岩溶路基注浆加固工艺试验总结.docx
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岩溶路基注浆加固工艺试验总结
新建铁路
鲁南高速铁路至曲阜段LQTJ-3标段
路基岩溶注浆加固
试验总结
编制:
___________
审核:
___________
批准:
___________
中国铁建大桥工程局集团
鲁南高铁LQTJ-3标项目经理部
二○一七年三月
岩溶路基注浆加固工艺试验总结
1、编制依据
(1)路基设计总说明
(2)分段路基(施工)设计图
(3)相关施工规、检测、验收标准
(4)类似施工经验
2、工程概况
2.1地质概况:
本路基段为丘陵地貌,地形起伏大。
第四系上覆土层,分部普遍,含较多砂粒及风化岩屑,基岩局部裸露。
沿线多为树林及耕地,表层薄层耕植土,含植物根系。
交通便利。
本段地震动峰值加速度为0.1g,地震动反应谱特征周期0.40s。
本段无明显地表水,仅在雨季时沟渠形成季节性水流。
本段地下水类型主要为岩溶裂隙水,埋藏深,在勘察期间、勘察深度围未揭露。
2.2先导孔施工地点 :
DK245+280~DK245+448.2、DK246+380~DK246+471.22、DK249+600~DK249+755、DK250+385~DK250+695、DK250+955~DK251+585路基岩溶整治长度1354.42m。
2.3重要性:
为确保线路的平顺性、稳定性,岩溶先导孔是软基处理施工重点。
3、试验目的
3.1.由于岩溶地区的地下水位随时间的变化会发生变化,而水位的改变会造成该地段地层的强度下降,从而导致路基基底的承载力下降,从而危及路基的安全,通过岩溶注浆,可以封闭土、石帷幕,阻隔上层滞水与岩溶水的联系,保持地下水位的稳定。
3.2.由于灰岩中溶沟、溶隙、溶洞发育,在上部地层受到较大压力时可能造成该段地层塌陷,从而严重危及路基的安全。
施工时根据先导勘探孔揭示路基地层中的岩溶发育情况,加固深度由探灌结合孔确定,一般为岩土界面以下5m,若在施工过程中遇溶洞,则钻至溶洞底板以下1.0m,对溶岩进行注浆加固。
注浆套管嵌入基岩0.5m,用水泥浆或水泥砂浆固结成一体,从而确保地层的稳定。
3.3.在大面积施工前通过试验检验注浆处理施工设备、施工工艺的合理性、适用性以及泵浆压力、注浆流量、入岩深度的判断、注浆速度等参数,由此确定本标段的注浆处理的施工工艺及施工技术参数,检验设计参数和地基处理效果,确定机械设备选型及配套组合,探明地质情况,为下步大面积施工提供依据,以确保大面积施工时注浆处理的施工质量。
4、工艺试验段及试验参数的初步选定
4.1.分别试验五组路基:
第一组试验段DK245+300~DK245+400:
100m,59孔。
第二组试验段采用DK245+300~DK245+400段参数
第三组试验段DK249+600~DK249+700:
100m,88孔。
第四组试验段DK250+485~DK250+605:
120m,101孔。
第五组试验段DK251+050~DK251+150:
100m,104孔。
表3-1LQTJ-3标段岩溶路基工程量统计表
序号
起讫里程
整治长度(m)
孔数
土(m)
石(m)
备注
1
DK245+280~DK245+448.2
168.2
100
94
673
2
DK246+380~DK246+471.22
91.22
56
65
290
3
DK249+600~DK249+755
155
136
2055
678
4
DK250+385~DK250+695
310
261
2575
1303
5
DK250+955~DK251+585
630
657
9699
3091
合计
4.2、注浆压力:
初步选定为,岩层中不小于0.1~0.3MPa,土层中不小于0.2~0.5MPa,最大不超过1.5MPa。
