高速公路路基巖溶整治施工技術(shù)

婁亞鵬

（河北廣通路橋集團(tuán)有限公司，河北邯鄲 050000）

1 工程概況

某高速公路在一處標(biāo)段區(qū)間內(nèi)存在巖溶地質(zhì)，位于公路路基基底，路基施工時(shí)主要方法為挖方。該地段為丘陵地貌，地表平緩，高差最大僅為15m。坡度大多為20°左右，局部陡峭處約30°，植被在坡面上較為發(fā)育，大部分區(qū)域?yàn)楦亍９こ痰靥幙λ固氐孛矃^(qū)，上覆土層為第四系全新統(tǒng)人工堆積素填土，主要土層包括粉質(zhì)黏土、破殘積紅黏土以及松軟土、細(xì)角礫土等?；?guī)r與白云巖為下伏的基巖，部分區(qū)域表現(xiàn)為硅質(zhì)巖和泥灰?guī)r的互層。溝槽水為其主要地表水，巖溶水、孔隙潛水等是主要的地下水表現(xiàn)形式，且沒有腐蝕性，不會(huì)侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)?？紤]該區(qū)段的喀斯特發(fā)育情況，其具備巖溶地面坍陷的影響因素，屬于易塌陷區(qū)，在進(jìn)行路基施工過程中，需進(jìn)行巖溶整治施工。

2 巖溶整治原則

2.1 路基巖溶整治措施

在整治措施采取方面，對于覆蓋性巖溶，一般采取鉆孔注漿手段，即為將地表水與地下水之間的水力關(guān)系切斷，通過注漿漿液填充相關(guān)的土洞、溶蝕裂縫以及溶洞等，以此避免地面塌陷。而對于開口型溶洞或淺埋溶洞而言，其一般發(fā)生于裸露型溶洞之內(nèi)，主要通過清表后碎石換填、地表密封、跨越處理以及揭蓋回填等措施進(jìn)行處理。

2.2 整治寬度

對于整治寬度，不同的形式的道路有不同的處理原則。一般情況下，屬于路塹時(shí)，整治寬度直至路塹的側(cè)溝平臺(tái)；屬于路堤時(shí)，整治寬度直至路堤坡腳；對于高度超過6m 的路堤，整治寬度宜為路肩外45°擴(kuò)散角，高度不超過6m 時(shí)則為路堤坡腳。另外，在坡腳或塹頂以外范圍，若有明顯的溶洞等影響到邊坡穩(wěn)定性的情況，則整治寬度設(shè)置為坡腳或塹頂外延伸至少2m；對于存在路肩或路堤擋土墻的區(qū)域，則整治寬度取為墻趾以外3m范圍[1]。

2.3 整治深度

整治措施采取未鉆孔注漿時(shí)，其深度往往設(shè)置為深入基巖至少5m 或者總深度超過10m，如果溶洞出現(xiàn)在地面下方15m范圍之內(nèi)，則注漿至溶洞底部往下至少2m。對于溶洞的頂板厚度較大的情況，如超過15m 等，則往往是不做特別處理；但頂板較破碎，或者是此溶洞的范圍較大，則一般按照安全頂板厚度法對頂板厚度進(jìn)行合理判斷，得出的頂板厚度如果不符合設(shè)計(jì)要求，則整治深度也應(yīng)加固至溶洞底以下至少2m[2]。

3 施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

3.1 巖溶注漿技術(shù)的工藝流程

巖溶注漿技術(shù)工藝流程如圖1所示。

圖1 注漿加固的技術(shù)流程圖

3.2 孔位布置

巖溶整治路段可分為易塌陷區(qū)與極易塌陷區(qū)兩種。按照相關(guān)的巖溶整治設(shè)計(jì)及施工圖，注漿孔的孔位布置如下：

（1）易塌陷區(qū)。在易塌陷區(qū)，當(dāng)路段處較發(fā)育地呈現(xiàn)為溶洞、垂直溶蝕破碎帶以及土洞等形式時(shí)，一般按照“探灌結(jié)合”的手段，對不良地質(zhì)發(fā)育地段進(jìn)行巖溶注漿施工[3]，其順序一般為Ⅰ、Ⅱ，其中Ⅰ包括先導(dǎo)孔T。

（2）極易塌陷區(qū)。極易塌陷區(qū)應(yīng)進(jìn)行全面注漿整治。當(dāng)所處路段存在支擋結(jié)構(gòu)、屬于車站關(guān)鍵區(qū)以及巖溶發(fā)育強(qiáng)烈等狀況時(shí)，其整治時(shí)應(yīng)當(dāng)合理地對注漿孔進(jìn)行加密設(shè)置。注漿孔的施工原則如下：對于溶洞、垂直溶蝕破碎帶以及土洞等不發(fā)育，同時(shí)連續(xù)長度小于30m的情況，可沿道路中線間隔設(shè)置先導(dǎo)探灌孔，其設(shè)置縱距為7m。包括先導(dǎo)孔T 在內(nèi)的Ⅰ序間隔7m，均勻布置為正方形；在Ⅰ序孔的正方形中心處以及溶洞位置進(jìn)行加密內(nèi)插，形成Ⅱ序孔。Ⅰ序、Ⅱ序孔的間距設(shè)置為5m，兩者呈菱形分布；Ⅲ序孔則繼續(xù)在前述菱形中心點(diǎn)處進(jìn)行內(nèi)插，其各序孔的加密設(shè)置間距為3.5m。圖2、圖3所示為本次注漿孔設(shè)置形式。

