岩溶路基注浆加固工艺试验总结
武广客运专线武汉工程试验段DK1229+536.85～+632.37、DK1229+770～DK1230+005、DK1230+170～+305、DK1230+970～DK1231+145为残丘地貌,上覆第四季更新统黏土层硬塑、局部软塑δ0=120～200Kpa,厚度2～12m,下伏基岩为二叠系(P)灰岩,青灰色、灰黑色、弱风化。基岩浅部裂隙普遍较发育,局部存在溶洞。设计为岩溶注浆加固路基。在注浆施工中,由于影响注浆效果的诸多因素复杂,因此必须进行工艺性试验,总结工艺施工参数,并验证设计指标,确定施工工艺方法。注浆工艺试验地段选择在DK1231+072～+102段,本段共有35个岩溶注浆孔,375个红粘土注浆孔,具体布置详见注浆孔平面布置图。
2.设计有关要求
(1)利用探灌结合选取钻孔数20%(7个孔)做为先导勘探孔,进一步探明岩溶发育情况和黏土软硬情况。孔深钻入基岩不小于6m,施工过程中遇溶洞,应至溶洞底板下1m。
(2)注浆孔开孔孔径φ≮110mm(土层),终孔孔径Φ≮91 mm(岩层)。
(3)土层注浆完成后,放入3Φ10钢筋笼,用C15强度等级的砼封填。
(4)孔位误差±5cm,孔深与实际误差不大于0.1m。
(5)注浆质量效果检查
①注浆前后电法(或面波)对比检查。
②注浆前后注水试验对比检查,要求注浆后单位长度吸水量应小于注浆前单位吸水量的3%～5%。
③钻孔检查,检查孔位总孔数的5%,根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。
④对红黏土层注浆前后钻探取样,原位测试(静力触探)对比物理力学指标变化。
3 注浆分类
注浆法是利用液压、气压或电化学原理,通过注浆管把浆液均匀地注入地层中,浆液以填充、渗透和挤密等方式赶走颗粒间或岩石裂隙中的水和空气后占据其位置,经人工控制一定时间后,浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一整体,形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学稳定性能好的“结合体”。
注浆按原理分类,可分为:充填注浆法、渗透注浆法、压密(又称挤密)注浆法、劈裂注浆法、电化学注浆法、高压喷射灌浆法。
注浆按材料分类,分两大类:1、颗粒浆液;2、溶液浆液。
武汉工程试验段岩溶注浆采用是水泥浆液、水泥水玻璃浆液,压力注浆法。
4 注浆施工
4.1 施工准备
施工准备:平整场地,修建拦污沟→测量放线→注浆前物探、注水试验→测量放线→水电引入→机具进场
注浆机械表
序号 设备名称 数量 型号 流量
(L/min) 最大压力(MPa)
1 长探钻机(台套) 4 GY-150
2 衡探注浆泵(台套) 2 BW200 125 6
3 衡探注浆泵(台套) 2 BW-160Z 100 3
4 浆液搅拌机(台套) 2
5 储浆罐(台套) 2
6 套管Φ110(m) 120
4.2 施工操作及工艺流程
4.2.1 施工操作
4.2.1.1钻进