最终注浆压力值通过现场试验确定。
4.3、浆液配合比:
注浆水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥浆液初始水灰比为1:
1,当进浆量较大时,应逐步提高浆液的浓度,当遇到空的岩溶通道、较大岩洞和裂隙处,注浆压力持续较小时,可先灌注中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填,再行注浆。
4.4、注浆深度:
试验区属岩溶中等发育地区,覆盖层厚度6~12m,故按设计图纸选定,覆盖层中注浆3m,岩层中注浆12m,总计单孔注浆15m。
若施工中见溶洞,应加固至溶洞底部以下不小于2.0m。
4.5、注浆围:
(1)、正线路堑地段一般整治至俩侧路堑测沟平台外侧边缘。
(2)、正线路堤地段一般整治至俩侧路堤坡脚外5m;车站站线和联络线路堤,整治至路堤坡脚外5m。
(3)、设置路肩挡土墙、路堤挡土墙的地段,整治加固宽度至墙趾以外5m。
5、施工安排
5.1参加施工人员进场情况
(1)管理、技术、质检、检测人员已全部到位,人员及相关资料见表一。
(2)参加试验段施工的生产人员有副经理1名、技术员2名,领工员2名以及28名机械操作员均已经到位。
表一主要施工管理人员一览表
序号
文化程度
职称
职务
1
维亮
本科
高级工程师
技术主管
2
玮
本科
工程师
技术主管
3
邹恒峰
本科
助理工程师
技术员
4
泰合
本科
队长
5
闫宁
本科
领班
5.2投入试验施工的机械设备
试验主要包括引孔和注浆。
为满足施工需求配备了足够的施工机械。
所需机械设备见表二。
表二主要施工设备一览表
设备名称
设备型号
功率
数量
备注
钻机
XY-1
11KW
3台
钻机
GH-2H
15KW
4台
钻机
GY-1A
20KW
5台
泥浆泵
BW150/15
0.37KW
2台
发电机
STC-20
30KW
2台
浆液搅拌机
SM200
15KW
3台
储料桶
1000L
--
5台
5.3测量、检测仪器设备的配备
表三主要测量·检测仪器设备表
序号
仪器设备名称
规格型号
单位
数量
检定状态
1
超高密度电法勘探仪器
FlashRES64
套
1
合格
2
钻机
GY-1A
台
1
合格
6、料源选择及施工准备
6.1水泥选择和室试验
根据沿线勘察,本段路基基底为粉质粘土,岩层裂隙较发育。
通过注水试验发现,吸水量很大。
经设计规要求及试验检测,水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥,其技术指标如下:
6.2技术指标
42.5级普通硅酸盐水泥
比表面积S(m2/kg)
标准稠度用水量(%)
凝结时间(min)
安定性
(≤5mm)
初凝
终凝
345
25.7
198
247
合格
7、注浆处理试验施工
7.1、施工准备
(1)场地平整:
用推土机、挖掘机等清除表层土,需要路堑开挖地段,开挖至设计基底标高。
采用平地机进行场地平整,采用压路机进行蹍压,要求达到路基本体压实度要求,并做好场地的排水系统。
(2)施工测量:
按照设计布孔形式测设出注浆孔位,并打木桩标记。
(3)设置临时排水系统,根据设计,结合周边环境,建立完整的临时排水系统,保证在施工过程中,路基基底不被水浸和冲刷破坏。
7.2施工方法
施工准备→布孔位图→测量放线→钻孔、清空→检查岩芯→注浆(砂)→封孔→注浆完成。
施工工艺流程详见下图:
注浆处理施工工艺流程图。
测设监测点、布孔
未满足
结束条件
交验
效果检查
压浆结束
质量评定
质检
制浆
压力注浆、监测
开孔
钻进基岩
质量检查
清孔
施工准备
测设监测点、布孔
安装钻机
合格
有缺陷
图3注浆处理施工工艺流程图
7.2.1、钻探工艺
