公路巖溶路基注漿施工技術(shù)研究

石慶年

（貴州省公路工程集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550010）

0 引言

巖溶地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜多變，風(fēng)險(xiǎn)性較高，若不采取有效措施對(duì)公路地基進(jìn)行合理加固處理，極易發(fā)生坍塌、開(kāi)裂、不均勻變形等問(wèn)題，影響整體路基穩(wěn)定性。因此，應(yīng)針對(duì)公路巖溶路基采取注漿加固處理技術(shù)，嚴(yán)格把握技術(shù)要點(diǎn)，采取行之有效的質(zhì)量控制措施，以確保路基的安全性和加固效果。

1 公路巖溶路基的危害

巖溶路基指長(zhǎng)期被巖溶地下水侵蝕的支承基礎(chǔ)的土體或巖體。公路巖溶路基處理不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致施工質(zhì)量變差，并影響公路項(xiàng)目整體施工效果。公路巖溶路基處理不當(dāng)，主要有以下幾點(diǎn)危害：

（1）導(dǎo)致路基不均勻沉降，公路路面出現(xiàn)裂縫，并且縮短公路使用壽命，發(fā)生車(chē)輛安全事故。

（2）在長(zhǎng)期雨水沖刷條件下，造成公路路塹邊坡產(chǎn)生干溶洞，影響路塹邊坡的穩(wěn)定性。

因此，公路巖溶路基處理時(shí)需明確危害，嚴(yán)格按照方案對(duì)其進(jìn)行處理，保證加固效果[1]。

2 公路巖溶路基注漿施工技術(shù)研究

注漿施工技術(shù)即注漿加固技術(shù)，通過(guò)氣壓以及液壓技術(shù)將漿液澆筑到出現(xiàn)裂縫、凹洞以及空隙處，填充空隙，達(dá)到加固持力層地基的目的。注漿過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)范以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展，保障施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2.1 工程概況

某公路路線(xiàn)全長(zhǎng)35.8km，位于貴州省境內(nèi)，該地區(qū)地質(zhì)多為巖溶路基，上覆松軟黏土，下部為風(fēng)化灰?guī)r及裂隙發(fā)育區(qū)。此次地基處理采用注漿加固方案，封堵固化土洞，形成地下水通道，確保地下水不對(duì)持力層產(chǎn)生影響，避免地基后期發(fā)生沉陷，確保行車(chē)安全。為便于后期在全標(biāo)段施工中應(yīng)用，選定DK14+200—DK14+400路段為注漿試驗(yàn)段，利用試驗(yàn)段選取技術(shù)指標(biāo)，包括注漿材料、施工機(jī)具、施工參數(shù)和施工工藝等。注漿完畢后，對(duì)比注水試驗(yàn)及物探檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)漿液充分填充溶蝕裂縫、凹洞以及空隙，有效改善了巖土結(jié)構(gòu)，隔斷了地下水的滲透通道，效果明顯，能夠滿(mǎn)足此次路基注漿加固的質(zhì)量要求。

2.2 施工前期準(zhǔn)備工作

2.2.1 確定路基注漿方案

設(shè)計(jì)路基注漿方案首先要合理勘察周邊環(huán)境，完善臨時(shí)用地和臨時(shí)排水措施，盡可能利用已有的施工通道，避免影響周?chē)用竦纳瞽h(huán)境。另外，選擇合理規(guī)范的注漿材料，并對(duì)注漿方案進(jìn)行討論，最終形成最佳注漿施工方案[2]。

2.2.2 注漿材料選擇

注漿材料必須符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工方案的要求，該施工選取漿液為標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥、水以及外加劑組成。

（1）水泥。水泥入場(chǎng)前，先查驗(yàn)合格證、出廠(chǎng)證明和質(zhì)量證明，并檢測(cè)性能，入場(chǎng)后做好儲(chǔ)存場(chǎng)地的防潮防護(hù)措施，避免水泥受潮影響其性能，儲(chǔ)存2個(gè)月后，要重新檢測(cè)性能，符合標(biāo)準(zhǔn)方可使用。

