加固注浆法在岩溶地区加固的应用

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摘要：我国幅员辽阔，地质情况复杂多变，岩溶现象普遍存在，给桥梁基础施工带来了较大的困难。通过工程实例，文章介绍利用联合注浆法处理位于桥梁岩溶区桩基础坍塌的成功案例及建议，供参考。

关键词：桥梁岩溶 桩基础 注浆加固

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

前言：随着高速公路建设的飞速发展，当公路桥梁通过石灰岩地区即岩溶区时，基础施工过程中不可避免地会遇到土、溶洞（沟）等不良地质问题，给设计和施工带来很大的困难。若桥梁基础形式采用钻（冲）孔嵌岩灌注桩，如果土、溶洞之上的第四系覆盖层为渗透性强的砂层、卵砾石层或粘粒含量少、遇水易软化崩解等特性的岩土层，在钻遇漏浆严重的下伏溶洞时，一般会因为反复漏浆而采用回填粘土、片石、水泥等堵漏材料的方法进行处理，极易造成覆盖层坍塌，且易发生埋钻、掉钻等事故，影响桩基正常施工，甚至影响到成孔钻机的作业安全或诱发区域性塌陷等地质灾害。

一、工程概况

某高速公路跨江大桥， 主桥为112m+2×200m+112mg的预应力连续刚构。其56#墩为大桥的主跨墩，位于河床深槽中，承台以下由18根ф2500的冲孔嵌岩桩组成群桩基础，桩端持力层为微风化石灰岩、角砾状灰岩，桩顶标高为+0.50m，桩长65～95m不等。冲孔桩灌注施工平台标高为5.50m，平台距河床底面17.00～18.00m。

桥位处河床覆盖层为第四系松散沉积层，主要为亚粘土、圆砾、砂砾、卵石、全风化泥灰岩、角砾状灰岩；下伏基岩为第三系红色砂岩系和石炭系灰岩，二者呈角度不整合接触。该墩位土、溶洞（沟）等岩溶普遍发育，溶洞分布广，洞高大，多呈串珠状多层发育，层数最多达12层，多数溶洞为全填充或半填充，少部分为空洞。56#墩靠上游的半幅桩基，桩长较大（80m以上），该区域为溶洞发育集中区，溶洞基本互相连通，岩面以上为砂砾、卵石覆盖层，地质条件相当复杂。在桩基冲孔施工过程中，尤其是冲遇溶洞后，经常发生漏浆、坍孔、埋钻事故，给桩基施工造成极大困难，少数几根桩因漏浆塌孔，经多次回填后反复冲击均无法成孔。为确保桩基施工安全、顺利成孔以加快工程进度，经业主组织专家组进行现场会诊后，决定对56#墩上游半幅5根桩（56#～11#、12#、16#、17#、18# 桩）岩面以上的砂砾、卵石覆盖层进行加固处理。

二、注浆加固的技术介绍

本次覆盖层的坍塌加固处理，主要采用高压旋喷注浆+水泥砂浆压力注浆组合的注浆方法，以下简称联合注浆法，其作用机理和施工工艺简述如下：

1、高压旋喷注浆。

利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴（单喷嘴）置入土层设计预定的深度后，利用高压泥浆泵把水泥浆液以10～25MPa的高压（甚至更高的压力）从喷嘴中喷射出去形成高压喷射流，冲击破坏岩土体，同时借助注浆管的旋转和提升，使浆液与从土体崩落（切割）下来的土粒、砂粒搅拌混合，经凝固后，便在岩土体中形成由水泥、砂、土体混合并具有一定强度的柱状固结体。

2、水泥砂浆压力注浆。

在软土、砂土土层或土、溶洞及岩溶裂隙发育的岩体中，采用混凝土输送泵通过注浆导管，将一定标号的水泥砂浆在较高压力（10～20MPa）作用下由（钻孔）注浆孔孔口全孔封闭式自下而上进行注浆，利用注浆浆液置换岩土体内的水分和空气，并对岩土体进行填充和挤压作用，使土体含水量降低，密实度提高，随着进一步的固化作用，注浆区岩土体强度得到很大的提高，从而使岩土体力学性质得到改善，达到加固处理的目的。

3、联合注浆法作用机理。

覆盖层中的砂砾、卵石层具有粘粒含量少、结构松散、稳定性差等特点，可灌性较差，用简单的灌浆方法很难达到加固处理预期效果，但采用联合注浆法进行高压力压密灌浆，则能有效地解决这一问题，其作用机理可归纳为：

3.1 利用高压水泥浆喷射流并借助注浆管的旋转对孔内的泥、砂、砾石进行搅拌混合，形成胶状混合物，使混合浆体具有一定的流变性，提高了砂土层的可灌性能，以减少灌浆阻力，为下一步的水泥砂浆灌注创造了条件；

