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[摘要]以京广线K1996+260~380段路基基底下沉为例,采用"先探后灌、探灌结合"的信息化施工原则,阐述了钻孔二次注浆法在处理基底下沉的工程措施、施工工艺、施工技术及处理效果,表明其治理的可行性。
[关键词]岩溶 下沉 探灌结合 钻孔二次注浆
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-10-228-2
1工程概况
京广线K1996+260~380段线路以路堤形式通过,路堤填高5-8m。2012年该段路基于+300附近发生突发塌陷下沉,危害现有京广线行车安全,直接导致当天列车停运,该段发生二次下沉的可能性较大,为确保运营安全,采用“探灌结合”的方式进行钻孔二次注浆注治理方案。
2工程地质及水文地质条件
2.1地层岩性
该段线路所经地段属河流阶地,零星分布鱼塘,毗邻武江,是比较典型的覆盖型岩溶区,下沉治理区地表覆盖层主要为第四系冲洪积的黏土层、砂层及卵砾石层,浅表层为路基填土,下伏基岩为泥盆系灰岩,地层岩性特征如下:
(1)填土:主要为路基填土,以粉质黏土为主。
(2)黏性土层:主要为粉质黏土,局部夹薄层粉土、粉砂,褐黄色、褐红色,硬塑,土质不均,层厚变化较大,层厚0.5–23.0m。
(3)砂层:主要为粉砂~中砂,褐黄色,饱和,稍密,呈透镜体状分布,层厚0~0.8m。
(4)卵砾石层:岩性自上而下主要为细(粗)圆砾土、卵石土,杂色,饱和,稍密~中密,卵砾石成分以灰岩、砂岩为主,分选性差,局部黏粒含量较高,层厚0.5–10.5m。
(5)灰岩:灰色、深灰色,弱风化,局部为强风化,隐晶质结构,层状构造,节理裂隙较发育,溶蚀作用较强烈,岩溶发育,在基岩面下5.0m范围内最强,往下渐变弱。
2.2水文地质条件
地表水及地下水均较发育,地表水主要分布于鱼塘、沟涌中,埋深浅。场地地下水类型按其埋藏分散特征分为上层滞水、孔隙潜水及碳酸盐岩裂隙水、岩溶水。上层滞水主要分布于粉质黏土中,富水性差,透水性弱,受大气降水补给;孔隙潜水主要赋存于 土层、砂层、卵砾石层中,主要靠附近鱼塘的侧渗补给和大气降水入渗补给,富水性好,透水性强;碳酸盐岩裂隙岩溶水主要赋存于下伏灰岩中,其富水性及透水性与岩溶发育状况关系密切,上部孔隙水与下伏裂隙岩溶水无隔水层相阻,裂隙岩溶水常年接受孔隙潜水的垂直入渗补给,两者间有直接的水力联系。
3工程措施
该段岩溶路基基底岩溶中等发育~发育(经勘探查明,下沉区砾石层较厚,水力联系较强,岩芯溶蚀强烈),地下水位随季节变化,特别是雨季,地下水上下波动急骤,上部覆盖层的土颗粒在地下水潜蚀作用下携带运走形成土洞,并发展成塌陷下沉,或由于地下水的频繁活动,导致岩溶在溶蚀作用下逐渐扩大直至产生地表塌陷下沉。注浆整治的原理是以水硬性材料堵塞充填下伏灰岩顶部的溶洞、溶槽、裂隙及上部土层中的孔隙、土洞,使其基本形成水平注浆帷幕,切断土石界面的岩溶通道,减小岩溶水及上覆土层之间地下水的垂直联系,降低地下水对上部土体的潜蚀和搬运能力,防止岩溶进一步发展扩大,从而起到加固稳定铁路路基的作用。
4注浆施工
4.1施工基础
①注浆孔的布置采用梅花型布孔,在上下行线路基边坡中部各设一排先导孔,间距6m,上下行线路基边坡坡脚处各设一排普通注浆孔,间距6m,上下行线路肩上各设置一排普通注浆孔(竖直孔与斜孔穿插布置),间距3m,见示意图1。
