路基岩溶注浆技术总结

客运专线路基岩溶注浆施工技术总结

一、岩溶注浆施工概述

武广客运专线地质条件复杂多变，单从武汉综合试验段的地质条件来看，多为松软土岩溶路基，上覆黏土，为软塑及硬塑层，下伏风化灰岩、岩溶及裂隙发育区。设计采用岩溶注浆加固，其工作原理是在土石界面处压浆封堵固化浅部岩溶（溶洞、溶蚀、裂隙）和地下水侵蚀作用形成的土洞，填充土中的空隙，形成水平帷幕封堵地下水通道，隔断地下水对持力层的影响，达到加固持力层地基的目的，防止沉陷，确保行车安全。

为确保地基加固质量，我们选定DK1228+300～DK1228+400段为注浆试验段，通过试验选定注浆施工工艺、施工机具、各种注浆参数等技术指标，进而推广到全标段施工。

目前，我标段岩溶注浆工作基本结束，通过注浆前后注水试验及物探检测显示，注浆孔的浆液充分扩散填充了溶蚀裂隙和溶洞，改变了岩土结构，提高了强度，堵塞了地下水的渗透和潜蚀通道，注浆效果十分明显，从根本上消除了形成溶蚀塌陷的因素，满足路基加固质量要求。

二、主要施工参数的选定 ㈠施工设备选定 1、钻机机械

钻机型号如表1所示，满足注浆孔的大小、深度、地质情况要求。

表1 钻机机械表 序号 1 2 钻机 型号 XY-1 XY-1A 钻进深度 （m） 100 150 给进 方式 油压 油压 开孔直径 （mm） 110 110 终孔直径 （mm） 91 91 钻杆直径 柴油机 （mm） 功率（kw） 42 42 10 13 2、注浆机械

表2 注浆机械表 序注浆泵 号 型号 1 JH-5 形式 排出压力（MPa） 0～1.5 排浆量 （L/min） 100 出口直径 （mm） 32 吸口直径 （mm） 42 电机 功率（kw） 5.5 单缸作用往

复活塞泵 注浆泵型号如表2所示，具有泵体抗腐蚀材料，压力大，流量大，体积小，重量轻，搬运方便的特性，满足注浆工艺要求。

㈡施工工艺的选定

注浆施工工艺流程图如图1所示。 注浆前试验 平整场地 测量放线 原材料检验 监 理 工 程 师检测 填写施工记录 注浆 钻机对位 N 配合比确定 拌制浆液 Y 过滤 钻孔、检测 流入灰浆筒

转移钻机 注浆效果检查 注浆后试验检测

图1 注浆施工工艺流程图

在施工过程中应注意以下事项：

1、钻进过程中遇岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，进行扫孔后再行钻进； 2、注浆时当遇到钻孔串浆时，采用间隔一孔或几孔注浆方式，并将被串浆孔同时注浆或封堵；

3、在注浆过程中遇到冒浆时，如冒浆点在3～5m以外，则根据注浆终止条件可结束注浆。如冒浆点在3m以内，采用开挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注浆压力措施；

4、注浆中，注浆量和注浆压力是两个关键参数。一般规律是：初始阶段压力较低，注入量较大；正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态，但总的比较平稳；压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高；在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制；

5、为不破坏注浆帐幕，注浆应在预应力管桩后续施工，以避免管桩施工的震动。

㈢主要施工参数的选定 1、注浆材料的选定

正确地选用浆液是确保注入效果的关键。根据地质钻探情况，选择水泥浆液，采用32.5级硅酸盐水泥。水泥基浆液分为三类：纯水泥浆液、纯水泥浆液+水玻璃浆液、中粗砂＋水泥浆液和水泥＋水玻璃浆液。施工表明，纯水泥浆液为悬浊液，适用于岩石裂缝的填充补强，也适合填充空洞。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水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用水泥浆液或水泥＋水玻璃浆液。

水泥浆液随着水灰比的增大，浆液的粘度、密度、结石率、抗压强度都有十分明显地降低，初凝、终凝时间增长。试验段施工表明：水灰比应控制在0.8～1.0，并且以0.8为主，此时浆液的粘度、结石强度及渗透系数均能满足施工要求，效果很好。经试验测定,温度27～35℃，初凝时间120～240min，如表3所示。

水泥浆液凝结时间表 表3 序号 水灰比 0.8～1 1.0 27～35 120～240 缓凝剂磷酸二氢纳（％） 水玻璃（波美度38～43°）温度 （％） （℃） 凝结时间 （min）

0.8～2 1.0 0.8～3 1.0 2.5～3.0％ 8～20 27～35 30 ～130 8～20 27～35 20 ～80 施工中浆液的搅拌时间不少于30s，使其均匀拌合。但搅拌时间也不能过长，因为浆液的粘度与搅拌时间成正比，结石强度却与搅拌时间成反比，搅拌时间过长会造成水泥水化形成的凝胶结晶结构产生破坏。实际施工中浆液搅拌时间30s后即使用，使用前用比重计测定浆液的配比浓度，并做好施工记录。