按岩溶注浆孔总数的20%选7个孔作先导孔(见图一),进行探灌结合,进一步探明地质情况,先导孔布置应均匀。土层钻进采用φ110套管跟进。套管跟进距基岩顶面2m左右终止。土层钻进时,采用无水反循环施钻,钻进困难时可由钻杆内射入少量水钻进。进入岩层后换φ91钻头钻进。钻孔进入岩层深度不小于6.0m,岩层下部有溶洞应至溶洞底板下1m岩层。岩层钻孔完毕应洗孔,将钻碴清出孔外,洗孔以水流变清为止;当仅红粘土层时,注浆钻孔至基岩下0.2m,土层注浆孔不洗孔。
4.2.1.2注浆
(1)注浆段长
①软塑土层上1m硬层开始自上而下注浆,注浆段长1～2m 直至穿透软塑土层。土层软硬塑判断,根据钻孔取土样于现场,由监理工程师、施工技术负责人共同目测判断(经设计人员同意,钻进施工过程不再进行室内土工物理性能试验。)。
②无软塑土层的红粘土注浆,钻孔到基岩下0.2m后,全孔作为一段(注浆段长度为钢套管下端至基岩面下0.2m)一次注浆。注浆结束拔出套管放入微型钢筋笼,再补充注入1:0.4浆液填满注浆孔。
③岩层及岩层上2m左右土层作为一个注浆段进行注浆。
(2)注浆方式:采用在钻孔跟进的套管上于孔口联结注浆管路进行注浆。
4.2.1.3 浆液配比
根据设计指导性意见和试验室选配,浆液配比选择如下:
(1)注浆材料
主剂:水泥PO32.5普通硅酸盐水泥
助剂:水玻璃(作速凝剂)浓度30～43Be′,模数2.3～3.0
填充剂:粉煤灰、砂(实际施工未用)
(2)配合比
水泥浆:水灰比0.8～1.2。实际注浆水灰比用在0.6～1.2;1:0.4的水灰比用在注浆结束微型桩填充。
设计要求双液注浆中水泥砂浆与水玻璃配合比为1:1～1:0.5(水泥砂浆:水玻璃),实际施工因未遇到大溶洞,水玻璃作为速凝剂,按最大掺量(水泥重量的)3%直接将水玻璃加入水泥浆液中。
4.2.1.4注浆压力及终孔标准
(1)注浆压力:注浆压力一般0.3～0.5MPa,最高1.5MPa
(2)注浆终孔标准
①土层注浆:注浆量达每延米300～350L;或注浆压力逐步增大,当压力达1.0MPa注浆量明显减少,并持续压力30min;或者注浆量显著减少,压力达1.5MPa即可压浆终孔。
②岩层注浆时注浆量小于20L/min,注浆压力0.5～1.0MPa并持续30min;或者岩石节理不发育,注浆压力达到1.5MPa,浆液难以注入;或者单孔注浆量达到平均注浆量的1.5～2.0倍以上且注浆量明显减少;或者冒浆点已超出有效距离3～5m时。
4.2.1.5施工注意事项
(1)钻机就位,钻头对准放线灰点,认真检查、复核,确保钻孔对位误差小于3cm。终孔后,检查地质钻探记录,并与钻前勘探及先导孔等地质资料对比,确保孔深满足设计要求与实际误差小于0.1m。
(2)钻孔注浆应先外侧后内部的原则,即先边缘孔,后中心孔注浆,并同时隔排跳孔进行。
(3)注浆套管跟管钻进,保持土体原有结构,土层钻孔原则上采用无水反循环,钻孔干钻确实困难时,应经技术负责人同意,方能加少量水钻进。
(4)注浆套管拔起应和孔内微型桩灌注同步进行,且孔内水泥浆要高出套管底部以防止塌孔断桩。
(5)注浆时将回流管上闸阀关闭,打开进浆管上闸阀,当吸浆量减少,压力上升过快过大,适当打开回流管上闸阀控制注浆压力在0.3～0.5MPa。当吸浆量达到设计要求时,再调整两个闸阀的开合程度控制注浆压力在1MPa左右,并注浆30min后终止注浆。终孔应综合注浆压力及注浆量两项指标考虑。
