人浅谈岩溶注浆施工工艺及质量控制|压力注浆加固地基质量控制
时间：2020-03-05 07:34:24 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：结合武广客运专线XXTJⅣ标DK1767+865～DK1776+229段岩溶路基施工情况，介绍岩溶注浆施工工艺及质量控制。 关键词：岩溶地区 压力注浆 施工工艺 质量控制
一、工程概况
新建铁路武汉至广州客运专线XXTJIV标DK1767+865～ DK1776+229段位于岩溶发育区，地层岩性为Q4粉质黏土，褐黄色、硬塑，厚10～20m；下伏D3X灰岩，灰色，弱风化，岩溶较发育；第四系地层地下水不发育，基岩岩溶水较发育。全段路基基底采用压力注浆加固，路堤地段注浆孔采用梅花型布置，路堑地段采用正方形布置，间距5.0m，土层帷幕3m，加固厚度入基岩5m，注浆孔深15～25m。
二、施工方案
1、目的
该段路基基底灰岩岩溶较发育，地下水位处于岩土界面附近，随季节变化特别是雨季，地下水上下波动急骤，地表水与地下岩溶水沟通易引起地表变形或当上覆盖土体可能因地下水的波动潜蚀破坏产生土洞；或由于增加荷载而使溶洞顶板坍陷，采用压力注浆加固。
2、工艺原理
将水泥浆液在一定压力作用下注入岩溶裂隙、溶洞中以及软塑黏土体孔隙中，首先是填充岩溶溶洞及岩溶裂隙，其次是封闭岩、土界面，形成隔水帷幕，阻隔上层滞水与岩溶水的联系；通过注浆填充液凝固后，具有的刚性和强度而改变岩层及土体的性状，使岩土的变形受到约束，强度得到提高，从而达到控制地基整体沉降、减少变形的效果。
3、施工机械设备
4、劳力组织
5、施工准备
（1）路基施工到注浆作业面，进行场地平整，达到注浆机械施工的条件。
（2）材料准备
①注浆用水采用附近的井水或池塘水。
②注浆用的水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为32.5级，水泥保持新鲜，不超过出厂日期3个月，水泥的各项指标符合国家标准。
③符合国家质量要求的波美度为38～43Be′的水玻璃，模数2.4～3.0。对选购的水玻璃进行稀释直至符合要求的浓度备用。
（3）注浆主要设备包括钻机、注浆泵、搅拌机及配套仪表等设备到位，对钻机、注浆泵、搅拌机等机械进行检查、调试、维修，保持良好的状态。
6、先导勘探孔施工
施工前对本段路基地下设施和管线进行了调查，确认本段没有地下设施、地下管线后，开始进行先导勘探孔施工。根据设计要求的注浆加固范围，布置注浆孔位置，选取总孔数的30%进行先导勘探。本段实际注浆孔布置208孔，先导孔52孔。通过分析先导孔资料，本段岩溶发育情况与设计基本相符，线岩溶率在8%左右。
部分注浆孔位布置图（黑色为先导孔）
岩溶注浆加固范围纵断面图
7、施工工艺
岩溶注浆施工工艺流程图
（1）定孔位
根据设计要求标出注浆孔位置，并进行复测。路堤地段注浆孔采用梅花型布置，路堑地段采用正方形布置，间距5.0m。
（2）钻机与注浆设备就位
①注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。
②钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。
③注浆管线不宜过长，一般为30～50m，以防压力损失。
（3）钻进
①将钻杆对准所标孔位，地质钻机开孔钻进，保证土层孔径≮110mm，岩层孔径≮91mm。开孔时轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜。
②加固深度为岩土界面以下5m，即孔深潜入基岩5m，若施工过程中遇溶洞，至溶洞底板下1.0m。孔深5m范围内未遇见溶洞，即结束钻探，对溶蚀裂隙进行注浆加固。
③钻进过程中观察地层变化，作好钻孔记录。
（4）注浆施工
①试泵
开泵前先将三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升，当泵压达到预定注浆压力时，持续二、三分钟不出故障，即可结束。
②安装注浆套管及注浆管
钻孔完毕，进行清孔检查，在确认没有坍孔和探头石的情况下，下注浆套管。否则，用钻机进行扫孔。在注浆管管口安装2.5Mpa的压力表。在孔盖下方连接一直径5cm左右的注浆管，下至基岩面以下50cm左右。
③压水试验
压水压力由小逐渐增大到预定注浆压力，并持续15min，做好记录。
④浆液配制
水泥浆液水灰比为1：1，拌浆机拌合水泥浆液。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆。
⑤将配制好水泥浆液送入搅拌式储浆桶内备用。
⑥注浆管路系统的试运转：用1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好水、电；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运转时间为20min。
⑦注浆顺序：按自路基坡脚向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，保证注浆质量。
⑧注浆压力控制：灰岩中为0.1～0.3MPa，岩土界面附近逐步加大到0.3～0.5MPa。
（5）结束注浆
当注浆达到下列标准之一时，结束该孔注浆：