(1)定孔位
根据设计要求标出注浆孔位置,并进行复测。
注浆孔采用正方形布置。
(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,用经纬仪、水准仪等工具调整钻机角度,安装牢固,定位稳妥。
③各类设备就近安装,注浆管线固定,不宜过长,一般为30~50m,以防压力损失。
(3)钻孔
钻孔用钻头开孔钻进,钻孔采用循环水分节钻进,在先导勘探时,每一节钻杆钻进结束后,将钻取芯样取出,留作与设计地质情况做核对,在正常的钻孔注浆时,只需要将岩芯取出,并以此控制入岩深度。
(4)检查岩芯
根据钻取岩芯的形态,并结合钻进时钻机的状态确认具体的地质情况,并以此判定入岩的深度及注浆方案。
(5)终孔
钻孔应以实际钻探深度为准,加固厚度满足设计要求。
加固深度为岩土界面以下2m。
钻至设计孔深度,经专业工程师自检后,报请现场监理工程师检查,同意后方可提钻,再用清水洗孔直至返清水,如不返水,冲洗时间不少于30分钟。
然后拧紧孔口盖准备压浆。
(6)清孔
在钻孔结束后,要及时进行清孔,将孔中碎石等破碎岩芯取出,确保注浆时水泥浆能顺利的充填基岩中破碎岩层和裂隙。
(7)记录
钻进过程中应注意观察地层变化,详细作好钻孔记录。
7.2.2、注浆工艺
注浆采用孔口封闭注浆法,先注浆基岩后,
再注岩层面与土层接触面。
封孔示意图详见下图。
孔口封闭注浆法封孔、注浆示意图
(1)试泵
试泵时,在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后,持续二、三分钟泵管及机械设备不出故障进,方可进行注浆作业施工。
(2)安装注浆管和止浆塞
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,方可下管。
否则,必须用钻机进行扫孔。
在确定注浆管无阻塞物后,即可进行注浆管安装。
把管子插入孔,再将管顶入孔到设计要求深度,使橡胶栓塞与孔壁充分挤压紧实,注浆管和止浆塞固定。
注浆管外露的长度不小于30~40cm,以便连接孔口阀门和管路。
注浆管安放好后,在注浆管管口加上孔口盖,以防止杂物进入。
(3)浆液配制
①考虑浆液充盈和结石的稳定性,浆液应以水泥单液为主,孔洞应掺入惰性材料(如:
砂砾石、卵石、砂卵石、碎石、粉煤灰等)。
单液浆采用纯水泥浆液,水灰比为1:
1~0.6:
1。
②有下列情况的采用双液:
水泥单液地表冒浆时,用双液封堵;注浆已超出有效围或整治围,浆液扩散过远时,用双液控制;岩溶垂直裂隙贯通性好,浆液渗流太深,宜用双液处理;注浆量较大,单孔注浆量平均大于0.8~1.2m3/m,宜用双液控制;水泥浆掺入水泥用量50%~100%的水玻璃浆,用于溶岩连续灌浆15t仍不见灌浆压力上升及地表冒浆等情况的紧急处理。
浓水玻璃中加水稀释,边加水边搅拌,并用玻美计测试其浓度。
施工中采用的水玻璃波美度为38°~43°Be,模数2.4~3.0。
③所用浆液采用搅拌机拌合随拌随用,搅拌时间不少于2min。
将配制好的浆液送入搅拌式储浆桶备用。
将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆池。
(4)注浆
①注浆管路系统的试运转:
用1.5~2倍于注浆终压的压力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;检查设备状况是否正常;使设备充分热身,试运转时间为20min。
②注浆顺序:
遵循先边排,后排、跳孔、由疏至密注浆顺序;自路基坡脚向中心的顺序进行,先两侧后中间,以保证注浆质量。
注浆方式采用分段前进方式,即先钻孔后注浆。
③浆液控制:
先稀后浓,依吸浆情况逐步加浓浆液,配比控制在1:
1~0.6:
1。
