武廣客運(yùn)專線武漢工程試驗(yàn)段巖溶及紅黏土路基注漿施工工法

1、武廣客運(yùn)專線武漢工程試驗(yàn)段 巖溶及紅黏土路基注漿施工工法 中鐵八局集團(tuán)武廣客運(yùn)專線試驗(yàn)段項(xiàng)目經(jīng)理部二OO七年六月三日目 錄1 前言 (12 工法特點(diǎn) (13 適用范圍 (24 工藝原理 (25 工藝流程及施工工藝 (35.1工藝流程 (35.2施工工藝 (35.2.1施工準(zhǔn)備 (35.2.2施工工藝 (46 機(jī)具設(shè)備 (97 勞動(dòng)力組織 (98 安全環(huán)保要求 (98.1 職業(yè)健康安全 (108.2 環(huán)境保護(hù) (109 質(zhì)量要求 (1010 效益分析 (1111 應(yīng)用實(shí)例 (12客運(yùn)專線鐵路巖溶及紅黏土路基注漿施工工法1 前言注漿法是指利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理,通過(guò)注漿管把漿液均勻地注入地層中

2、,漿液以填充、滲透和擠密等方式迫使土體顆粒間或巖隙中的水份和空氣排出,經(jīng)人工控制一定時(shí)間后,漿液將原來(lái)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。新建鐵路武廣客運(yùn)專線DK1229+536DK1231+145段下覆基巖為二迭系灰?guī)r,弱風(fēng)化,巖溶較為發(fā)育。受風(fēng)化作用影響,其上覆原生紅黏土,地層從地表向下由硬變軟,相應(yīng)地,土體強(qiáng)度及壓縮模量逐漸降低,壓縮性逐漸增大,靠近基巖0.53.5m范圍內(nèi)基本為軟、流塑土,其基本承載力不足100kpa。為防止路基工后沉降大于15mm,本段共計(jì)640m范圍的路基須對(duì)軟塑紅黏土及巖溶進(jìn)行注漿加固,注漿方法采用大管徑逆序注

3、漿工藝。本工法是在結(jié)合試驗(yàn)段的地質(zhì)條件,結(jié)合現(xiàn)有裝備水平、注漿材料,不斷探究注漿工藝及注漿前后的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)比后歸納總結(jié)形成的。2 工法特點(diǎn)2.1施工機(jī)械常規(guī)、市場(chǎng)數(shù)量大、體積小,設(shè)備輕捷,移動(dòng)方便。2.2利用探灌結(jié)合,取鉆孔總數(shù)的20%進(jìn)行地質(zhì)復(fù)核,進(jìn)一步揭示軟塑紅黏土及溶洞的分布范圍及深度,無(wú)需進(jìn)行其它方式的地質(zhì)核查。2.3采用大管徑(108套管依次從上往下分段注漿施工,漿液同土體接觸面大,能有效減少注漿壓力在管道中的損失,提高出漿口壓力,增大漿液擴(kuò)散范圍和漿液滲透的均勻性,提高土體及巖溶加固效果。2.4護(hù)壁套管作為注漿管,無(wú)需采用止?jié){栓塞、注漿花管等,且套管回收率可達(dá)98%以上,可有效

4、提高鉆孔經(jīng)濟(jì)效益。2.5 注漿壓力介于常規(guī)注漿和旋噴之間,最大注漿壓力可達(dá)到3.0MPa 以上,為漿液滲透、擠密提供良好的“動(dòng)力”。2.6土層中采用干鉆或無(wú)水反循環(huán)鉆進(jìn),護(hù)壁套管跟管鉆進(jìn),使套管與周圍土壁結(jié)合良好,能有效防止壓力注漿過(guò)程中從孔壁周圍冒漿現(xiàn)象,“逼迫”漿液向周圍擴(kuò)散。2.7 土層邊鉆進(jìn)邊注漿,能有效減少鉆孔結(jié)束混凝土(砂漿封孔致使的施工間歇。2.8 注漿結(jié)束后,可在注漿孔中采用加入鋼筋籠,形成微型樁,形成復(fù)合地基,能有效減少樁間土應(yīng)力,降低地基沉降。2.9注漿前后進(jìn)行物探及注水試驗(yàn),可有效確定注漿加固的實(shí)際效果。3 適用范圍本工法適用于對(duì)粉土、黏性土、特殊性土(如:黃土、軟土、膨