①注浆孔口压力维持在0.2～0.5MPa左右，吸浆量不大于40L/min，维持30min。
②冒浆点已出有效距离3～5m时。
③单孔注浆量达到平均注浆量的1.5～2.0倍，且进浆量明显减少时。
④岩溶裂隙不发育和岩层完整的钻孔，注浆压力达至1.5MPa，浆液难以注入时。
（6）提管、回填
注浆完成后应立即拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固住而造成拔管困难。拔出管后，及时刷洗注浆管，保持清洁、通畅。拔出管后留下的孔洞，用水泥砂浆封孔。
三、施工中常遇问题预防及处理措施
（1）成孔：注浆钻孔采用钻机成孔，钻机安装要牢固，定位稳妥、固定。严重塌孔的，回填后重新钻进成孔。
（2）安装注浆套管：注浆套管的安装我们试验了3种方法。
第一种方法是以φ108mm的钻头成孔，成孔直径≮110mm，然后安装φ108mm的钢套管，虽然孔径略大于套管，但由于覆盖土层厚，钻杆较长，钻杆晃动幅度不匀，成孔孔径不均匀，安装套管阻力很大，下到基岩面十分困难，注浆后套管也难以拔出，不但效率低，成本也大大增加。
第二种方法是以φ127mm的钻头成孔，成孔直径≮130mm，然后安装φ108mm的钢套管，这样安装套管时能够相对容易的下至基岩面下50cm，但是套管与孔壁不密贴，注浆过程中套管口冒浆现象严重；同时这种办法需要套管数量也比较大，不利于大面积施工。
第三种方法是采用127mm钻头开孔，钻到地面以下2～3m处改换φ108mm的钻头，保证土层孔径≮110mm，采用127mm套管，利用钻机将套管下至地面以下6m左右，套管外露长度30-40cm，这样能够保证套管与孔壁有3-4m部分是紧紧密贴；这种方法能够节省套管，增加套管周转次数，操作简单方便，有效防止孔口冒浆，控制注浆效果。
（3）注浆：注浆用的浆液经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始注浆，并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌，搅拌时间小于浆液初凝时间。盛浆桶不能暴露于阳光下，以防浆液凝固。
①孔口冒浆：本段属覆盖型岩溶地区，覆盖层较厚，粉质黏土、硬塑，基本上不存在裂隙冒浆，多为套管口冒浆。将套管加长1-2m，用麻丝绳在套管外侧中部绕成不小于钻孔直径的纺锤形止浆塞，安装套管后，用混凝土将孔口圆坑封闭重新注浆。
②串浆：注浆本着跳孔施工原则进行，但在实际施工过程中仍然出现了串浆现象。在本段注浆施工过程中，这两种串浆现象均发生过。如多孔串浆，则在串浆的孔口加盖，待本孔注浆达到注浆结束标准后，对串浆孔进行清孔处理，并及时注浆。
③注浆结束：严格按照设计注浆结束标准控制，并作好记录。各孔注浆量依据不同地质情况有较大的差异，当连续注浆单孔超过15吨水泥不见升压时，加入水玻璃进行双液注浆。必要时采用间歇注浆。
④地表变形观测：本段在施工过程中进行了地表变形检测，在线路中心、堑顶及堑顶外10m各埋设了一排观测桩，纵向距离50m，注浆过程中每天进行观测，未发现地面沉陷或隆起现象。
四、注意事项
1、注浆施工时，采用自动流量和压力记录表，及时对资料进行整理分析。
2、注浆过程中尽可能控制流量和压力，防止浆液流失。
3、注浆顺序按跳孔间隔方式进行，并采用自路基坡脚向线路中心的顺序进行。
4、注浆全过程做好技术资料和基础数据记录、整理、分析工作。
5、注浆过程加强地面观测记录（水平位移、冒浆点的位置、地面沉陷等）。
五、成品保护
1、组装设备及注浆孔施工时，保护好现场轴线桩和高程桩。
2、注浆施工加强对成孔的保护。
3、注浆体未达到设计强度前，不进行土体开挖，以免扰动注浆体。
六、效果检查与评定
1、注浆完成后，进行了钻孔取芯检查，通过浆液充填情况进行直观判断，注浆效果良好。
2、注浆前后，进行注水试验，对比单位长度吸水量，注浆前平均单位长度吸水量1.3L/Min.m.m，注浆后平均单位长度吸水量0.05L/Min.m.m，注浆后单位长度吸水量小于注浆前吸水量的5%，且不存在明显漏水现象。
3、进行物探检测，检测区段未发现封闭性低阻率异常区（带），各检测剖面电阻率变化梯度平缓，地下介质体均匀，注浆充填效果较好。
物探效果图
七、安全、环保措施
1、安全措施
（1）钻机操作工、注浆泵司泵人员具有熟练的操作技能并了解施工的全过程。
（2）机械、电气设备达到国家安全防护标准；施工中发现设备运转异常，立即关闭电源进行检修。
（3）机电设备固定就位，不随意搬动，电动部分设置网罩，电箱电线悬挂。
（4）注浆过程中避免高压喷嘴接头断开或软管破裂导致浆液喷射、软管甩出引发安全事故。
（5）施工中钻机置于平整坚实的地面上，钻机移位时平稳并保持挺杆垂直，防止倾斜倒塌。
2、环保措施
（1）水泥和粉煤灰等细颗粒散体材料，遮盖存放，运输时防止遗撒、飞扬。
（2）化学注浆时避免浆液对地下水源及周围环境的污染。
（3）废弃的砂料及水泥袋等包装物及时清理，不随处抛撒。施工机具采取降低噪声措施，减少扰民。
八、结语
通过总结本段岩溶注浆施工的经验与教训，基本确定了压力注浆的施工工艺，掌握了施工过程中常见问题的预防和处理措施，施工质量得到有效控制。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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