陳臨安

(湖南省鳳大高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司,湖南鳳凰 416200)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國(guó)公路里程的增加,路網(wǎng)密度也越來(lái)越大,高速公路建設(shè)過(guò)程中經(jīng)過(guò)巖溶等不良地質(zhì)區(qū)域無(wú)法回避。由于巖溶區(qū)工程地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜,因?yàn)椴煌膸r溶地質(zhì),其處治方法各異,一旦處理不好,將直接影響到工程的質(zhì)量、安全及高速公路的使用品質(zhì),輕則造成經(jīng)濟(jì)損失,延誤工期,重則在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中造成重大的人員傷亡。因此,迫切需要一套行之有效方案來(lái)指導(dǎo)巖溶區(qū)路基的施工。筆者結(jié)合鳳大高速公路巖溶區(qū)路基施工處理的部分經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了一套比較合理的巖溶區(qū)路基施工技術(shù),為巖溶地區(qū)的溶洞處理積累工程經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

鳳大高速公路建設(shè)項(xiàng)目地處云貴高原邊緣,地勢(shì)西高東低,海拔500～1 000m。區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)以巖溶山地地貌為主。按成因、形態(tài)劃分,全線大部分路線穿越的地貌類(lèi)型為溶蝕構(gòu)造石丘洼地谷地地貌,起點(diǎn)一帶,地貌類(lèi)型為砂頁(yè)巖低山丘陵。溶蝕構(gòu)造石丘洼地谷地主要由中上寒武統(tǒng)灰?guī)r白云巖組成,標(biāo)高600～800 m。相對(duì)高差一般50～100m。有漏斗、溶蝕洼地、干谷、塌陷及正在消失的小河和流量很大的巖溶泉分布;地下形態(tài)常發(fā)育成暗河、大型的溶洞、落水洞等隱伏性的,對(duì)工程形成極大威脅的不良地質(zhì)體,其處理工程量極大。巖溶對(duì)路基工程造成的危害性是多方面的,主要有:巖溶水浸泡路基;巖溶頂板坍塌造成路基沉陷;因溶蝕作用降低地基強(qiáng)度等,其中以路基沉陷最為常見(jiàn),危害性也最大。本段巖溶路基分布情況見(jiàn)表1。

表1 本段巖溶路基分布情況

k3+370:該溶洞走向?yàn)閗3+370左5 m～右5m(埋深約4～9.3m),指向左線k3+375～k3+390處(埋深約24～34m),有部分粘性土混碎石充填物。設(shè)計(jì)處理方案:開(kāi)挖溶洞后邊坡外露部分采用片石填塞、漿砌片石封閉;路基下隱伏部分采用注漿固結(jié)處理。

k4+140:該處存在1處充填型巖溶漏斗,深約18m,充填物為可塑狀粉質(zhì)黏土,填方路基段,設(shè)計(jì)方案:采用注漿固結(jié)加固處理。

k7+040:k7+035～k7+045有一巖溶體斜穿路基,埋深約6～20m,粘土填充,開(kāi)挖后頂板厚度局部小于2 m,設(shè)計(jì)方案:開(kāi)挖至路床后,采用注漿固結(jié)加固處理。

k7+470:該處右側(cè)路基占?jí)阂惶帋r溶漏斗,巖溶體延伸至地面以下12～16 m,管道內(nèi)有粘土填充,填方路基段,設(shè)計(jì)方案:采用注漿固結(jié)加固處理。

設(shè)計(jì)采用低壓注漿(注漿壓力0.3～0.4 MPa)處理,即用M 7.5砂漿灌注充填洞穴。注漿孔孔徑為110mm,注漿管選用φ89mm無(wú)縫鋼管,灌注漿液采用水泥砂漿(水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0),注漿采用低壓(注漿壓力0.3～0.4MPa)間歇定量或循環(huán)式灌注,間歇時(shí)間可控制在7～8 h。

2 灌漿加固機(jī)理

灌漿就是要讓水泥或其他漿液在周?chē)馏w中通過(guò)滲透、充填、壓密擴(kuò)展形成漿脈。由于地層中土體的不均勻性,通過(guò)鉆孔向土層中加壓灌入一定水灰比的漿液,一方面灌漿孔向外擴(kuò)張形成圓柱狀漿體,鉆孔周?chē)馏w被擠壓充填,緊靠漿體的土體遭受破壞和剪切,形成塑性變形區(qū),離漿體較遠(yuǎn)的土體則發(fā)生彈性變形,鉆孔周?chē)馏w的整個(gè)密度得到提高。