②先导注浆孔钻入基岩深度不小于8m,普通注浆孔钻入基岩深度不小于5m,若第一层溶洞过大,顶板不满足要求时,钻孔深度应至溶洞底板以下2m。
③钻探设备采用XY-100型,注浆泵采用BW-250型,压力大,流量大,搬运方便,满足注浆工艺要求。
4.2施工工艺
①施工工艺流程
本工程注浆治理施工工艺流程见图2所示。
注浆整治按施工先后顺序可分为注浆孔的制作、钻孔注浆、封孔等工序,其中钻孔注浆的连接流程示意图见图3。
②注浆工程施工
a先钻探灌结合孔,后钻一般注浆孔,无论是探灌结合孔还是一般注浆孔,全部跳孔施工,一般注浆孔采用路基两侧向路基中心进行。
b在开始注浆前选择代表性注浆孔进行压水试验,求出代表性地层注浆前的有关参数。每孔注浆前应进行洗孔,连接注浆机,泵压清水进行清孔,直到排出清水,完成洗孔。
c注浆时采用先两侧后中间的方式,同一排先两头后中间的注浆次序,保证了注浆质量及避免了不必要的浆液流失。浆液采用先稀后浓的顺序,先注稀浆,避免小裂隙、小通道被浓浆堵塞,然后根据相关情况逐步提高浓度,以保证具有连通性的空隙均能进浆,提高工程质量。
d当一次注浆完成且水泥浆达到终凝后,需用钻机扫、清孔后再进行二次注浆。
4.3施工参数
注浆施工中按照探灌结合的原则,应根据先导孔确定岩溶注浆段落、深度及相关参数。
(1)注浆水泥采用PO42.5水泥,水玻璃36-43Be',模数2.4-3.4,水泥浆液水灰比为0.8:1-1:1。
(2)注浆压力一般采用0.3MPa,岩土界面附近逐步加大至0.3-0.8Mpa,一般注漿压力不超过1MPa。注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定,并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。
4.4二次注浆结束标准
a注浆段注浆压力达到终注压力(≥0.4 MPa),稳定时间在30min以上;
b10min持续注浆量不大于5L/min,浆液难以注入时; c当路基坡脚有浆液溢出时。
4.5施工技术要点
(1)为确保注浆质量,施钻至基岩0.5m后嵌入Ф110套管,保证孔口套管露出地面,并及时封闭套管四周,防止浆液串漏。
(2)钻孔深度达到设计要求后,应进行洗孔,清孔时间不少于20min,以保证孔底干净,使注浆液能最大限度地进入地下空隙中。
(3)通过钻孔探明溶洞发育情况,根据本场地溶洞发育的特点,可分为轻微溶蚀、一般溶洞、复杂溶洞。
①轻微溶蚀。轻微溶蚀为岩体节理裂隙较发育、岩溶发育轻微的溶洞。该类轻微溶蚀吸浆量一般比较小,适合于单液注浆工法,可满足注浆要求;
②一般溶洞。一般溶洞为岩溶较发育或裂隙发育,具连通性,或溶洞中有泥质充填。该类溶洞首先选用单液注浆,一般开始注浆就具孔口压力,不超过1天就可达到终注要求,若注浆量过大还未达终注要求,则采用间歇注浆;
③复杂溶洞。复杂溶洞为岩溶十分发育,具岩溶通道。对于无充填型、半充填型,先灌注水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填,再采用水泥浆液或双液注浆效果较好,水泥浆液浓度应先稀后稠,随注浆量的增大逐渐降低水灰比,提高浆液浓度,双液注浆时,采用水泥浆与水玻璃之体积比1:0.08。全充填型溶洞则采用单液注浆。
若单孔注浆量大于20吨,则进行间歇注浆,间歇时间也随单孔注浆量的增大而逐渐增大。
(4)施工中浆液的搅拌时间不宜过短,应维持30-50s,使水泥浆液充分拌和,并用比重计测定注浆前水泥浆液的浓度,以便及时调整。