④灌浆压力控制根据受灌地层的地质条件和渗透性、灌浆时吸浆量,以及对浆液稠度变换等一并考虑。
一般情况下,当吸浆量较小时,可尽快地达到规定的灌浆压力;而在吸浆量较大时,则可较缓慢的升到规定的灌浆压力。
灌浆过程中,灌浆压力的控制采用“一次升压法”。
“一次升压法”,就是在灌浆开始后,将压力尽快的升高到规定的压力,使整个灌浆过程尽量是在规定的压力下进行。
其优点是裂隙不至于在低压下提前被堵塞,能较多地灌进
一些浆液,使一些较小的裂隙也能得到充分地灌实。
(5)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。
拔管时使用拔管机。
每次上拔高度为500mm。
拔出管后,及时刷洗注浆管,以便保持清洁、通畅。
(6)封孔
①注浆结束拔出套管后,用C15砼封孔,封孔时必须边灌边插捣,确保孔密实。
严禁不封孔或假封孔,以致人为形成竖向水力通道,加重路基岩溶病害。
②封孔完成后,在原孔位处标注注浆孔号,要求字迹工整、清晰。
(7)注浆原始记录整编
①每个注浆作业工班在注浆施工过程中,都必须边施工边记录,当天的注浆施工记录必须当天整理完成,不得积压或遗漏。
②注浆原始记录是竣工文件的重要组成部分,各记录人员应本着认真负责的态度,做到字迹工整、资料整洁无误,填写规齐全。
③应及时按要求做好注浆资料的统计与汇总(包括注浆孔号、孔数及注浆量等)。
(8)试验检测
为正确的检测注浆效果,准确验证各项施工参数,在试验段检测时加大检测项目与力度,注浆前后,物探成果资料对比,检查注浆效果;注浆前后,钻孔注水试验的单位长度吸水量对比,检查注浆效果,注浆后单位吸水量小于注浆前吸水量的3~5%,且没有明显漏水现场;钻孔检查,检查孔数的5%,根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果;注浆观察,冒浆点在路基围之外3~5m时,可视路基围岩溶通道堵塞完毕。
8、试验分析
8.1注水试验注浆效果分析
表8.1注水试验对比表
孔号
注浆前
(L)
单位吸水量(L/m.min)
注浆
后(L)
单位吸水量(L/m.min)
对比分析
1-4
2063.325
0.55
46.619
0.027
效果良好
1-9
3011.512
0.61
62.350
0.031
效果良好
8-8
2758.411
0.73
57.362
0.036
效果良好
5-12
2003.864
0.60
63.547
0.03
效果良好
5-7
1988.996
0.68
65.868
0.031
效果良好
9-4
2441.758
0.63
64.085
0.034
效果良好
备注
通过分析此段路基基底裂隙发育,结合这样的情况,应采用单液注浆,注浆压力可按设计执行。
钻芯取样效果图:
所取出的芯样浆液填充饱满,达到加固效果。
通过钻芯取样直观判断,该段岩溶注浆效果良好,满足设计要求。
8.2先导孔注浆配合比试验
我分部对岩溶注浆配合比进行了调整,分步进行了试验。
试验室试配了八种配合比(见岩溶注浆浆液配比试验记录(实验室))。
岩溶注浆浆液配合比试验记录(实验室)
容重(g/cm3)
序号
水灰比
水泥
水
砂
粉煤灰
(kg/m3)
(Kg/m3)
(Kg/m3)
(Kg/m3)
1
0.6
1216
729
/
/
1.945
2
0.8
953
762
/
/
1.715
3
0.6
1013
675
/
112
1.8
4
0.8
826
733
/
91
1.65
5
0.6
1093
648
109
/
1.85
6
0.8
895
715
90
/
1.7
7
0.6
1013
675
/
112
掺4%的水玻璃,初凝为7h30min,终凝为8h.
8
0.6
1013
675
/
112
掺6%的水玻璃,初凝为6h,终凝为7h.