5、脹土、人工填土及破碎巖石等的地基加固?？蓮V泛用于公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)以及對(duì)地基不均勻沉降要求較高的超高層建筑的地基加固工程。4 工藝原理利用惰性材料形成的漿液,在一定壓力作用下注入巖溶裂隙、溶洞中以及軟塑黏土體孔隙中,填充巖溶溶洞及巖溶裂隙,封閉巖、土界面,形成隔水帷幕,阻隔上層滯水與巖溶水的聯(lián)系;如土體中存在著軟弱夾層,再進(jìn)行加固土體軟弱夾層,并在注漿孔中加入鋼筋籠形成微型樁的復(fù)合加固體系。通過(guò)注漿填充液凝固后,具有的剛性和強(qiáng)度而改變巖層及土體的性狀,使巖土的變形受到約束,強(qiáng)度得到提高,從而達(dá)到控制地基整體沉降、減少變形的效果。5 工藝流程及施工工藝5.1工藝流程注漿加固地基施工工藝框圖 5.2

6、施工工藝5.2.1施工準(zhǔn)備5.2.1.1平整場(chǎng)地:按照設(shè)計(jì)確定的路基斷面型式及高程對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行開(kāi)挖、平整,考慮到巖層中采用射水鉆進(jìn),部分泥漿將浸潤(rùn)地基表層,致使注漿后地表承載力不足,故平場(chǎng)時(shí)應(yīng)至少預(yù)留50cm,待注漿結(jié)束后方可平整到設(shè)計(jì)高程。5.2.1.2施工放線:按照設(shè)計(jì)圖紙,在計(jì)算機(jī)中畫(huà)出注漿范圍及線路中線,并根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定的注漿點(diǎn)布置原則,標(biāo)出各注漿點(diǎn)位置及平面坐標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)標(biāo)定的孔位坐標(biāo)放樣鉆孔注漿點(diǎn)并實(shí)際測(cè)量注漿孔點(diǎn)高程。5.2.1.3管線勘探:施工前應(yīng)向有關(guān)部門(mén)收集和調(diào)查地下設(shè)施、地下管線的具體位置,不明確時(shí)可采用物探與開(kāi)挖相結(jié)合,以確認(rèn)地下是否存在管線后方可進(jìn)行施工,施工過(guò)程中應(yīng)

7、隨時(shí)注意周圍的水利設(shè)施情況和地下水位情況。5.2.1.4地質(zhì)核查:在正式施工前,尚應(yīng)對(duì)注漿場(chǎng)區(qū)進(jìn)行物探和超前地質(zhì)勘探。物探可采用普通電法、高密度電法、瑞利波法、地質(zhì)雷達(dá)法中的一種或幾種結(jié)合分析,具體情況應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際和設(shè)計(jì)加固深度確定。超前地質(zhì)勘探應(yīng)利用探灌結(jié)合,選取生產(chǎn)孔總孔數(shù)的20 30%進(jìn)行先導(dǎo)勘探和注水試驗(yàn)或壓水試驗(yàn)?？傊?地質(zhì)核查的目的是進(jìn)一步探明巖溶發(fā)育情況和軟塑紅黏土分布范圍及厚度,以確定合理的巖溶地基處理相關(guān)參數(shù)、施工工藝及注漿效果檢測(cè)方法。5.2.2施工工藝5.2.2.1鉆孔(1土層鉆孔采用合金鉆頭,巖層鉆進(jìn)采用金剛石鉆頭。(2為防止射水鉆進(jìn)孔壁軟化致使套管同孔壁接觸不緊密且

8、泥皮封堵致使?jié){液難以注入,土層鉆進(jìn)一律采用干鉆或無(wú)水反循環(huán),當(dāng)遇碎石夾層或其它異常情況難以鉆進(jìn)、鉆頭嚴(yán)重發(fā)燙時(shí),可從鉆芯少量射水鉆進(jìn)。進(jìn)入巖層后,采用射水法鉆進(jìn)。土層鉆進(jìn)取芯率必須達(dá)到90 %以上,巖層鉆進(jìn)取芯率必須達(dá)到80%以上且溶洞充填物必須取出,并能準(zhǔn)確判斷溶洞填充情況。(3硬塑土層鉆孔采用91鉆頭開(kāi)孔,108注漿套管跟進(jìn)直至軟(流塑土層頂部以上1m,然后向下鉆進(jìn)1m,注漿1m,套管跟進(jìn)1m,周而復(fù)始直至巖面。(4巖層鉆孔采用91鉆頭鉆進(jìn),鉆入基巖深度不小于6.0m,若鉆進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)巖溶,則須保證進(jìn)入巖石深度不小于6.0m外,還需保證進(jìn)入溶洞底板深度不小于1.0m,注漿套管嵌入基巖深度不