(5)對串通的溶洞进行注浆时,易出现串浆现象,应及时用堵塞工具将串浆孔堵住。
(6)单孔的注浆作业应尽可能连续进行到结束,不宜中断,确保注浆的范围达到要求,因机械故障、停电、注浆材料供应不及时等情况造成的被迫中断应及时注水。本次施工过程中,中断注浆的钻孔,再次注浆一般难以注入,以致增加了清孔次数,但在出现被迫中断注浆时,应立即注水,既能使裂隙不被完全堵塞,恢复注浆时仍可注(此时浆液浓度由稀开始,缓慢增加浓度),又能避免注浆管路因间歇时间过长而造成管路堵塞。
(7)每次注浆结束后必须及时清洗注浆机、搅拌机、注浆接头、压力表及各种管路。
(8)注浆开始后,专人负责观测孔口压力、流量、泵的吸浆量及泵压,因施工对象为既有线路基,应加强观察和测量,防止地面隆起,避免注浆超出加固范围及对周边环境的污染,及时记录注浆过程中出现的各种现象,作好施工日记,并根据实际情况及时调整灌注量和浆液浓度。
(9)施工期间每天进行地表监测,实测地表变形量,测量精度不大于1mm,并做好详细记录,根据观测数据控制注浆压力,合理安排注浆点,以免影响列车运营安全。
(10)注浆施工路肩一排钻孔时,尤其对于斜孔,当单孔注浆量过大,在注浆压力达0.3MPa,且稳定半小时后,可终注。还应密切注意地表监测,以防压力、注浆量过大造成地表抬升、地面隆起等现象。
(11)施工前应向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置。
(12)在注水试验前,量测孔内稳定水位后,进行孔内定量注水,观测单位长度吸水量变化幅度。
5处理效果的检验与评价
本工程注浆处理后,采用钻孔取芯及注水试验进行了检验。
①钻孔取芯:共布置了6个检验孔,根据抽芯结果显示,注浆后注浆加固区的土层、岩层裂隙、溶洞、溶槽等均有水泥浆注入,检验孔施工过程中循环液不漏失(未注浆前钻孔施工漏水),孔口全程返水,对溶洞及溶蚀裂隙起到了一定的填充堵塞作用。
②注水试验:通过注浆前后钻孔注水试验的对比,注浆后的单位吸水量小于注浆前单位吸水量35%,达到了注浆效果。
6结语
钻孔二次注浆处理完工后,根据地表变形观测记录,加固区没有出现下沉现象,证明本次注浆施工对既有线岩溶路基基底下沉起到了抑制作用,达到了预期的整治目的。
钻孔注浆已成为既有线岩溶地区地基整治的主要措施之一,而本次注浆采用二次注浆法,更好得保证了注浆效果。处理效果达到了预期目标,综合本次施工,应注意以下几点,为类似整治工程提供借鉴。
①根据钻孔探明溶洞发育情况,对于无溶洞钻孔、轻微溶蚀钻孔,二次注浆意义不大,效果不明显;
②套管在二次注浆过后易与孔壁固结,拔管较难,在单孔达到注浆效果的条件下应及早拔管,以减少工程成本;
③根据注浆情况,合理调配钻机及时进行清孔、拔管工作,避免施工节奏出现停滞、紊乱,也是注浆效果、施工质量、施工工期的保证。
参考文献
[1]朱一康.钻孔注浆在长牛线岩溶路基坍塌整治中的应用[J].西部探矿工程,2005,17(11):15-16.
[2]叶中兵.石武客运专线路基岩溶注浆施工技术[J].铁道标准设计,2010,(9):46-49.
[3]中铁四院集团广州设计院有限公司.京广线K1995+640-K1996+550路基基底下沉病害整治应急段注浆设计施工图[Z].广州: 中铁四院集团广州设计院有限公司,2012.
[4]刘文永,王新刚,等.注浆材料与施工工艺[M].北京: 中国建材工业出版社,2008.