（2）水。對(duì)水源進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)結(jié)果得知氯化鈉的含量小于0.5%，硫酸鹽含量小于0.1%，其他有機(jī)物含量均滿(mǎn)足指標(biāo)范圍，符合施工方案要求。

（3）外加劑。外加劑選用KA-1和水玻璃，其中KA-1為水泥用量5%、水玻璃為水泥用量3%，最終外加劑總量根據(jù)整個(gè)工程需要確定。

2.2.3 施工設(shè)備選取

注漿施工使用的設(shè)備包括鉆機(jī)和注漿機(jī)[3]。

（1）本工程選取XY-1和XY-1A型鉆機(jī)，其具有油壓自動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)效率高，質(zhì)量輕，分解性強(qiáng)，并且符合注漿孔的大小、深度的要求，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

（2）注漿機(jī)。注漿機(jī)品牌和型號(hào)繁多，選取時(shí)，必須滿(mǎn)足注漿工藝要求，包括壓力、流量、體積和抗腐蝕性能等方面特性。本案例采用河南省耿力工程設(shè)備有限公司生產(chǎn)的GYZ-4型注漿機(jī)，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 鉆機(jī)參數(shù)表

表2 注漿機(jī)參數(shù)

2.3 施工參數(shù)設(shè)計(jì)

本工程施工參數(shù)設(shè)計(jì)有鉆孔深度、鉆孔密度、斜孔設(shè)計(jì)、注漿壓力和注漿量。具體設(shè)計(jì)如下：

（1）鉆孔深度。注漿深度決定鉆孔的深度，通過(guò)本次巖溶土層的調(diào)查數(shù)據(jù)得知，巖溶土層松散、滲透性強(qiáng)，此次注漿深度在6～7m，鉆孔深度與注漿深度基本一致。

（2）鉆孔密度。本工程巖溶路基呈現(xiàn)不均勻性，無(wú)法針對(duì)空間形態(tài)分布的情況進(jìn)行鉆孔注漿，因此決定采取加大鉆孔密度，控制在20～40m2/孔，孔間距4.5～6.0m。

（3）斜孔設(shè)計(jì)。鉆孔需留有一定的傾斜角度，將路基的高度、孔位與路基中線(xiàn)的垂直距離和松散土層的深度數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得知。

（4）注漿壓力。通過(guò)注漿范圍及深度數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式得出，本工程注漿壓力應(yīng)控制在0.7～1.0MPa范圍之內(nèi)。

（5）注漿量。注漿量應(yīng)事先由施工單位計(jì)算得出，利用有效加固面積、注漿深度和巖溶土的孔隙率代入注入漿液體積計(jì)算公式，具體計(jì)算如式（1）：

式中：V為注漿量的體積大?。╩3）；A為有效加固面積（m2）；L為注漿深度（m）；α為巖溶土的孔隙率（%）。

2.4 鉆孔、驗(yàn)孔及清孔

（1）鉆孔：施工參數(shù)設(shè)計(jì)完畢后，開(kāi)始鉆孔作業(yè)。根據(jù)施工圖紙，施工單位應(yīng)事先確定好鉆孔位置，并對(duì)所有鉆孔統(tǒng)一編號(hào)，編號(hào)后進(jìn)行放樣確定鉆孔具體位置，鉆孔設(shè)備的安裝要嚴(yán)格控制好設(shè)計(jì)位置偏差，不得大于40cm，發(fā)現(xiàn)偏差較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)做好調(diào)整工作，重新放樣確定鉆孔具體位置，待滿(mǎn)足位置偏差范圍內(nèi)時(shí)，再鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度。

（2）驗(yàn)孔：?jiǎn)慰足@孔完畢后，取出芯樣并檢驗(yàn)。全部鉆孔完成后，統(tǒng)一組織進(jìn)行逐孔驗(yàn)收工作，全部鉆孔驗(yàn)收合格方可進(jìn)行下一步工作，如發(fā)現(xiàn)單孔有問(wèn)題，應(yīng)立即進(jìn)行返工處理[4]。

