袖閥管上使用18號(hào)鐵絲纏繞6～8圈將膜袋扎緊，作為每一段分段的注漿閥門(mén)。

膜袋袖閥管人工組裝完畢后，將其下放至鉆孔的指定深度，各節(jié)袖閥管用速凝膠連接牢固，同時(shí)將制備好的注漿漿液注入袖閥管。

注漿處理深度為穿透路基下方的溶洞或者土洞，進(jìn)入溶洞底板0.3 m且不大于設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)1 m，如果超過(guò)這一界限，則需要向設(shè)計(jì)方確認(rèn)樁長(zhǎng)是否合理，每延米水泥用量為160 kg。

下放膜袋袖閥管注漿時(shí)注漿槍?xiě)?yīng)抵達(dá)袖閥管鋼管的底部，采用注漿泵將漿液注入袖閥管內(nèi)，并且值得注意的是，每一段注漿量都應(yīng)記錄下來(lái)，達(dá)到該段袖閥管的設(shè)計(jì)用量或者達(dá)到相應(yīng)注漿壓力時(shí)，則應(yīng)提升注漿槍高度，進(jìn)行下一分段的注漿。注漿過(guò)程中時(shí)刻注意注漿壓力表，壓力表數(shù)值不要大于1.5 MPa。注漿方式采用隔排跳孔的順序注漿，先邊坡坡腳、邊坡上部再路基中部；在結(jié)構(gòu)物附近注漿宜按由近而遠(yuǎn)的順序注漿，橋頭路段注漿孔距離樁基的距離不小于2.5 m。

最后進(jìn)行引孔回填。路堤土引孔部分處所在的袖閥管注漿，應(yīng)按照25 kg/m的水泥量進(jìn)行注漿，并回填密實(shí)，注意注漿壓力不能超過(guò)0.5 MPa。

3.3 注意事項(xiàng)

a）膜袋袖閥管處治設(shè)計(jì)應(yīng)遵循動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，具體進(jìn)行分析后，對(duì)相應(yīng)施工參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

b）注漿應(yīng)采用間隔式注漿，并分序次進(jìn)行。在第一序次注漿時(shí)，漿液擴(kuò)散范圍較大，而后的第二、三序次將會(huì)填充第一序次未能完全填充的部分。

c）雖然注漿壓力具有參考值，但還是應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件確定具體注漿壓力值。

d）在注漿完成后，200 m區(qū)域內(nèi)不得開(kāi)采地下水。

e）注漿孔應(yīng)封孔，封孔所用材料可以與注漿所用材料一致。

4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)與技術(shù)指標(biāo)

成樁直徑45 cm，每米水泥用量為160 kg，注漿壓力不大于1.5 MPa，注漿樁間距1.5 m，均為等邊三角形布置。

采用φ130普通袖閥管，采用P.042.5R水泥，水灰比0.8；引孔部分采用常規(guī)袖閥管注漿工藝處理，每米水泥用量為25 kg，注漿壓力不大于0.5 MPa。

采用長(zhǎng)絲機(jī)織土工布，具體參數(shù)要求見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)絲機(jī)織土工布參數(shù)要求

5 總結(jié)

經(jīng)過(guò)廣東汕湛高速公路云浮至湛江段工程的實(shí)際施工應(yīng)用，在路基加固上起到了非常好的效果，在巖溶區(qū)相應(yīng)地質(zhì)條件下，經(jīng)過(guò)多個(gè)路段的使用，能夠印證本工法具有普遍的適應(yīng)性，并且相較于普通的袖閥管注漿，膜袋袖閥管注漿工藝具有質(zhì)量易于控制、施工工作面小以及路基加固效果更為突出的優(yōu)勢(shì)。