另一方面隨著灌漿的進(jìn)行,土體裂縫的發(fā)展和漿液的滲透,漿液在地層中形成方向各異、厚薄不一的片狀、條狀、團(tuán)塊狀漿體,縱橫交錯(cuò)的漿脈隨著其凝結(jié)硬化,造成結(jié)石體與土體之間緊密而粗糙的接觸,沿灌漿管形成不規(guī)則的、直徑粗細(xì)相間的樁柱體。這種樁柱體與壓密的地基土形成復(fù)合地基,相互共同作用起到控制沉降、提高承載力的作用。

3 施工準(zhǔn)備

1)測(cè)量準(zhǔn)備。對(duì)已探明的溶洞位置進(jìn)行放樣,確定處理范圍及孔位等情況。

2)試驗(yàn)準(zhǔn)備。漿材采用設(shè)計(jì)要求的水泥砂漿,水∶水泥∶砂=0.6∶1.0∶1.0。

3)材料準(zhǔn)備:

①水泥。注漿用水泥采用普通硅酸鹽水泥,水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5級(jí),水泥不超過(guò)出廠日期3個(gè)月,受潮、結(jié)塊者不得使用,水泥的各項(xiàng)指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并附有出廠報(bào)告。

②砂。采用質(zhì)地堅(jiān)硬的機(jī)制砂或天然砂,粒徑不宜大于2.5 mm,細(xì)度模數(shù)不大于2.0。

本項(xiàng)工程所需主要材料數(shù)量為:水泥2 175 t,砂8 000 m3。

4)施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。施工便道已拉通,施工場(chǎng)地已平整以利人員設(shè)備安置,施工用電采用自備發(fā)電機(jī)組自行解決用電問(wèn)題。

施工用水采用就近利用水源。

5)人員及設(shè)備安排。

①施工人員安排見(jiàn)表2。

②機(jī)械設(shè)備安排見(jiàn)表3。

③主要測(cè)量?jī)x器匯總表見(jiàn)表4。

表2 施工人員安排

表3 機(jī)械設(shè)備安排

表4 主要測(cè)量?jī)x器匯總

4 施工方案

4.1 巖溶處理方案

根據(jù)地質(zhì)鉆探資料本段巖溶處理方案如下:

1)路基底或路基附近規(guī)模較小的巖溶泉,將泉水口處鋪砌采用滲溝、涵洞等方法將水導(dǎo)出。

2)深而小的溶洞采用蓋板跨越,對(duì)洞徑小、頂板薄或巖層破碎的溶洞采用爆破頂板后用片石回填后,可注漿進(jìn)行加固。

3)路基范圍內(nèi)的地表塌陷(土洞),在不影響地下水排泄通道時(shí),采用回填夯實(shí),并在地表整平后鋪設(shè)土工格柵。

4)溶洞埋置較深,洞頂板較薄時(shí),采用鉆孔注漿加固。

4.2 鉆孔注漿施工方法及注意事項(xiàng)

4.2.1 注漿孔布置

按設(shè)計(jì)要求及施工規(guī)范要求進(jìn)行逐個(gè)注漿孔的定位,當(dāng)?shù)乇怼⒌叵掠姓系K物時(shí),根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)移動(dòng)孔位,移動(dòng)后的孔間距不得超過(guò)0.5m。

4.2.2 成孔注漿工藝

溶洞壓漿工藝流程見(jiàn)圖1。

1)注漿鉆孔開(kāi)孔直徑為φ110 mm,鉆至完整基巖土層下0.5～1 m后,下入φ89 mm套管護(hù)壁。每個(gè)注漿鉆孔至少測(cè)斜一次,終孔孔斜要求不超過(guò)2%。

2)注水試驗(yàn):觀察和記錄土層、基巖鉆進(jìn)時(shí)的孔口返水和排渣情況視為注水試驗(yàn),可綜合判定該孔的可注情況;同時(shí)按孔數(shù)的10%均勻選定注水孔,驗(yàn)證地層并嚴(yán)格按要求進(jìn)行注水試驗(yàn),以確定注漿段的單位長(zhǎng)度吸水量和漿液配方、配合比和泵壓等參數(shù)。