9、小于0.2m。(5鉆孔過(guò)程中,應(yīng)及時(shí)填寫(xiě)鉆孔記錄,土層、石灰?guī)r應(yīng)整齊、有序保存好鉆孔取出的巖芯并標(biāo)識(shí),土體鉆進(jìn)過(guò)程中,須準(zhǔn)確判斷、記錄土體物理狀態(tài)。(6土體物理狀態(tài)的界定:每個(gè)工點(diǎn)開(kāi)工前,應(yīng)選擇有代表性的土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),依據(jù)鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程(TB10102-2004對(duì)土體W、WL、WP進(jìn)行測(cè)定并計(jì)算IP、IL,并根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(TBJ2-96對(duì)黏性土體稠度狀態(tài)進(jìn)行界定,并根據(jù)界定結(jié)果確定野外識(shí)別的基本經(jīng)驗(yàn)。野外對(duì)土體稠度狀態(tài)的識(shí)別可采用經(jīng)驗(yàn)識(shí)別法。對(duì)原生紅黏土而言,一般情況下,削掉芯樣表面1-2cm后,若中指難以按入即可判為硬塑狀態(tài),反之可判定為軟塑狀態(tài)。但對(duì)次生紅黏土而言,由于在

10、漫長(zhǎng)的地質(zhì)搬遷過(guò)程中,可能混入較多的碎石等,野外判別時(shí)應(yīng)注意選取無(wú)碎石的區(qū)域,以免造成土體稠度狀態(tài)判定錯(cuò)誤。5.2.2.2 注漿(1注漿材料注漿用的水泥采用普通硅酸巖水泥,水泥標(biāo)號(hào)為PO32.5。水泥應(yīng)保持新鮮,一般不應(yīng)超過(guò)出廠日期三個(gè)月,受潮結(jié)塊不得使用,水泥的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合客專驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。水玻璃采用3543Be,模數(shù)在2.43.0,砂和粉煤灰均應(yīng)符合現(xiàn)行客專標(biāo)準(zhǔn)。 純水泥漿:水灰比W/C=0.81.2,根據(jù)先導(dǎo)孔、本孔鉆進(jìn)揭示的石灰?guī)r裂隙、溶洞及土體情況決定起始水灰比,并根據(jù)吸漿量隨時(shí)調(diào)整水灰比。通常情況下,水灰比應(yīng)是由稀變濃。水灰比的測(cè)定采用比重計(jì)法,施工前,分別調(diào)制W/C=0.8、0.9

11、、1.0、1.1、1.2的水泥漿,分別測(cè)定并記錄其比重,作為今后控制水灰比的依據(jù)。水灰比W/C<0.40的水泥漿用于鋼筋籠下放后,孔內(nèi)填漿。 水泥砂漿:水:水泥:砂=0.6:1.0:1.0,用于填充較少的溶洞在初次純水泥漿快速加注后對(duì)巖溶孔填充。水泥水玻璃漿:當(dāng)?shù)乇砻皾{、漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)或巖溶連續(xù)注漿15t 水泥仍不見(jiàn)壓力上漲及基巖面以上土層最后一次注漿封堵,水玻璃摻量按水泥用量的35%?？卓诠鼙谥車舛虏捎盟嗨Ａ{,封堵深度、范圍及水玻璃摻量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定。(2土層注漿 在軟塑土層上1.0m處開(kāi)始注漿。軟塑土層中,每鉆進(jìn)1m,注漿一次,下注漿導(dǎo)管(1081m。然后清孔后鉆進(jìn)1m,

12、再注漿1m,再下注漿導(dǎo)管1m,如此反復(fù)直至基巖面,并嵌入基巖面以下不小于0.2m。注漿管采用護(hù)壁導(dǎo)管(108,直接從孔口注漿,下注漿導(dǎo)管時(shí),必須采用棉紗或干海帶緊纏導(dǎo)管3m以上,并用水泥水玻璃漿封堵孔口,確保導(dǎo)管同孔洞周圍無(wú)間隙。 若土層鉆進(jìn)過(guò)程中未見(jiàn)軟塑土層,則將注漿導(dǎo)管下口砸至巖面以上3.0m,直接注漿,形成水平帷幕。 土層注漿壓力一般0.30.5Mpa,最大壓力1.5Mpa,施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)注漿情況調(diào)整注漿壓力。 應(yīng)保證先線路外側(cè),后線路內(nèi)側(cè)的鉆孔、注漿原則,并跳孔施工。土層注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn): 延米注漿量達(dá)到300350L,即可進(jìn)入下一輪注漿; 注漿壓力逐步增大,當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.0Mpa,

