巖溶路基注漿加固工藝試驗(yàn)總結(jié)
2015-06-15
武廣客運(yùn)專線武漢工程試驗(yàn)段DK1229+536.85～+632.37、DK1229+770～DK1230+005、DK1230+170～+305、DK1230+970～DK1231+145為殘丘地貌,上覆第四季更新統(tǒng)黏土層硬塑、局部軟塑δ0=120～200Kpa,厚度2～12m,下伏基巖為二疊系(P)灰?guī)r,青灰色、灰黑色、弱風(fēng)化?；鶐r淺部裂隙普遍較發(fā)育,局部存在溶洞。設(shè)計(jì)為巖溶注漿加固路基。在注漿施工中,由于影響注漿效果的諸多因素復(fù)雜,因此必須進(jìn)行工藝性試驗(yàn),總結(jié)工藝施工參數(shù),并驗(yàn)證設(shè)計(jì)指標(biāo),確定施工工藝方法。注漿工藝試驗(yàn)地段選擇在DK1231+072～+102段,本段共有35個(gè)巖溶注漿孔,375個(gè)紅粘土注漿孔,具體布置詳見注漿孔平面布置圖。
2.設(shè)計(jì)有關(guān)要求
(1)利用探灌結(jié)合選取鉆孔數(shù)20%(7個(gè)孔)做為先導(dǎo)勘探孔,進(jìn)一步探明巖溶發(fā)育情況和黏土軟硬情況。孔深鉆入基巖不小于6m,施工過程中遇溶洞,應(yīng)至溶洞底板下1m。
(2)注漿孔開孔孔徑φ≮110mm(土層),終孔孔徑Φ≮91 mm(巖層)。
(3)土層注漿完成后,放入3Φ10鋼筋籠,用C15強(qiáng)度等級(jí)的砼封填。
(4)孔位誤差±5cm,孔深與實(shí)際誤差不大于0.1m。
(5)注漿質(zhì)量效果檢查
?、僮{前后電法(或面波)對(duì)比檢查。
?、谧{前后注水試驗(yàn)對(duì)比檢查,要求注漿后單位長度吸水量應(yīng)小于注漿前單位吸水量的3%～5%。
?、坫@孔檢查,檢查孔位總孔數(shù)的5%,根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果。
?、軐?duì)紅黏土層注漿前后鉆探取樣,原位測(cè)試(靜力觸探)對(duì)比物理力學(xué)指標(biāo)變化。
3 注漿分類
注漿法是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理,通過注漿管把漿液均勻地注入地層中,漿液以填充、滲透和擠密等方式趕走顆粒間或巖石裂隙中的水和空氣后占據(jù)其位置,經(jīng)人工控制一定時(shí)間后,漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一整體,形成一個(gè)結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性能好的“結(jié)合體”。
注漿按原理分類,可分為:充填注漿法、滲透注漿法、壓密(又稱擠密)注漿法、劈裂注漿法、電化學(xué)注漿法、高壓噴射灌漿法。
注漿按材料分類,分兩大類:1、顆粒漿液;2、溶液漿液。
武漢工程試驗(yàn)段巖溶注漿采用是水泥漿液、水泥水玻璃漿液,壓力注漿法。
4 注漿施工
4.1 施工準(zhǔn)備
施工準(zhǔn)備:平整場(chǎng)地,修建攔污溝→測(cè)量放線→注漿前物探、注水試驗(yàn)→測(cè)量放線→水電引入→機(jī)具進(jìn)場(chǎng)
注漿機(jī)械表
序號(hào) 設(shè)備名稱 數(shù)量 型號(hào) 流量
(L/min) 最大壓力(MPa)
1 長探鉆機(jī)(臺(tái)套) 4 GY-150
2 衡探注漿泵(臺(tái)套) 2 BW200 125 6
3 衡探注漿泵(臺(tái)套) 2 BW-160Z 100 3
4 漿液攪拌機(jī)(臺(tái)套) 2
5 儲(chǔ)漿罐(臺(tái)套) 2
6 套管Φ110(m) 120