水泥砂浆液中,水：水泥：砂=（0.8～1.0）：1.0：1.0。

水泥＋水玻璃浆液克服了纯水泥浆液凝结时间长，结石率低等缺点，提高了注浆效果。水玻璃掺入量是水泥量的8%～20% ，混合浆液重量配比是：水：水泥：水玻璃=（0.8～1.0）：1：（0.08～0.20）。水玻璃波美度为38°～43°。施工表明：水玻璃能显著加快水泥浆液的凝结时间。经试验测定,水灰比0.8～1.0，水玻璃掺入量2～20％，波美度38～43°，温度27～35℃时，水泥浆液的凝结时间20 ～80min。

水泥＋水玻璃浆液如果胶凝时间过短，不能满足施工要求时，可加入缓凝剂，抑制水泥和水玻璃反应速度，控制调节水泥＋水玻璃浆液凝结时间,提高浆液的渗透力，增大浆液扩散距离。采用磷酸二氢纳做缓凝剂效果很好。缓凝剂用量按水泥重量的2.5～3.0％选定为好。这个用量既可增长疑胶时间又能确保固结强度不显著下降。使用缓凝剂时应注意加料顺序、搅拌时间和放置时间。加料顺序为：水→缓凝剂→水泥，搅拌时间应不少于5 min，放置时间不宜超过30 min。

水泥水化过程中大约需要自身重量25％的水，按水灰比0.8～1.0计算，有55～75％的水属于多余的。它仅用于浆液输送，将水泥颗粒载运到预定地点后，多余的水份就应排出。由于基岩坚硬，上覆不透水的红粘土，水泥浆不能固结排水，多余的水份是通过沉积层顶部微小的缝隙内以清水形式流到路基外，或与水玻璃反应形成晶体。

2、注浆压力选定

在注浆过程中对于注浆压力参数控制相当重要，它直接影响注浆质量。施工中当岩溶一般发育时采用注浆压力0.6～0.8MPa，当岩溶极发育时采用注浆压力0.1～0.3MPa，上述压力能够满足注浆要求。注浆压力在岩土界面附近可逐渐加大，最大注浆压力不得超过0.8～1.0MPa。在注浆过程中遇到冒浆时，如冒浆点在3～5m以外，则根据注浆终止条件可结束注浆。如冒浆点在3m以

内，采用开挖填堵水泥或水泥+水玻璃，降低注浆压力措施。当遇到钻孔串浆时，可将被串浆孔同时注浆或封堵被串浆孔。

理论计算和实践经验可知：基岩上部粘土劈裂注浆的初始注浆压力值P0稍大于2倍土层重量的压力，在该压力作用下软粘土开始产生劈裂。当注浆压力达到P0后，进入劈裂注浆的劈裂流动阶段，随后压力降低，裂缝发展到一定程度之后，注浆压力又重新上升进入劈裂注浆的被动土压力阶段。这时需要有更大的注浆压力才能使土中裂隙加宽或产生新的裂缝，出现第二个压力峰值，在产生水平劈裂后形成水平方向的浆脉时，就可能使基础上抬。基础上抬会破坏上部硬壳结构，特别是土层抬升会引起注浆范围内的CFG桩或树根桩上移断裂，因此应控制注浆压力尽可能减少地表抬升变形。实际施工中注浆最大压力Pmax控制在0.8～1.0MPa左右。

3、桩位布置

采用坐标和钢尺相结合的办法确定桩位。

⑴根据设计桩位，用全站仪在路基断面内每20m～30m施放定位控制桩； ⑵根据施工平面布置图及定位控制桩用钢尺逐桩放样，并打入竹片定位； 用上述方法布置桩位，桩偏差小于50mm，满足规范要求。 4、钻机垂直度控制

现场采用锤球法简单实用，能满足规范要求。

三、注浆效果检验

㈠注水(压水)试验和验证钻孔

注浆后，以总孔数5％作注水(压水)试验，压水试验结果表明：注浆后再压水时压水压力陡升。注水试验单位长度吸水量仅为注浆前的1～2％，注浆效果明显。合格率100％。

通过钻取岩芯检查浆液充填情况，灰岩中的节理裂隙为水泥填充，溶洞中钻出柱状水泥块。

㈡物探检测

由中国科学研究院武汉岩土力学研究所对注浆试验段进行物探检测，注浆效果明显。

以试验段为例，在注浆区剖面6.5米深内，电阻率在50欧·M～140欧·M间，比一般土层电阻率高。DK1228+280～+300没有注浆，电阻率在50欧·M～120欧·M间。DK1228+300～+477注浆段电阻率在80欧·M～140欧·M，两者相比较，注浆段比未注浆段电阻率值大约提高10％～20％，原因之一是浅层含水量低注浆凝固较快，注浆形成的灰桩使整体电阻率略有提高，当然还与上部