[5]中华人民共和国行业标准.铁路工程地基处理技术规程 (TB10106-2010) [S].北京:中国铁道出版社,2010.
[关键词]岩溶 下沉 探灌结合 钻孔二次注浆
[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2014)-10-228-2
1工程概况
京广线K1996+260~380段线路以路堤形式通过,路堤填高5-8m。2012年该段路基于+300附近发生突发塌陷下沉,危害现有京广线行车安全,直接导致当天列车停运,该段发生二次下沉的可能性较大,为确保运营安全,采用“探灌结合”的方式进行钻孔二次注浆注治理方案。
2工程地质及水文地质条件
2.1地层岩性
该段线路所经地段属河流阶地,零星分布鱼塘,毗邻武江,是比较典型的覆盖型岩溶区,下沉治理区地表覆盖层主要为第四系冲洪积的黏土层、砂层及卵砾石层,浅表层为路基填土,下伏基岩为泥盆系灰岩,地层岩性特征如下:
(1)填土:主要为路基填土,以粉质黏土为主。
(2)黏性土层:主要为粉质黏土,局部夹薄层粉土、粉砂,褐黄色、褐红色,硬塑,土质不均,层厚变化较大,层厚0.5–23.0m。
(3)砂层:主要为粉砂~中砂,褐黄色,饱和,稍密,呈透镜体状分布,层厚0~0.8m。
(4)卵砾石层:岩性自上而下主要为细(粗)圆砾土、卵石土,杂色,饱和,稍密~中密,卵砾石成分以灰岩、砂岩为主,分选性差,局部黏粒含量较高,层厚0.5–10.5m。
(5)灰岩:灰色、深灰色,弱风化,局部为强风化,隐晶质结构,层状构造,节理裂隙较发育,溶蚀作用较强烈,岩溶发育,在基岩面下5.0m范围内最强,往下渐变弱。
2.2水文地质条件
地表水及地下水均较发育,地表水主要分布于鱼塘、沟涌中,埋深浅。场地地下水类型按其埋藏分散特征分为上层滞水、孔隙潜水及碳酸盐岩裂隙水、岩溶水。上层滞水主要分布于粉质黏土中,富水性差,透水性弱,受大气降水补给;孔隙潜水主要赋存于 土层、砂层、卵砾石层中,主要靠附近鱼塘的侧渗补给和大气降水入渗补给,富水性好,透水性强;碳酸盐岩裂隙岩溶水主要赋存于下伏灰岩中,其富水性及透水性与岩溶发育状况关系密切,上部孔隙水与下伏裂隙岩溶水无隔水层相阻,裂隙岩溶水常年接受孔隙潜水的垂直入渗补给,两者间有直接的水力联系。
3工程措施
该段岩溶路基基底岩溶中等发育~发育(经勘探查明,下沉区砾石层较厚,水力联系较强,岩芯溶蚀强烈),地下水位随季节变化,特别是雨季,地下水上下波动急骤,上部覆盖层的土颗粒在地下水潜蚀作用下携带运走形成土洞,并发展成塌陷下沉,或由于地下水的频繁活动,导致岩溶在溶蚀作用下逐渐扩大直至产生地表塌陷下沉。注浆整治的原理是以水硬性材料堵塞充填下伏灰岩顶部的溶洞、溶槽、裂隙及上部土层中的孔隙、土洞,使其基本形成水平注浆帷幕,切断土石界面的岩溶通道,减小岩溶水及上覆土层之间地下水的垂直联系,降低地下水对上部土体的潜蚀和搬运能力,防止岩溶进一步发展扩大,从而起到加固稳定铁路路基的作用。
4注浆施工
4.1施工基础
①注浆孔的布置采用梅花型布孔,在上下行线路基边坡中部各设一排先导孔,间距6m,上下行线路基边坡坡脚处各设一排普通注浆孔,间距6m,上下行线路肩上各设置一排普通注浆孔(竖直孔与斜孔穿插布置),间距3m,见示意图1。
②先导注浆孔钻入基岩深度不小于8m,普通注浆孔钻入基岩深度不小于5m,若第一层溶洞过大,顶板不满足要求时,钻孔深度应至溶洞底板以下2m。