（3）清孔：全部驗(yàn)收合格后開(kāi)始進(jìn)行清孔作業(yè)，本次清孔工作采用清水沖洗，且清水流量不小于泵送額定流量的85%，持續(xù)沖洗15min，待沖洗水保持原有濁度，停止沖洗作業(yè)。

2.5 注漿施工

清孔完畢后，檢測(cè)孔內(nèi)是否存在坍塌現(xiàn)象，若沒(méi)有坍塌問(wèn)題，則準(zhǔn)備注漿施工。注漿前，做好注漿管連接工作，將黃油涂抹在鋼套管上，再將PVC管外側(cè)利用砂漿固定于孔內(nèi)，注漿管外露長(zhǎng)度控制40cm，待全部安裝后，利用高濃度的水泥漿封孔，注漿管口用孔口蓋密封，封孔結(jié)束后開(kāi)始注漿。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合鉆孔深度和裂隙發(fā)育情況，注漿方式采用分段注漿，自下而上往孔口注漿，先外排，后內(nèi)排，同處一排的，先兩頭后中間，淺層采用全孔一次注漿完成，具體注漿流程如圖1。

圖1 注漿流程示意圖

2.6 注漿過(guò)程注意事項(xiàng)

（1）對(duì)孔深進(jìn)行測(cè)量，確保注漿深度。

（2）壓水試驗(yàn)，檢查管路是否存在問(wèn)題，并了解孔內(nèi)吸水量，確保注漿加固施工順利進(jìn)行。

（3）遇到較大的溶洞、裂隙時(shí)，注漿前先投入砂、碎石，然后再注入純水泥漿。

（4）注漿過(guò)程中，采用試驗(yàn)段的注漿壓力和漿液的配合比注漿。

（5）注漿壓力按由小到大原則，先采用自流式注漿，當(dāng)漿液達(dá)到孔口再進(jìn)行有壓注漿，最大壓力不得大于終注壓力2倍。

（6）注漿過(guò)程遇到孔段漏漿、跑漿情況，須停止注漿，采取有效措施解決漏漿、跑漿問(wèn)題，例如：調(diào)整漿液濃度、添加速凝劑、注漿時(shí)間等[5]。

3 公路巖溶路基施工的質(zhì)量控制措施

試驗(yàn)段DK14+200—DK14+300巖溶地基注漿要嚴(yán)格對(duì)原材料進(jìn)行篩選，施工過(guò)程中應(yīng)采用多次漿液出機(jī)比重檢測(cè)，強(qiáng)化注漿質(zhì)量檢測(cè)，采取質(zhì)量檢測(cè)日?qǐng)?bào)表和周報(bào)表制度，保證注漿效果。

3.1 原材料控制

水泥經(jīng)過(guò)篩選，最終確定使用貴州科特林水泥有限公司生產(chǎn)的標(biāo)號(hào)為42.5的普通硅酸鹽水泥，檢驗(yàn)批次一次不大于500t，嚴(yán)格控制質(zhì)量，滿(mǎn)足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）要求。水源要定期檢測(cè)，確保滿(mǎn)足氯化鈉、硫酸鹽和其他有機(jī)物含量不超標(biāo)。選用桶裝水玻璃，參數(shù)要求密度為40～45°Be’，模數(shù)為2.6～3.0，并按生產(chǎn)批次檢測(cè)。

3.2 漿液配比控制

首先，施工需要漿液要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試配，測(cè)定不同配比下的漿液比重和含氣量，并計(jì)算得出單方漿液材料配制重量以及各種原材料的配制重量比，然后整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，交付制漿站進(jìn)行制漿，并且每個(gè)臺(tái)班要對(duì)漿液出機(jī)比重進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)頻次控制在1～2次，以確保配合比的準(zhǔn)確性[6]。