圖2 注漿孔在易陷區(qū)的設(shè)置示意

圖3 注漿孔在極易塌陷區(qū)的設(shè)置示意

3.3 鉆孔

（1）鉆孔之前，按照相關(guān)施工圖的平面位置進(jìn)行定位，鉆孔誤差在50mm 之內(nèi)。鉆孔過程中因環(huán)境、管線或地質(zhì)等限制可調(diào)整孔位，但孔位移動(dòng)距離不得超過50cm，否則要通過設(shè)計(jì)與監(jiān)理單位的審核批準(zhǔn)[4]。

（2）注漿成孔的孔口大小應(yīng)在直徑130mm 以上，基巖段終孔的直徑至少為91mm以上。

（3）在鉆進(jìn)成孔時(shí)，遇到溶蝕破碎帶或松散土層，應(yīng)采取跟管鉆進(jìn)的方法。

（4）注漿施工開始前，先對孔洞進(jìn)行沖洗，若鉆孔存在返水，判斷結(jié)束的方法為沖洗液變得澄清。鉆孔沒有返水時(shí)，如遇到溶蝕破碎帶發(fā)育或溶洞地段，則沖洗時(shí)需按設(shè)計(jì)流量的八成以上進(jìn)行沖洗，且持續(xù)沖洗10min以上。

（5）溶蝕破碎帶若坍孔嚴(yán)重，或溶洞填充有粗粒土，則可能會(huì)出現(xiàn)跟管鉆進(jìn)成孔困難的問題，對此可實(shí)施復(fù)鉆工藝。泥漿會(huì)對注漿加固效果產(chǎn)生一定的影響，因此不得采用泥漿護(hù)壁法實(shí)施鉆進(jìn)。

（6）注漿鉆孔至要求的深度后，將注漿管與回漿管依次放入，其中孔底到管底的距離不得少于50cm，避免孔壁的土渣或石粒等掉落后堵塞注漿管。成孔且孔洞經(jīng)沖洗后，相應(yīng)的空置時(shí)間應(yīng)小于24h，若不能在24h 內(nèi)著手注漿操作，則需要對孔口進(jìn)行封閉或采取保護(hù)措施，避免堵塞。對孔深在注漿之前進(jìn)行復(fù)測，使孔深符合相應(yīng)要求。巖溶路基注漿示意圖見圖4。

圖4 巖溶路基注漿示意圖

3.4 封孔

（1）當(dāng)注漿達(dá)到停止標(biāo)準(zhǔn)后，對孔口進(jìn)行封孔。一般采取水泥漿或砂漿等進(jìn)行，具體視實(shí)際地質(zhì)條件而定，也可采用孔口管動(dòng)態(tài)阻塞法實(shí)施封孔。動(dòng)態(tài)阻塞法進(jìn)行封孔時(shí)具有操作靈活的優(yōu)點(diǎn)，且造成垮孔的概率較低，條件允許時(shí)應(yīng)先行采用該方法。

（2）對于鉆探時(shí)揭示存在不良地質(zhì)的，比如溶蝕破碎嚴(yán)重且伴有漏水，或者發(fā)育有溶洞時(shí)，應(yīng)使用孔口管動(dòng)態(tài)阻塞法，該管直徑取110mm。對于黏性土的覆蓋層，其封孔深度至少為4m；對于砂性土或卵石土，則需要封孔至土石的交界處，4m之內(nèi)的孔口管應(yīng)采用花管。

（2）終孔完成后，等待驗(yàn)收的時(shí)間不宜太長，以免孔內(nèi)發(fā)生坍塌。終孔驗(yàn)收后的封閉操作需及時(shí)跟進(jìn)，注漿作業(yè)則應(yīng)在封孔水泥漿或封孔砂漿終凝之后實(shí)施。

3.5 注漿

（1）單液注漿時(shí)使用42.5 號(hào)普通硅酸鹽水泥配制的純水泥漿，剛開始灌注時(shí)采用稀漿，水灰比為（0.6～1）∶1。在注漿時(shí)的灌入量較大時(shí)，根據(jù)實(shí)際工況，可使注漿液濃度提高一級(jí)。

（2） 注漿時(shí)的孔口壓力表指數(shù)應(yīng)控制在0.2～0.4MPa，此即注漿壓力；終止注漿時(shí)的壓力取為0.3～0.5MPa。

（3）基巖段的注漿量一般按0.6～1.2m3/m 的指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)；而在土石界面之上3m 的區(qū)域，設(shè)計(jì)指標(biāo)一般取0.2m3/m；對于其他土層，則一般按0.01m3/m 的設(shè)計(jì)值進(jìn)行封孔填充注漿量的估算。