(6)注浆时,起始浆液水灰比1:1.2,并根据进浆量的大小、快慢随时变换水泥浆液的水灰比。当单孔水泥注入量超过3t时,采用水泥浆加水玻璃注浆,浆液配比控制通过水表测出水的体积再加入按配比算出的水泥。
(7)注浆过程中孔口冒浆,应封堵后继续注浆,并减少压力或加浓浆液。但采取上述措施依然冒浆,可停止注浆。但邻孔注浆应加强。
(8)注浆串孔应用两台压浆泵对串浆孔分别注浆。若上述措施注浆泵周转不过来,应对串浆孔封堵。注浆完毕,再对封堵的串浆孔重新钻进,但该孔注浆应加强。
5 安全及环保措施
(1)每班结束后,应清理泥土、浆液外运弃走。
(2)清洗设备的灰浆要经排污沟沉淀后清理运走,严禁直接排放进入水田、水塘。
(3)进场施工人员应带安全帽,非施工人员禁止进入施工现场。
(4)电源开关箱应离地1.2m以上,并加锁,用电设备应绝缘良好,做好保护接地。
(5)压力机械周围非操作人员禁止逗留,检查压力管线应停机检修,防止压力溶液冲出伤人。
6 注浆效果
DK1231+072～+102试验段岩溶注浆35个孔,红粘土注浆375个孔。岩溶注浆量62464升,用水泥100.38t,红粘土注浆量142959升,用水泥224.67t。
为了评价注浆效果,注浆前后委托中国科学院武汉岩土力学研究所对DK1231+072～+102试验段做了物探、注水试验、钻探取芯及标贯试验,对比检查注浆效果。
6.1、注浆前的检查
6.1.1、物探
DK1231+072～+102进行了包括高密度电法、常规电法(电测探法),面波勘探及地质雷达等4种方法的物探检查。场地物探布设原则是,物探线要与注浆孔相结合,线距与排距相等,便于前后两次物探资料、物探与注浆钻探资料的对比,以及对注浆效果的评价。测线长度一要保证堪探深度满足要求,二要保证覆盖所测区域以及物探方法本身的技术要求。
物探工作量统计表
工作方法 总长度(m) 物理点 备 注
高密度电法 6041 1021 点距5m,排列12个,点距4m,排列6个
常规电法 220 48 点距5m,AB/2max50m
石波勘探 120 24 点距6m,没排列12道24m
地质雷达 520 2600 点距0.2m
说明:本表物探工作量含DK1229+536～+632,DK1232+170～+305,DK1230+970～DK1231+145,DK1231+072～+102。
物探揭示的场地土层,注浆区基岩层埋深在9～13之间;基岩表层岩溶裂隙发育较为破碎。
6.1.2 钻孔取芯、标贯及静力触探
完成钻孔6个,最大孔深20.2m,入基岩最大深度6m,布置完成静力触探孔6个,最大孔深8.3m,采用钻探导孔分段贯入实施。现场钻探揭示场地覆盖土层厚9.3～17.4m,有溶洞或溶槽存在。土层上部5.2～9.3m硬塑～坚硬红黏土,下部0.8～3.45m软塑状粉质粘土.部分土层中夹碎石土层,厚0.3～1.8m,碎石土层下部为黄色硬塑粘土层,厚度2.2～7.0m,其下部为灰岩。红粘土Ps为5.07～6.44,平均5.67Mpa,粉质粘土的Ps为2.92～5.02,平均3.96Mpa.