4.2 施工操作及工藝流程
4.2.1 施工操作
4.2.1.1鉆進(jìn)
按巖溶注漿孔總數(shù)的20%選7個(gè)孔作先導(dǎo)孔(見圖一),進(jìn)行探灌結(jié)合,進(jìn)一步探明地質(zhì)情況,先導(dǎo)孔布置應(yīng)均勻。土層鉆進(jìn)采用φ110套管跟進(jìn)。套管跟進(jìn)距基巖頂面2m左右終止。土層鉆進(jìn)時(shí),采用無水反循環(huán)施鉆,鉆進(jìn)困難時(shí)可由鉆桿內(nèi)射入少量水鉆進(jìn)。進(jìn)入巖層后換φ91鉆頭鉆進(jìn)。鉆孔進(jìn)入巖層深度不小于6.0m,巖層下部有溶洞應(yīng)至溶洞底板下1m巖層。巖層鉆孔完畢應(yīng)洗孔,將鉆碴清出孔外,洗孔以水流變清為止;當(dāng)僅紅粘土層時(shí),注漿鉆孔至基巖下0.2m,土層注漿孔不洗孔。
4.2.1.2注漿
(1)注漿段長
?、佘浰芡翆由?m硬層開始自上而下注漿,注漿段長1～2m 直至穿透軟塑土層。土層軟硬塑判斷,根據(jù)鉆孔取土樣于現(xiàn)場(chǎng),由監(jiān)理工程師、施工技術(shù)負(fù)責(zé)人共同目測(cè)判斷(經(jīng)設(shè)計(jì)人員同意,鉆進(jìn)施工過程不再進(jìn)行室內(nèi)土工物理性能試驗(yàn)。)。
?、跓o軟塑土層的紅粘土注漿,鉆孔到基巖下0.2m后,全孔作為一段(注漿段長度為鋼套管下端至基巖面下0.2m)一次注漿。注漿結(jié)束拔出套管放入微型鋼筋籠,再補(bǔ)充注入1:0.4漿液填滿注漿孔。
?、蹘r層及巖層上2m左右土層作為一個(gè)注漿段進(jìn)行注漿。
(2)注漿方式:采用在鉆孔跟進(jìn)的套管上于孔口聯(lián)結(jié)注漿管路進(jìn)行注漿。
4.2.1.3 漿液配比
根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)性意見和試驗(yàn)室選配,漿液配比選擇如下:
(1)注漿材料
主劑:水泥PO32.5普通硅酸鹽水泥
助劑:水玻璃(作速凝劑)濃度30～43Be′,模數(shù)2.3～3.0
填充劑:粉煤灰、砂(實(shí)際施工未用)
(2)配合比
水泥漿:水灰比0.8～1.2。實(shí)際注漿水灰比用在0.6～1.2;1:0.4的水灰比用在注漿結(jié)束微型樁填充。
設(shè)計(jì)要求雙液注漿中水泥砂漿與水玻璃配合比為1:1～1:0.5(水泥砂漿:水玻璃),實(shí)際施工因未遇到大溶洞,水玻璃作為速凝劑,按最大摻量(水泥重量的)3%直接將水玻璃加入水泥漿液中。
4.2.1.4注漿壓力及終孔標(biāo)準(zhǔn)
(1)注漿壓力:注漿壓力一般0.3～0.5MPa,最高1.5MPa
(2)注漿終孔標(biāo)準(zhǔn)
?、偻翆幼{:注漿量達(dá)每延米300～350L;或注漿壓力逐步增大,當(dāng)壓力達(dá)1.0MPa注漿量明顯減少,并持續(xù)壓力30min;或者注漿量顯著減少,壓力達(dá)1.5MPa即可壓漿終孔。
②巖層注漿時(shí)注漿量小于20L/min,注漿壓力0.5～1.0MPa并持續(xù)30min;或者巖石節(jié)理不發(fā)育,注漿壓力達(dá)到1.5MPa,漿液難以注入;或者單孔注漿量達(dá)到平均注漿量的1.5～2.0倍以上且注漿量明顯減少;或者冒漿點(diǎn)已超出有效距離3～5m時(shí)。
4.2.1.5施工注意事項(xiàng)
(1)鉆機(jī)就位,鉆頭對(duì)準(zhǔn)放線灰點(diǎn),認(rèn)真檢查、復(fù)核,確保鉆孔對(duì)位誤差小于3cm。終孔后,檢查地質(zhì)鉆探記錄,并與鉆前勘探及先導(dǎo)孔等地質(zhì)資料對(duì)比,確保孔深滿足設(shè)計(jì)要求與實(shí)際誤差小于0.1m。