3.2 旋喷注浆与水泥浆浆体，先对土洞及砂砾、卵石孔隙或空隙通道进行充填灌浆，随之将软弱泥质物挤走而置换之；

3.3 水泥砂浆浆体在较高压力的作用下挤入充填物孔隙、土层空隙或岩体裂隙中，置换尚未被置换的的水和空气，并在注浆点处使土体形成球形或圆柱形浆泡。当浆泡的直径较小时，灌浆压力基本上是沿钻孔径向即水平扩展，使紧临浆泡处的周围土体发生严重剪切破环，并产生塑性变形，离浆泡远处的岩体将发生弹性变形。随着浆泡尺寸的逐渐增大，便产生较大的竖向力，因注浆自下而上进行，水平方向也因为挤密到位受到了限制，浆液只能上顶土体，使土体密实度明显增加。浆泡向四周渗透扩散的同时对周围松散的砂土层进行挤压，使其变得更密实、稳定，避免了桩基成孔施工时发生孔内漏浆，坍孔等事故，达到加固处理的目的。

三、注浆加固施工工艺流程

1、施工流程。

本次加固处理主要施工工序如图1 所示。

图1 灌浆施工流程

2、施工步骤。

2.1 灌浆孔的布置。灌浆孔共布置18孔，均在桩周外侧布置。编号为注1～注18，其中17、注18孔为补充灌浆孔，具体情况见图2。

2.2 灌浆孔的钻孔。采用XY-100型地质钻机进行，ф130mm 钻具成孔，钻孔终孔深度确定原则：钻孔穿过砂砾、卵石层进入全风化岩面0.50m以上。

2.3 下入ф127mm 套管。钻孔完成后，在孔内下入ф127mm 套管，套管要求止沉稳固。

2.4 水泥砂浆的配制。溶洞灌注的砂浆材料采用42.5R水泥、中(粗)砂、与水配制。要求砂浆强度等级为M20,本次施工砂浆配合比为:每m3 砂浆水泥(kg):中粗砂(kg):水(kg)=480:1200:348.8。

2.5灌注水泥砂浆。采用混凝土输送泵在注浆孔孔口进行灌注M20水泥砂浆，灌浆初始，水泥砂浆含砂量应适当减少，或适当增加水泥量。灌注施工自下而上分段进行，分段以套管节长为单位，段长以2.5～3.0m 为宜，向上起一段套管则灌注一段，直至砂砾、卵石层顶面深度为止。终止灌注标准：符合以下任一条件均可终止灌浆：

①灌浆压力控制：输送泵送浆压力约10～15MPa，达15Mpa 时续灌10min 可终止；

②吃浆量控制：输送泵送浆压力约10～15MPa，吃浆量不大于0.05m3/min 时续灌10min 可终止。施工中应多方面观察判断，综合确定终止灌浆标准。

2.6 起拨套管。每孔砂浆灌注结束后砂浆凝固前,及时采用25t汽车吊起出套管,管材可再利用,节约成本。

3、主要施工设备

施工设备主要有：地质钻机、旋喷钻机、高压泥浆泵、60型混凝土输送泵、混凝土输送车、混凝土搅拌设备、25t汽车吊等。

四、结论及建议

1、56#主墩桩基础覆盖层经注浆处理后，在岩面深度以上桩基施工过程中未出现一根桩发生漏浆、坍孔、埋钻等事故，达到了加固处理的预期目的；部分桩桩身溶洞段也采用联合注浆方法进行加固处理，溶洞漏浆得到了有效控制，大大加快了桩基施工进度。

2、本次加固处理具有处理面广(超80m2)、深度深（超50米）、水上深水作业施工难度大、工期要求短等特点，采用联合注浆加固的方法从工期、工效、经济等方面进行比较是其它注浆方法所无法比拟的。

3、通过对采用联合注浆法灌浆技术完成的大量地基加固工程实例进行比较分析，涉及公路桥梁桩基的地基加固效果是理想且经济的，但对于小型建筑工程，一般因为造价问题不易被建设方接受。

4、注浆加固施工属动态变化的过程，隐蔽性较强，其施工质量的好坏不能及时和直观的感知，而取决于施工细节的控制和严格管理。在施工全过程中，必须密切注意注浆压力、浆液流量、浆液密度等指标的变化情况，并进行动态调整。

5、联合注浆法加固地基具有工艺简便、设备简单，施工操作连贯、流畅，工期短、见效快、经济效益好等特点，目前在桩基的断桩加固、桩底沉渣处理、桩底持力层的补强等方面的工艺技术日臻成熟并已经得到了广泛的应用。在今后的岩溶地区土、溶洞加固及软土、砂土层地基加固处理等方面同样值得推广和应用。

参考文献：

[1]刘雪峰.《岩溶地区桥梁桩基设计与施工》.山西建筑.2006

[2]陆杰.《邵怀高速公路岩溶环境浅析》.勘察科学技术.2003