是硬塑土层，含水量较小等因素有关。

注浆区深6.5米到基岩面，电阻率变低，电阻率在10欧·M～60欧·M间，推测与此段含水量较高的软塑土层有关，虽注浆后电阻率有所提高，但因为含水量高，电阻率整体表现出低值。DK1228+300～+390段和DK1228+410～+440段，深度10米左右，土层电阻率在10欧·M～40欧·M间，总体上分析，此深度范围虽电阻率较低，注浆后电阻率也低，但整体上还是有所提高，只是没有上部明显。

剖面内高程在10～20米区域，电阻率等值线由稀疏变致密再变稀疏，此致密带对应深度推测为基岩位置。注浆区基岩面有一定的起伏，基岩面下6米电阻率相对较低，绝对值小于120欧·M，反应出基岩表层有风化或岩溶裂隙，等值线呈水平近似平行分布，说明注浆虽然没使岩石电阻率有明显提高，但对基岩表层变得相对均匀方面起了一定的作用。以下电阻率绝对值大于200欧·M，电阻率等值线呈水平层状，并快速增大，反映出注浆区下部基岩整体较为完整。

四、现场施工问题及处理

㈠溶洞处理措施

通过先导孔探明溶洞发育情况，根据溶洞发育的特点，可将其分为三类：轻微溶蚀、一般溶洞、复杂溶洞。由于岩溶发育复杂，对于溶洞注浆处理，应遵循先易后难的施工原则，即先处理轻微溶蚀或一般溶洞，基本摸清溶洞发育情况后，再处理复杂溶洞。据其特点采用相应的施工方案。

⑴轻微溶蚀

轻微溶蚀是指节理岩体、节理化岩体、岩溶发育轻微及封闭的比较小的溶洞。该类轻微溶蚀吸浆量一般比较小，适合于单液注浆工法。若洞内无填充物或填充物不满时, 注浆开始及前期注浆量较大，可适当添加中粗砂挤密填筑溶洞，直至停止漏浆;若充填物呈松散或软塑，或已固结呈硬塑状态时,直接注浆固结即可。

⑵ 一般溶洞

一般溶洞是指溶洞发育明显，无大裂隙穿过，钻机注浆孔钻进成孔施工时，钻进冷却水和泥浆会明显泻漏，需及时补充。处理方法是施工时钻机钻孔穿过溶洞至溶洞底部后，再钻进1.0 m；首先选用单液注浆，并且添加中粗砂挤密填筑溶洞；如果注浆流量较大或注浆量超过设计量1.5倍，改用双液注浆工法。

⑶复杂溶洞

复杂溶洞是指溶洞发育明显或断裂带高度发育地区，并有明显裂隙，空隙相当发育、分布广泛、孔径大、连通性好，钻机注浆孔钻进成孔施工时，钻进冷却水和泥浆泻漏浆严重。处理方法是施工时钻机钻孔穿过溶洞至溶洞底部后，再

钻进1.0 m；先进行溶洞内的充填加固，把溶洞用水泥、中粗砂灰浆填满，该地区吸浆量一般均比较大，注浆采用双液注浆工法。

对于较大溶洞，大裂隙，浆液遇水易稀释而不易固结，在动水或大溶洞、裂隙中，甚至多年不固结，很难形成整体的堵水帷幕，因而会导致注浆帷幕的堵水效率低，通过注浆孔观察发现地下水位较高时，浆液浓度可先稀后稠，适当降低水灰比，提高浆液浓度。

对于较大溶洞，水泥或双液浆液以胶结方式充填于地下裂隙中并将其胶结起来，对裂隙起封闭作用，因固化后所形成结石体积较大，因而注浆应在预应力管桩后续施工，以避免管桩施工的震动。

对于较大溶洞，由于浆液中有多余水分，因而注浆后多余水分逸出多留下未被填满的空隙，可以通过验孔对未被填满的空隙再补充注浆。

㈡根据扩散半径对注浆压力的调整

所谓扩散半径，并非浆液最远扩散距离，而是符合设计要求的扩散距离。在试验过程中钻孔取芯观察，在0.1～0.3MPa的注浆压力下，由于注浆压力低，压力稳定持续时间短，在灰岩与土层交接面，扩散半径约为1米左右；在有充填的溶洞中，扩散半径受到岩溶裂隙的充填程度、发育方向及连通程度的影响，扩散距离大小不等，在红粘土层，扩散半径约为50～80cm，未有效形成帷幕。后将注浆压力提高到0.6-0.8MPa,扩散半径大幅提高，在孔与孔之间形成了交叉区域，基本保证了帷幕的形成。