(2)鉆孔注漿應(yīng)先外側(cè)后內(nèi)部的原則,即先邊緣孔,后中心孔注漿,并同時(shí)隔排跳孔進(jìn)行。
(3)注漿套管跟管鉆進(jìn),保持土體原有結(jié)構(gòu),土層鉆孔原則上采用無水反循環(huán),鉆孔干鉆確實(shí)困難時(shí),應(yīng)經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人同意,方能加少量水鉆進(jìn)。
(4)注漿套管拔起應(yīng)和孔內(nèi)微型樁灌注同步進(jìn)行,且孔內(nèi)水泥漿要高出套管底部以防止塌孔斷樁。
(5)注漿時(shí)將回流管上閘閥關(guān)閉,打開進(jìn)漿管上閘閥,當(dāng)吸漿量減少,壓力上升過快過大,適當(dāng)打開回流管上閘閥控制注漿壓力在0.3～0.5MPa。當(dāng)吸漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),再調(diào)整兩個(gè)閘閥的開合程度控制注漿壓力在1MPa左右,并注漿30min后終止注漿。終孔應(yīng)綜合注漿壓力及注漿量兩項(xiàng)指標(biāo)考慮。
(6)注漿時(shí),起始漿液水灰比1:1.2,并根據(jù)進(jìn)漿量的大小、快慢隨時(shí)變換水泥漿液的水灰比。當(dāng)單孔水泥注入量超過3t時(shí),采用水泥漿加水玻璃注漿,漿液配比控制通過水表測(cè)出水的體積再加入按配比算出的水泥。
(7)注漿過程中孔口冒漿,應(yīng)封堵后繼續(xù)注漿,并減少壓力或加濃漿液。但采取上述措施依然冒漿,可停止注漿。但鄰孔注漿應(yīng)加強(qiáng)。
(8)注漿串孔應(yīng)用兩臺(tái)壓漿泵對(duì)串漿孔分別注漿。若上述措施注漿泵周轉(zhuǎn)不過來,應(yīng)對(duì)串漿孔封堵。注漿完畢,再對(duì)封堵的串漿孔重新鉆進(jìn),但該孔注漿應(yīng)加強(qiáng)。
5 安全及環(huán)保措施
(1)每班結(jié)束后,應(yīng)清理泥土、漿液外運(yùn)棄走。
(2)清洗設(shè)備的灰漿要經(jīng)排污溝沉淀后清理運(yùn)走,嚴(yán)禁直接排放進(jìn)入水田、水塘。
(3)進(jìn)場(chǎng)施工人員應(yīng)帶安全帽,非施工人員禁止進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。
(4)電源開關(guān)箱應(yīng)離地1.2m以上,并加鎖,用電設(shè)備應(yīng)絕緣良好,做好保護(hù)接地。
(5)壓力機(jī)械周圍非操作人員禁止逗留,檢查壓力管線應(yīng)停機(jī)檢修,防止壓力溶液沖出傷人。
6 注漿效果
DK1231+072～+102試驗(yàn)段巖溶注漿35個(gè)孔,紅粘土注漿375個(gè)孔。巖溶注漿量62464升,用水泥100.38t,紅粘土注漿量142959升,用水泥224.67t。
為了評(píng)價(jià)注漿效果,注漿前后委托中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所對(duì)DK1231+072～+102試驗(yàn)段做了物探、注水試驗(yàn)、鉆探取芯及標(biāo)貫試驗(yàn),對(duì)比檢查注漿效果。
6.1、注漿前的檢查
6.1.1、物探
DK1231+072～+102進(jìn)行了包括高密度電法、常規(guī)電法(電測(cè)探法),面波勘探及地質(zhì)雷達(dá)等4種方法的物探檢查。場(chǎng)地物探布設(shè)原則是,物探線要與注漿孔相結(jié)合,線距與排距相等,便于前后兩次物探資料、物探與注漿鉆探資料的對(duì)比,以及對(duì)注漿效果的評(píng)價(jià)。測(cè)線長度一要保證堪探深度滿足要求,二要保證覆蓋所測(cè)區(qū)域以及物探方法本身的技術(shù)要求。