13、注漿量明顯減少并持續(xù)30min,可終止注漿進(jìn)入下一輪注漿。當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.5Mpa 即可停壓。 注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)冒漿可暫停注漿,孔口封堵后繼續(xù)注漿,應(yīng)減少壓力或加大注漿濃度。當(dāng)采取上述措施仍冒漿,可暫停注漿,但臨孔注漿應(yīng)予以加強(qiáng)。(3巖(層溶注漿: 上部軟塑土注漿結(jié)束后,進(jìn)入巖層(溶鉆孔、清孔、注漿。 一般工作壓力0.30.5Mpa,最大壓力1.5Mpa,巖溶(層采用一次性從孔口注漿到位。注漿以單水泥漿為主,溶洞灌注水泥砂漿。地表冒漿或漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)時(shí),采用雙液注漿。 巖溶(層注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn): 注漿量小于20L/min,注漿壓力達(dá)到0.51.0Mpa,持續(xù)30min,可停止注漿; 巖石節(jié)理不發(fā)育,

14、當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.01.5Mpa,漿液難以進(jìn)入時(shí),可停止注漿。 單孔注漿量達(dá)到平均注漿量1.52.0倍以上,且注漿量明顯減少時(shí)。 冒漿點(diǎn)已出有效距離35m時(shí)。5.2.2.3 跟管及拔管(1跟管:土層鉆進(jìn)過(guò)程中采用108地質(zhì)管跟管鉆進(jìn),為便于套管的打入和拔出,套管長(zhǎng)度應(yīng)盡量1m一節(jié),且管壁厚度應(yīng)不小于6mm,以便于內(nèi)外攻絲連接。跟管鉆進(jìn)時(shí),應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、地下水位高度確定套管口距離鉆頭的最大距離,一般情況下,其間距不宜大于2.0m。吊錘重量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況確定,吊錘的使用原則為:勤打錘、低落錘、錘心準(zhǔn)。(2拔管:整孔注漿結(jié)束后將套管下口提至軟塑土中,待微型鋼筋籠安裝完畢后邊換漿、邊拔管。拔

15、管采用鉆機(jī)卷?yè)P(yáng)帶動(dòng)吊錘反打與鉆機(jī)液壓同步頂進(jìn),若遇水泥漿液嚴(yán)重固結(jié)套管,應(yīng)采用100kg以上大吊錘向下錘擊套管,破壞管壁與孔壁的粘結(jié)后方可拔管。5.2.2.4 微型樁施工整孔注漿結(jié)束后,及時(shí)進(jìn)行清孔,將土層及巖面下0.2m范圍內(nèi)的雜物清除干凈,然后將焊接好的鋼筋籠連同注漿小導(dǎo)管(20放入基巖面以下0.2m,鋼筋籠頂至地面,多余切除。將M15水泥砂漿(水泥漿(W/C<0.40從下往上連續(xù)灌漿,并將注漿小導(dǎo)管上提,邊灌邊拔,直至地面。6 機(jī)具設(shè)備(見(jiàn)表1表1 機(jī)具設(shè)備序號(hào) 設(shè)備名稱 規(guī)格 單位 數(shù)量 主要用途1 地質(zhì)鉆機(jī) 100型 臺(tái) 3 地質(zhì)勘探、鉆進(jìn)成孔2 壓漿泵 BW200 臺(tái) 1 注

16、漿3 漿液攪拌機(jī) SM200 臺(tái) 1 攪拌漿液4 儲(chǔ)漿桶 1000L 個(gè) 1 儲(chǔ)備漿液5 高壓注漿管 25 m 150 注漿6 注漿套管 108*6 m 80 護(hù)壁、注漿用7 吊錘 60kg 個(gè) 1 打、拔管8 壓力表 5MPa 個(gè) 3 測(cè)定孔口注漿壓力9 流量計(jì) 水泥漿用個(gè) 3 測(cè)定注漿留量10 管閥 25 個(gè) 3 連接注漿管與套管11 扳手等工具 套 1 修理設(shè)備等7 勞動(dòng)力組織(見(jiàn)表2表2 勞動(dòng)力組織序號(hào) 工種名稱 工作內(nèi)容 數(shù)量 備注1 現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)工員 設(shè)備調(diào)度、工作安排、指揮 12 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員 處理鉆進(jìn)、注漿過(guò)程中的各種技術(shù)問(wèn)題 13 地質(zhì)記錄員 鉆孔、注漿記錄、描述 14 鉆機(jī)工 鉆孔