③钻探设备采用XY-100型,注浆泵采用BW-250型,压力大,流量大,搬运方便,满足注浆工艺要求。
4.2施工工艺
①施工工艺流程
本工程注浆治理施工工艺流程见图2所示。
注浆整治按施工先后顺序可分为注浆孔的制作、钻孔注浆、封孔等工序,其中钻孔注浆的连接流程示意图见图3。
②注浆工程施工
a先钻探灌结合孔,后钻一般注浆孔,无论是探灌结合孔还是一般注浆孔,全部跳孔施工,一般注浆孔采用路基两侧向路基中心进行。
b在开始注浆前选择代表性注浆孔进行压水试验,求出代表性地层注浆前的有关参数。每孔注浆前应进行洗孔,连接注浆机,泵压清水进行清孔,直到排出清水,完成洗孔。
c注浆时采用先两侧后中间的方式,同一排先两头后中间的注浆次序,保证了注浆质量及避免了不必要的浆液流失。浆液采用先稀后浓的顺序,先注稀浆,避免小裂隙、小通道被浓浆堵塞,然后根据相关情况逐步提高浓度,以保证具有连通性的空隙均能进浆,提高工程质量。
d当一次注浆完成且水泥浆达到终凝后,需用钻机扫、清孔后再进行二次注浆。
4.3施工参数
注浆施工中按照探灌结合的原则,应根据先导孔确定岩溶注浆段落、深度及相关参数。
(1)注浆水泥采用PO42.5水泥,水玻璃36-43Be',模数2.4-3.4,水泥浆液水灰比为0.8:1-1:1。
(2)注浆压力一般采用0.3MPa,岩土界面附近逐步加大至0.3-0.8Mpa,一般注漿压力不超过1MPa。注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定,并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。
4.4二次注浆结束标准
a注浆段注浆压力达到终注压力(≥0.4 MPa),稳定时间在30min以上;
b10min持续注浆量不大于5L/min,浆液难以注入时; c当路基坡脚有浆液溢出时。
4.5施工技术要点
(1)为确保注浆质量,施钻至基岩0.5m后嵌入Ф110套管,保证孔口套管露出地面,并及时封闭套管四周,防止浆液串漏。
(2)钻孔深度达到设计要求后,应进行洗孔,清孔时间不少于20min,以保证孔底干净,使注浆液能最大限度地进入地下空隙中。
(3)通过钻孔探明溶洞发育情况,根据本场地溶洞发育的特点,可分为轻微溶蚀、一般溶洞、复杂溶洞。
①轻微溶蚀。轻微溶蚀为岩体节理裂隙较发育、岩溶发育轻微的溶洞。该类轻微溶蚀吸浆量一般比较小,适合于单液注浆工法,可满足注浆要求;
②一般溶洞。一般溶洞为岩溶较发育或裂隙发育,具连通性,或溶洞中有泥质充填。该类溶洞首先选用单液注浆,一般开始注浆就具孔口压力,不超过1天就可达到终注要求,若注浆量过大还未达终注要求,则采用间歇注浆;
③复杂溶洞。复杂溶洞为岩溶十分发育,具岩溶通道。对于无充填型、半充填型,先灌注水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填,再采用水泥浆液或双液注浆效果较好,水泥浆液浓度应先稀后稠,随注浆量的增大逐渐降低水灰比,提高浆液浓度,双液注浆时,采用水泥浆与水玻璃之体积比1:0.08。全充填型溶洞则采用单液注浆。
若单孔注浆量大于20吨,则进行间歇注浆,间歇时间也随单孔注浆量的增大而逐渐增大。
(4)施工中浆液的搅拌时间不宜过短,应维持30-50s,使水泥浆液充分拌和,并用比重计测定注浆前水泥浆液的浓度,以便及时调整。
(5)對串通的溶洞进行注浆时,易出现串浆现象,应及时用堵塞工具将串浆孔堵住。