物探工作量統(tǒng)計(jì)表
工作方法 總長度(m) 物理點(diǎn) 備 注
高密度電法 6041 1021 點(diǎn)距5m,排列12個(gè),點(diǎn)距4m,排列6個(gè)
常規(guī)電法 220 48 點(diǎn)距5m,AB/2max50m
石波勘探 120 24 點(diǎn)距6m,沒排列12道24m
地質(zhì)雷達(dá) 520 2600 點(diǎn)距0.2m
說明:本表物探工作量含DK1229+536～+632,DK1232+170～+305,DK1230+970～DK1231+145,DK1231+072～+102。
物探揭示的場(chǎng)地土層,注漿區(qū)基巖層埋深在9～13之間;基巖表層巖溶裂隙發(fā)育較為破碎。
6.1.2 鉆孔取芯、標(biāo)貫及靜力觸探
完成鉆孔6個(gè),最大孔深20.2m,入基巖最大深度6m,布置完成靜力觸探孔6個(gè),最大孔深8.3m,采用鉆探導(dǎo)孔分段貫入實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)鉆探揭示場(chǎng)地覆蓋土層厚9.3～17.4m,有溶洞或溶槽存在。土層上部5.2～9.3m硬塑～堅(jiān)硬紅黏土,下部0.8～3.45m軟塑狀粉質(zhì)粘土.部分土層中夾碎石土層,厚0.3～1.8m,碎石土層下部為黃色硬塑粘土層,厚度2.2～7.0m,其下部為灰?guī)r。紅粘土Ps為5.07～6.44,平均5.67Mpa,粉質(zhì)粘土的Ps為2.92～5.02,平均3.96Mpa.
6.1.3 注水試驗(yàn)
6個(gè)鉆孔均進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)鉆孔注水試驗(yàn),水頭高度為2.91～6.15m,注水試驗(yàn)結(jié)果表明巖土層的綜合單位吸水量為4.5×10-4～1.6×10-3(L/min.m2),參透系數(shù)為7.8×10-7～3.2×10-6(cm/s),屬弱透水巖土層。
6.2、注漿后的檢查
注漿后同樣進(jìn)行了高密度電法、常規(guī)電法(電測(cè)探法),面波勘探及地質(zhì)雷達(dá)勘測(cè)及鉆孔取土、標(biāo)貫、靜力觸探及注水試驗(yàn)。
6.3、注漿前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析
6.3.1 高密度電法:
注漿前三條剖析面反映的電阻率在10～60Ω.M,大部分集中在20～40Ω.M,注漿后電阻率在5～20Ω.M,大部分集中在10～20Ω.M,總體上有40%下降。在7～14m深土層中電阻率則有較大的增加,從30～60Ω.M增加到60～130Ω.M,說明電阻率對(duì)該土層內(nèi)注漿結(jié)果反映清晰?；鶐r電阻率由40～80Ω.M增加至150～250Ω.M,注漿后較注漿前有明顯提高,注漿后土層與巖石分界處電阻率等線變化比注漿前快,說明注漿對(duì)淺部巖石起到很好的作用。
6.3.2 常規(guī)電法:
注漿后5m深度淺層土的電阻率由原來的35～50Ω.M降到20～50Ω.M,基巖面上較深土層電阻率由40～70Ω.M增加到50～80Ω.M增幅不大?；鶐r表層電阻率由65～85Ω.M增到75～100Ω.M增加了10～15%說明注漿對(duì)軟土層。基巖表層巖溶及裂隙的充填起到了作用。
6.3.3面波勘探