3)采用跳孔施鉆,施工時(shí)首先在兩側(cè)進(jìn)行注漿,然后再在中線進(jìn)行;在兩側(cè)進(jìn)行注漿時(shí),也必須采用間隔注漿的方法,以提高注漿效果。禁止全部鉆完后再注漿。當(dāng)溶洞多層時(shí),采用自上而下的注漿順序,即先灌上部第一層的的溶洞,然后灌下一層的溶洞,盡量避免漿液串冒。止?jié){采用似法蘭盤(pán)簡(jiǎn)易止?jié){法或止?jié){塞、套管等方法止?jié){。

4)為增加漿液的和易性和水泥砂漿的早期強(qiáng)度,可在漿液中摻入適量的減水劑和早強(qiáng)劑,若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處,吃漿量較大時(shí),視具體情況可加入粗骨料并采用間歇注漿。當(dāng)溶洞內(nèi)充填物為亞粘土?xí)r,注漿方式為劈裂注漿;當(dāng)充填物為砂礫、碎石時(shí),注漿方式為壓密注漿。當(dāng)溶洞為半充填或無(wú)充填時(shí),先填碎石,然后再注漿。

5)注漿時(shí)采用漿液濃度先稀后稠的方法,注漿開(kāi)始時(shí)要定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓,記錄注漿過(guò)程發(fā)生的各種現(xiàn)象,收集原始數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿量和漿液濃度,注漿過(guò)程中若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時(shí),應(yīng)采用間歇式注漿,或減少泵量及采取統(tǒng)一充填裂隙的措施,阻止?jié){液從地面大量流失。

6)結(jié)束注漿后及時(shí)清理設(shè)備、管道,拔出注漿管,用水泥純漿將注漿孔全部堵塞好。

7)統(tǒng)計(jì)好注漿施工中的各項(xiàng)數(shù)據(jù),做好施工記錄,出現(xiàn)與設(shè)計(jì)有出入情況及時(shí)上報(bào),一個(gè)區(qū)域的注漿作業(yè)完成后,清理好現(xiàn)場(chǎng),搞好環(huán)境衛(wèi)生。安全轉(zhuǎn)移設(shè)備到下一個(gè)施工區(qū)域,進(jìn)行下一步的施工作業(yè)。

單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):①控制孔口壓力,孔口終壓為0.3～0.4MPa,并根據(jù)孔口附近出現(xiàn)冒漿、串漿時(shí)可以結(jié)束灌漿;②達(dá)到設(shè)計(jì)灌漿壓力,吸漿量小于5 L/min,并穩(wěn)定20min視為結(jié)束。對(duì)因發(fā)生孔口管內(nèi)/外冒漿而非正常結(jié)束的注漿孔,應(yīng)視其原因,在附近重做或結(jié)合檢查孔補(bǔ)注漿。

圖1 溶洞壓漿工藝流程圖

5 處理效果

在處理過(guò)程中,監(jiān)理工程師對(duì)施工過(guò)程的每一道工序都進(jìn)行了全程監(jiān)理,涵蓋材料的進(jìn)場(chǎng)、消耗、鉆探、注漿以及混凝土的攪拌等各個(gè)流程。同時(shí),還對(duì)施工的質(zhì)量進(jìn)行了嚴(yán)格的抽查:對(duì)于巖溶注漿,每個(gè)施工階段完工之后,都布置了檢查孔對(duì)鉆孔取芯的質(zhì)量進(jìn)行檢查。結(jié)果顯示,溶蝕裂隙和溶洞全部被塊狀或短柱狀的水泥結(jié)石所充填,從而有效地堵塞了土體運(yùn)移的通道;從注漿前后的鉆探循環(huán)水量對(duì)比中也發(fā)現(xiàn),注漿前的孔鉆漏水和孔口返水現(xiàn)象也得以解決。通過(guò)注水試驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn),巖層單位長(zhǎng)度吸水率大幅下降,滿足設(shè)計(jì)要求,效果良好。

6 結(jié)語(yǔ)

總之,對(duì)于路基巖溶病害的治理,文章中提出的分析及治理方法還需要在實(shí)際的運(yùn)用中不斷地總結(jié),以提高其適用性。這其中的關(guān)鍵是掌握巖溶發(fā)育特征的前提下,怎樣結(jié)合路基的基礎(chǔ)形式把己經(jīng)成熟的各種分析方法及地基處理技術(shù)合理的運(yùn)用。