17、,清孔,打、拔管 65 注漿工 攪拌漿液、注漿等 36 電 工 設(shè)備接電、照明等 17 雜 工 清除泥漿、裝卸材料等 38 安全環(huán)保要求8.1 職業(yè)健康安全8.1.1非設(shè)備作業(yè)人員不得擅自觸動(dòng)設(shè)備的電器設(shè)備,工作結(jié)束后必須切斷電源,鎖閉電器箱柜門(mén)。8.1.2電器設(shè)備與供電線路絕緣性能應(yīng)安全可靠,電纜線路接口必須牢固,確保不漏電、透水,嚴(yán)禁電纜線在地上拖行。8.1.3 鉆機(jī)及三角架在施工中和移位時(shí)應(yīng)放置平穩(wěn)、牢固,防止傾斜倒塌。8.1.4 注漿泵必須安裝回漿閥,并保持暢通,拆除注漿管路時(shí),應(yīng)先打開(kāi)回漿閥,釋放壓力8.2 環(huán)境保護(hù)8.2.1開(kāi)工前,應(yīng)在注漿場(chǎng)區(qū)設(shè)置綜合給、排水系統(tǒng),路基應(yīng)設(shè)置橫向排

18、水坡,防止污水漫流。8.2.2 施工時(shí),保持現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范整潔,無(wú)用材料要及時(shí)收集整理歸位。8.2.3 凡施工作業(yè)生產(chǎn)的污水,必須控制污水流向,防止蔓延。并在合理位置設(shè)置沉淀池,經(jīng)沉淀后方可排出施工污水,嚴(yán)禁污染環(huán)境。8.2.4 注漿時(shí),密切注意周圍的池塘等情況,避免漏漿造成水污染。8.2.5 所有機(jī)械廢油回收利用或妥善處理,嚴(yán)禁隨意潑倒。嚴(yán)禁對(duì)魚(yú)塘造成污染。9 質(zhì)量要求9.1注漿孔應(yīng)嚴(yán)格測(cè)量定位,應(yīng)確保鉆孔傾斜不得大于1%,孔位偏差不得大于5cm。9.2 鉆孔、注漿必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)施工方案,未經(jīng)允許,不得更改,尤其是注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),必須嚴(yán)格執(zhí)行。9.3 認(rèn)真作好施工記錄,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上報(bào),注漿過(guò)程注

19、漿量的確認(rèn)最好采用自己記錄儀。9.4 注漿前后用電法(或面波法、雷達(dá)法在注漿前后的曲線變化進(jìn)行對(duì)比,檢驗(yàn)注漿效果;9.5注漿前后鉆孔注水試驗(yàn)的單位長(zhǎng)充吸水量對(duì)比,檢查巖溶注漿效果.一般注漿后單位吸水量應(yīng)小于注漿前吸水量的35%,且不存在明顯漏水現(xiàn)象;9.6鉆孔取芯及標(biāo)貫驗(yàn)證:9.6.1鉆孔檢查灰?guī)r基巖面以下巖芯,根據(jù)取芯漿液充填情況直觀判斷注漿效果;9.6.2灰?guī)r面以上軟塑層注漿前后的標(biāo)貫對(duì)比及取樣觀察物性及水泥含量,對(duì)比土體物理力學(xué)指標(biāo)變化;10 效益分析通過(guò)在武廣客專試驗(yàn)段路基加固施工中的應(yīng)用,大管徑逆序注漿工法基本形成了較為完善的施工工藝,注漿后對(duì)地層加固效果明顯。 從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐來(lái)看,該工法具有靈活、機(jī)動(dòng),機(jī)械簡(jiǎn)單,可大量機(jī)械同時(shí)進(jìn)行施工,在一定工期、一定數(shù)量的機(jī)械設(shè)備情況下,該工法具有較大的優(yōu)勢(shì),并且施工中機(jī)械型號(hào)單一,施工質(zhì)量容易得到保證。通過(guò)試驗(yàn)段的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐,注漿效果十分明顯,尤其是對(duì)軟土承載力的提高很大,完全達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的注漿效果,運(yùn)用該工法加固地基尤其是對(duì)路基工后沉降要求極為苛刻的高速鐵路,其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是十分明顯的。11 應(yīng)用實(shí)例在位于武漢市江夏區(qū)的武廣客專試驗(yàn)段中,應(yīng)用該工法對(duì)640m 巖溶地段共計(jì)11萬(wàn)米注漿孔進(jìn)行的地基加固,通過(guò)中科院武漢巖土研究所對(duì)注漿前后綜合檢測(cè),證明