縱觀兩剖面總共12個(gè)面波點(diǎn),波長10～20m對(duì)應(yīng)深度在5～10m范圍,有7個(gè)點(diǎn)面波速有所提高,點(diǎn)數(shù)超過測(cè)試點(diǎn)一半多。5m深左右波速從400～450m/s提高到442～520m/s,提高 8～15%;10m深左右波速從500～700m/s提高到650～850m/s,提高10～15%。說明注漿對(duì)部分地段起到了加固作用,加固區(qū)主要集中在注漿區(qū)中間位置。說明中間注漿效果比外圍較好。
6.3.4地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)
縱觀注漿前后地質(zhì)雷達(dá)所測(cè)各剖面圖像,在300ns對(duì)應(yīng)深度10m以內(nèi)注漿前雷達(dá)圖像中反射波組不多,且呈水平方向分布。注漿后反射波組能量較強(qiáng),呈現(xiàn)出雜亂的反射波,且縱橫交錯(cuò),沒有規(guī)律可循。這正反映出土層注漿后其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,說明注漿起到了加固效果。
6.3.5標(biāo)貫及靜力觸探
注漿后完成鉆孔12個(gè),最大孔深20.6m,鉆孔深度以入基巖6m控制,取土樣28筒,巖樣8組,完成靜力觸探孔6個(gè),最大孔深9.0m。紅粘土的PS為4.8～6.85MPa,平均值為5.99 MPa;粉質(zhì)粘土的PS為3.92～5.82MPa,平均值為5.12 MPa。注漿后,紅粘土的PS提高5.64%,粉質(zhì)粘土PS提高29.3%。
注漿前后軟塑土層力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表
名 稱 土工試驗(yàn) 靜力觸探 標(biāo)準(zhǔn)貫入 綜合取值
Fak
(KPa) Es
(MPa) Ps
(MPa) Es
(MPa) Fak
(KPa) N
Fak
(KPa) Fak
(KPa) Es
(MPa)
注漿前 105 8.92 3.96 10.6 276 18.3 243 110 8.9
注漿后 148 12.5 5.12 13.2 302 11.5 170 160 12.5
由表中可以得出注漿后軟塑土層的壓縮模量(ES)和承載力特征值(fak)分別為注漿前的1.4和1.45倍。
6.3.6注水試驗(yàn)結(jié)果
注漿后巖土層的綜合單位吸水量為3.9*10-4～1.4*10-3(L/min.m2),滲透系數(shù)為6.2*10-7～2.8*10-6(cm/s)注漿后的綜合滲透系數(shù)減小。
7.總結(jié)
(1)從注漿前后物探、鉆探、靜力觸探及注水試驗(yàn)對(duì)比分析中可以得出DK1231+072～+102地段通過巖溶注漿在土石界面形成了水平帷幕,起到了隔斷基巖裂縫地下水對(duì)土層的不利影響,淺層巖層得到了加固。
(2)DK1231+072～+102試驗(yàn)段所采用注漿材料、注漿配合比、注漿工藝、注漿機(jī)械設(shè)備等工藝參數(shù)是可行的。注漿效果經(jīng)中科院武漢巖土力學(xué)所檢驗(yàn)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
(3)注漿一定要有漿液循環(huán)裝置,否則很難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求穩(wěn)壓一定時(shí)間的要求。
(4)注漿段長度不宜超過10m,應(yīng)隔排隔孔跳躍鉆進(jìn),以免串孔影響壓漿效果。
(5)鉆孔跟管(砸入)鉆進(jìn)能較好地防止孔口冒漿。
(6)跟管不能跟進(jìn)到土石界面,最好離土石界面2m左右,將巖層與巖層上的土層(段長小于10m)一次壓漿,既能將巖層注漿也能在土石界面形成漿液水平帷幕。
(7)微型孔注漿壓力不要超過1.5MPa,不然水泥因壓力過大結(jié)硬鋼筋難以安裝。
(8)紅粘土注漿一定要壓力注漿不能采用無壓力由孔口灌漿,不然紅粘土達(dá)不到擠密加固效果。