3.3 注漿工藝質(zhì)量控制

檢測(cè)合格的原材料要進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)管理，不得與其他工程混用。注漿施工過(guò)程要作業(yè)指導(dǎo)書(shū)開(kāi)展施工，對(duì)漿液密度使用現(xiàn)場(chǎng)配備的比重計(jì)和比重枰測(cè)量，并根據(jù)施工方案控制好注漿壓力。設(shè)定200m為一個(gè)驗(yàn)收單元，并嚴(yán)格落實(shí)自檢、互檢和專(zhuān)檢的質(zhì)量三檢制制度，監(jiān)理和技術(shù)員全程旁站監(jiān)督，徹底確認(rèn)驗(yàn)收合格，再進(jìn)行下一個(gè)工序。如發(fā)現(xiàn)異常情況，交付設(shè)計(jì)與建設(shè)單位處理。

3.4 質(zhì)量管理措施

注漿質(zhì)量檢測(cè)要堅(jiān)持質(zhì)量報(bào)表制度，由施工單位上報(bào)質(zhì)量檢測(cè)日?qǐng)?bào)表和周報(bào)表，監(jiān)理單位上報(bào)巖溶整治日?qǐng)?bào)表和周報(bào)表。

4 注漿效果檢驗(yàn)

4.1 壓水試驗(yàn)

注漿完畢后，壓水試驗(yàn)孔數(shù)按照總孔數(shù)的5%選取，壓水時(shí)壓力急劇上升，單位長(zhǎng)度吸水量為注漿前的1.5%，合格率100%，效果顯著。鉆取巖芯發(fā)現(xiàn)灰?guī)r裂隙為水泥，溶洞中鉆出柱狀水泥塊。

4.2 物探檢測(cè)

對(duì)注漿試驗(yàn)段剖面6.5m深內(nèi)進(jìn)行物探檢測(cè)，電阻率比一般土層高，達(dá)到80～140Ω·m。對(duì)注漿試驗(yàn)段進(jìn)行物探檢測(cè)，注漿效果明顯。以試驗(yàn)段為例，在注漿區(qū)剖面6.5m深內(nèi)，電阻率50～140Ω·m，比一般土層電阻率高。DK14+600—DK14+800沒(méi)有注漿，電阻率50～120Ω·m，原因是注漿灰樁提高了電阻率，同時(shí)與上部土層有關(guān)。6.5m到基巖面，電阻率10～60Ω·m，推測(cè)可能是含水量高導(dǎo)致電阻率低。注漿區(qū)剖面10～20m區(qū)域內(nèi)，電阻率等值線(xiàn)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，先稀疏，再致密，最后稀疏，推斷致密區(qū)域?yàn)榛鶐r位置?；鶐r面下6m電阻率絕對(duì)值小于120Ω·m，相對(duì)降低，可能由于基巖面起伏所致，推斷有風(fēng)化或裂隙存在。但電阻率等值線(xiàn)呈水平分布，注漿促使基巖表層變得相對(duì)均勻。6m以下電阻率絕對(duì)值大于200Ω·m，呈水平分布，推斷注漿區(qū)下部基巖完整。

5 結(jié)論

綜上所述，巖溶地質(zhì)十分復(fù)雜，在巖溶地質(zhì)區(qū)域的道路施工需要對(duì)其進(jìn)行注漿加固處理，以保證巖溶路基的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

（1）此工程巖溶發(fā)育較為強(qiáng)烈，且多為溶洞，因此應(yīng)根據(jù)注漿過(guò)程中不同現(xiàn)象，綜合分析判斷鉆孔記錄、注漿壓力、注漿數(shù)量、冒漿情況，最終提高注漿效果。

（2）注漿過(guò)程要重點(diǎn)控制，嚴(yán)格按照工藝性試驗(yàn)確定的參數(shù)、漿液配合比進(jìn)行注漿加固施工，并嚴(yán)格落實(shí)自檢、互檢和專(zhuān)檢的質(zhì)量三檢制制度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施解決。

（3）通過(guò)對(duì)本試驗(yàn)段實(shí)施注漿加固處理，有效提高了地基承載能力，滿(mǎn)足施工要求，本次注漿工藝及參數(shù)合理。