（4）遇到空溶洞、半填充溶洞或土洞時(shí)，進(jìn)行注漿處理前，應(yīng)先采用砂與碎石進(jìn)行高壓沖填。

（5）對于溶蝕裂隙非常發(fā)育且互相聯(lián)通、漏漿頻繁發(fā)生的情況，應(yīng)使用相當(dāng)用量的粉煤灰或粉土，與注漿液攪拌混合后實(shí)施注漿。其中的粉土占水泥的質(zhì)量比值不大于0.1，而粉煤灰的摻入量應(yīng)為水泥質(zhì)量的0.2～0.5。

（6）停止注漿的標(biāo)準(zhǔn)為：在設(shè)計(jì)注漿壓力下持續(xù)進(jìn)行10min的注漿，相應(yīng)的注漿速度小于5L/min。

（7）注漿中的特殊問題處理：注漿操作不得中斷，必須中斷時(shí)需要查明原由，并迅速處理后恢復(fù)注漿。按設(shè)計(jì)方案順序進(jìn)行按序注漿。若發(fā)生串漿情況，則一并對串漿孔洞采取注漿措施。若存在冒漿與返漿，應(yīng)先暫停注漿，找出原因并處理后，再行恢復(fù)實(shí)施。溶蝕破碎帶若坍孔嚴(yán)重或溶洞填充有粗粒土，則可能會(huì)出現(xiàn)跟管鉆進(jìn)成孔困難的問題，對此，可進(jìn)行復(fù)鉆，不得采用泥漿護(hù)壁法實(shí)施鉆進(jìn)。注漿實(shí)施過程中，如果存在漏漿頻繁等現(xiàn)象，則可換用雙液注漿法堵漏，其中水玻璃與水泥漿的比例需提前由試驗(yàn)確定，一般水玻璃的濃度取為35～40 波美度，模數(shù)值為2.4～3.4。注漿量在實(shí)施碎石或砂以及充填其他物質(zhì)處理后若仍較大，則應(yīng)實(shí)施間歇注漿的處理措施。

4 質(zhì)量檢查

每個(gè)分段實(shí)施完成或整段施工完成后，應(yīng)對注漿質(zhì)量情況進(jìn)行檢查，具體方法有壓水試驗(yàn)、鉆孔取芯或物探等。其中，壓水試驗(yàn)一般借助取芯鉆孔實(shí)施，在整治范圍內(nèi)抽檢瞬態(tài)面波測點(diǎn)，數(shù)量應(yīng)在注漿總孔數(shù)的5%以上。鉆孔取芯實(shí)施的孔數(shù)應(yīng)超過注漿孔總數(shù)的2%，且至少3 孔，具體于灌漿孔之間布置。注漿施工質(zhì)量合格的標(biāo)準(zhǔn)可參照以下幾點(diǎn)：

（1）對孔洞巖芯進(jìn)行檢查，可探及水泥結(jié)石體，可見裂縫基本被充密。對于漿液結(jié)石體進(jìn)行試塊測試，其實(shí)際單軸抗壓強(qiáng)度在0.3MPa以上。

（2）受檢孔洞的吃漿量符合一定要求，一般在周邊四個(gè)孔洞平均吃漿量的15%以下。

（3）進(jìn)行壓水試驗(yàn)時(shí)，其相應(yīng)的滲透系數(shù)較小，為注漿前滲透系數(shù)的0.1以下。

（4）注漿實(shí)施前后的物探情況，可應(yīng)用電測深法對其異常進(jìn)行對比分析。

在由第三方檢測方對灌漿質(zhì)量實(shí)施檢測期間，可利用綜合物探手段，如電測深、電磁波CT 或者瞬態(tài)面波法等，并同時(shí)進(jìn)行鉆孔取芯、灌漿試驗(yàn)以及注水等輔助措施，從而對比分析注漿前后的物性指標(biāo)發(fā)展情況。選取適宜的檢測方法（見表1），從而實(shí)現(xiàn)注漿質(zhì)量的準(zhǔn)確判斷。

表1 檢測方法

5 結(jié)論

（1）巖溶區(qū)段的地下水位一般隨時(shí)間而改變，久之將使地層發(fā)生下降，導(dǎo)致路基承載力也逐漸變小，威脅公路行駛安全，因此有必要對土石界面進(jìn)行封閉處理，切斷巖溶水與上層滯水的水力聯(lián)系，保證地下水位的平衡；

（2）在白云質(zhì)石灰?guī)r中發(fā)育有溶洞時(shí)，受較大壓力的影響，上部地層可能產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象，造成公路路基的潛在危害，因此，在操作時(shí)，為初步掌握巖溶在地層中的發(fā)育情況，可進(jìn)行先導(dǎo)孔施工，通過探灌結(jié)合的方法，對相應(yīng)路段的巖溶發(fā)育情況、地質(zhì)特征參數(shù)以及可溶巖的分布等指標(biāo)進(jìn)行詳實(shí)的勘查。

本文所述的高速公路巖溶路基的整治與實(shí)施，能夠有效保證路基的承載能力，提高路基施工效率與安全性，案例工程施工整治效果理想，可為同類項(xiàng)目提供參考。