(6)单孔的注浆作业应尽可能连续进行到结束,不宜中断,确保注浆的范围达到要求,因机械故障、停电、注浆材料供应不及时等情况造成的被迫中断应及时注水。本次施工过程中,中断注浆的钻孔,再次注浆一般难以注入,以致增加了清孔次数,但在出现被迫中断注浆时,应立即注水,既能使裂隙不被完全堵塞,恢复注浆时仍可注(此时浆液浓度由稀开始,缓慢增加浓度),又能避免注浆管路因间歇时间过长而造成管路堵塞。
(7)每次注浆结束后必须及时清洗注浆机、搅拌机、注浆接头、压力表及各种管路。
(8)注浆开始后,专人负责观测孔口压力、流量、泵的吸浆量及泵压,因施工对象为既有线路基,应加强观察和测量,防止地面隆起,避免注浆超出加固范围及对周边环境的污染,及时记录注浆过程中出现的各种现象,作好施工日记,并根据实际情况及时调整灌注量和浆液浓度。
(9)施工期间每天进行地表监测,实测地表变形量,测量精度不大于1mm,并做好详细记录,根据观测数据控制注浆压力,合理安排注浆点,以免影响列车运营安全。
(10)注浆施工路肩一排钻孔时,尤其对于斜孔,当单孔注浆量过大,在注浆压力达0.3MPa,且稳定半小时后,可终注。还应密切注意地表监测,以防压力、注浆量过大造成地表抬升、地面隆起等现象。
(11)施工前应向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置。
(12)在注水试验前,量测孔内稳定水位后,进行孔内定量注水,观测单位长度吸水量变化幅度。
5处理效果的检验与评价
本工程注浆处理后,采用钻孔取芯及注水试验进行了检验。
①钻孔取芯:共布置了6个检验孔,根据抽芯结果显示,注浆后注浆加固区的土层、岩层裂隙、溶洞、溶槽等均有水泥浆注入,检验孔施工过程中循环液不漏失(未注浆前钻孔施工漏水),孔口全程返水,对溶洞及溶蚀裂隙起到了一定的填充堵塞作用。
②注水试验:通过注浆前后钻孔注水试验的对比,注浆后的单位吸水量小于注浆前单位吸水量35%,达到了注浆效果。
6结语
钻孔二次注浆处理完工后,根据地表变形观测记录,加固区没有出现下沉现象,证明本次注浆施工对既有线岩溶路基基底下沉起到了抑制作用,达到了预期的整治目的。
钻孔注浆已成为既有线岩溶地区地基整治的主要措施之一,而本次注浆采用二次注浆法,更好得保证了注浆效果。处理效果达到了预期目标,综合本次施工,应注意以下几点,为类似整治工程提供借鉴。
①根据钻孔探明溶洞发育情况,对于无溶洞钻孔、轻微溶蚀钻孔,二次注浆意义不大,效果不明显;
②套管在二次注浆过后易与孔壁固结,拔管较难,在单孔达到注浆效果的条件下应及早拔管,以减少工程成本;
③根据注浆情况,合理调配钻机及时进行清孔、拔管工作,避免施工节奏出现停滞、紊乱,也是注浆效果、施工质量、施工工期的保证。
参考文献
[1]朱一康.钻孔注浆在长牛线岩溶路基坍塌整治中的应用[J].西部探矿工程,2005,17(11):15-16.
[2]叶中兵.石武客运专线路基岩溶注浆施工技术[J].铁道标准设计,2010,(9):46-49.
[3]中铁四院集团广州设计院有限公司.京广线K1995+640-K1996+550路基基底下沉病害整治应急段注浆设计施工图[Z].广州: 中铁四院集团广州设计院有限公司,2012.
[4]刘文永,王新刚,等.注浆材料与施工工艺[M].北京: 中国建材工业出版社,2008.
[5]中华人民共和国行业标准.铁路工程地基处理技术规程 (TB10106-2010) [S].北京:中国铁道出版社,2010.