6.1.3 注水试验
6个钻孔均进行了现场钻孔注水试验,水头高度为2.91～6.15m,注水试验结果表明岩土层的综合单位吸水量为4.5×10-4～1.6×10-3(L/min.m2),参透系数为7.8×10-7～3.2×10-6(cm/s),属弱透水岩土层。
6.2、注浆后的检查
注浆后同样进行了高密度电法、常规电法(电测探法),面波勘探及地质雷达勘测及钻孔取土、标贯、静力触探及注水试验。
6.3、注浆前后试验数据对比分析
6.3.1 高密度电法:
注浆前三条剖析面反映的电阻率在10～60Ω.M,大部分集中在20～40Ω.M,注浆后电阻率在5～20Ω.M,大部分集中在10～20Ω.M,总体上有40%下降。在7～14m深土层中电阻率则有较大的增加,从30～60Ω.M增加到60～130Ω.M,说明电阻率对该土层内注浆结果反映清晰。基岩电阻率由40～80Ω.M增加至150～250Ω.M,注浆后较注浆前有明显提高,注浆后土层与岩石分界处电阻率等线变化比注浆前快,说明注浆对浅部岩石起到很好的作用。
6.3.2 常规电法:
注浆后5m深度浅层土的电阻率由原来的35～50Ω.M降到20～50Ω.M,基岩面上较深土层电阻率由40～70Ω.M增加到50～80Ω.M增幅不大。基岩表层电阻率由65～85Ω.M增到75～100Ω.M增加了10～15%说明注浆对软土层。基岩表层岩溶及裂隙的充填起到了作用。
6.3.3面波勘探
纵观两剖面总共12个面波点,波长10～20m对应深度在5～10m范围,有7个点面波速有所提高,点数超过测试点一半多。5m深左右波速从400～450m/s提高到442～520m/s,提高 8～15%;10m深左右波速从500～700m/s提高到650～850m/s,提高10～15%。说明注浆对部分地段起到了加固作用,加固区主要集中在注浆区中间位置。说明中间注浆效果比外围较好。
6.3.4地质雷达探测
纵观注浆前后地质雷达所测各剖面图像,在300ns对应深度10m以内注浆前雷达图像中反射波组不多,且呈水平方向分布。注浆后反射波组能量较强,呈现出杂乱的反射波,且纵横交错,没有规律可循。这正反映出土层注浆后其结构发生了变化,说明注浆起到了加固效果。
6.3.5标贯及静力触探
注浆后完成钻孔12个,最大孔深20.6m,钻孔深度以入基岩6m控制,取土样28筒,岩样8组,完成静力触探孔6个,最大孔深9.0m。红粘土的PS为4.8～6.85MPa,平均值为5.99 MPa;粉质粘土的PS为3.92～5.82MPa,平均值为5.12 MPa。注浆后,红粘土的PS提高5.64%,粉质粘土PS提高29.3%。
注浆前后软塑土层力学指标统计表
名 称 土工试验 静力触探 标准贯入 综合取值
Fak
(KPa) Es
(MPa) Ps
(MPa) Es
(MPa) Fak
(KPa) N
Fak
(KPa) Fak
(KPa) Es
(MPa)
注浆前 105 8.92 3.96 10.6 276 18.3 243 110 8.9
注浆后 148 12.5 5.12 13.2 302 11.5 170 160 12.5
由表中可以得出注浆后软塑土层的压缩模量(ES)和承载力特征值(fak)分别为注浆前的1.4和1.45倍。
6.3.6注水试验结果
注浆后岩土层的综合单位吸水量为3.9*10-4～1.4*10-3(L/min.m2),渗透系数为6.2*10-7～2.8*10-6(cm/s)注浆后的综合渗透系数减小。
7.总结
(1)从注浆前后物探、钻探、静力触探及注水试验对比分析中可以得出DK1231+072～+102地段通过岩溶注浆在土石界面形成了水平帷幕,起到了隔断基岩裂缝地下水对土层的不利影响,浅层岩层得到了加固。
(2)DK1231+072～+102试验段所采用注浆材料、注浆配合比、注浆工艺、注浆机械设备等工艺参数是可行的。注浆效果经中科院武汉岩土力学所检验都达到了设计要求。
(3)注浆一定要有浆液循环装置,否则很难实现设计要求稳压一定时间的要求。
(4)注浆段长度不宜超过10m,应隔排隔孔跳跃钻进,以免串孔影响压浆效果。
(5)钻孔跟管(砸入)钻进能较好地防止孔口冒浆。
(6)跟管不能跟进到土石界面,最好离土石界面2m左右,将岩层与岩层上的土层(段长小于10m)一次压浆,既能将岩层注浆也能在土石界面形成浆液水平帷幕。
(7)微型孔注浆压力不要超过1.5MPa,不然水泥因压力过大结硬钢筋难以安装。
(8)红粘土注浆一定要压力注浆不能采用无压力由孔口灌浆,不然红粘土达不到挤密加固效果。
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