8.3注浆试验
8.3.1试验前
试验室对每种水灰比的水泥浆凝固结石情况进行了试验:
水灰比为1:
1的结石率为52.7%,0.8:
1的结石率为71%,0.6:
1的结石率为95.4%。
选用结石率较好和最好的两种水灰比进行试验。
试验时根据钻孔取芯的情况,对小于1m的溶洞用纯浆液试验,1m~2m的半填充状的用粉煤灰试验,大于2m的用双液加砂子试验。
8.3.2注浆试验检测
根据不同的配合比结合钻孔取芯芯样情况进行了试验注浆。
七天后将试注浆的情况在距原位孔30~50cm围取芯,
8.3.3.试验结果
通过对上述先导孔注浆试验芯样对比分析,水灰比为0.8:
1的芯样无论从芯样的完整性、对溶洞填充的密实情况及强度都不如0.6:
1,所以从此次的试验表明浆液浓度决定填充效果。
在地下水丰富时,水玻璃加速凝固有利于注浆质量,减少环境水影响。
综上所述,弋江站场段最佳浆液配比为0.6:
1。
8.4结论
经综合分析,工艺适配参数选择如下:
1、机械组合:
XY-1型、GH-2H型、GY-1型钻机,BW150/15型泥浆泵,STC-20型发电机,SM200浆液搅拌机,储料桶1000L。
2、注浆压力,黏土层控制在100~300Kpa,卵石土层控制在200~400Kpa,
3、当注浆达到下列标准之一时,可结束该孔注浆:
1)注浆孔口压力维持在0.2~0.5Mpa左右,吸浆量不大于40升/min,维持30min。
2)注浆钻孔基岩完整,或多次注浆,孔口压力超过1.5Mpa时。
3)冒浆点已出注浆围外3~5m时。
4)单孔注浆量达到平均注浆量1.5~2.0
倍,且进浆量明显减少时,当达不到上述结束标准时,应清空再次注浆。
以上条件之一满足即可停止注浆,但在进行判定时还应根据地质钻孔记录、注浆方式等多种因素综合判定:
(1)注浆孔口压力维持在0.2~0.5Mpa左右,吸浆量不大于40升/min,维持30min时可停止注浆的判定及注意事项:
该条件是判定停止注浆使用较多的标准,在判定时应随时记录好注浆压力及注浆流量。
(2)冒浆点已出注浆围外3~5m时可停止注浆的判定及注意事项:
该条件是现场出现较多的情况,但应结合压力及其裂隙发育情况综合判定。
当注浆时间短而且无压力值时应采用间歇注浆的方式进行注浆,直至满足压力及吸浆量条件,如果岩溶裂隙发育,与地面存在联通情况时必须增大注浆量。
(3)单孔注浆量达到平均注浆量1.5~2.0倍,且进浆量明显减少时的判定及注意事项:
本条件在我们施工过程中基本不采用,因为岩溶发育区地质情况异常复杂,即使在短短的几十米路基重点其岩层界面、裂隙发育都有可能变化很多。
(4)注浆孔基岩完整,或多次注浆,孔口压力超过1.5Mpa时的判定及注意事项:
该条件是实际施工过程中出现较多的情况,但必须从分与注水试验情况、注浆的位置相结合综合分析。
综合所述,该实验工艺能够满足设计规要求,可以指导大面积施工。
9、质量控制要点
根据注浆处理试验段的注浆结果分析,总结出注浆处理质量控制要点如下:
(1)注浆孔应跳孔施钻,不应全部钻孔完成后再注浆,以免孔位串浆,增加难度及清孔工作量。
(2)注浆孔施工应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。
(3)注浆孔孔位移动不宜超过0.5m,开钻前必须保证机身平稳,钻孔偏斜<1%。
(4)注浆用的水泥采用普通硅酸盐水泥,水泥强度等级为PO42.5,水泥不超过出厂日期三个月,受潮结块者不得使用。
水泥的各项指标符合国家标准,并附有水泥出厂报告。
(5)注浆用水必须满足砼用水的要求,使用前需进行水质化验。
(6)原材料进场后,需做好原材料检测。
(7)注浆孔封闭必须采用C15砼封闭岩石饱满,以免对客运专线路基留后患。