《鐵路路基工程地基處理技術(shù)規(guī)程》巖溶采空區(qū)灌漿課件

1、巖溶、采空區(qū)灌漿 鐵路路基工程地基處理技術(shù)規(guī)程基礎(chǔ)研究2009年3月1、鐵路路基巖溶（采空區(qū)）處理技術(shù)研究目標(biāo)A,全面收集已有鐵路路基巖溶（采空區(qū)）災(zāi)害整治成功實例.B,提出路基巖溶災(zāi)害防治技術(shù)設(shè)計原理、方法.C,提出路基巖溶災(zāi)害防治施工的檢測標(biāo)準(zhǔn)。2、巖溶路基工程地質(zhì)評價 西南地區(qū)灰?guī)r廣泛分布，加之降水量豐富，巖溶特別發(fā)育。 鐵道部委托鐵道第二勘察設(shè)計院開展了鐵路沿線巖溶地面塌陷及防治技研究。 在貴昆鐵路、南昆鐵路、浙贛鐵路分宜車站、京滬鐵路的泰安車站等處進行了專門的巖溶地面塌陷的整治。 在全線勘察、設(shè)計階段也進行了專門的巖溶勘察、設(shè)計，如南昆鐵路。 2.1 巖溶發(fā)育程度與巖溶塌陷 巖溶發(fā)育

2、程度越高，路基巖溶塌陷越易產(chǎn)生。 以巖性鉆孔巖溶率巖溶發(fā)育形態(tài)連通性巖溶水的富存方式等作為巖溶發(fā)育程度的評價依據(jù)。2.2 地下水動態(tài)特征與巖溶塌陷 地下水越活躍的區(qū)域，巖溶塌陷越易發(fā)生。 地下水的活躍程度由以下因數(shù)進行描述： 1)，地下水位的位置。 2)，地下水位的波動幅度。 3)，地下水位的波動頻率。 4)，地表水入滲的集中程度。2.3 覆蓋層特征與巖溶塌陷 巖溶塌陷時土層、土洞情況巖溶塌陷的地表情況巖溶塌陷的地表情況巖溶地面塌陷機理過程圖鐵路沿線巖溶地面塌陷分布圖鐵路路基巖溶地面塌陷情況巖溶塌陷發(fā)生于各種成因類型和不同厚度的第四紀(jì)覆蓋層分布區(qū) 通過對湘桂鐵路沿線分析，發(fā)現(xiàn)：1)，以平原及谷

3、地的坡殘層和洪積層為最；2)，較老的洪積層（當(dāng)?shù)匾喾Q粘土泥礫層）次之；3)，一級階地及河床沖積層（Q4）發(fā)生數(shù)量最少。4)，土層厚度以10m以內(nèi)數(shù)量最多。 5)，在洪積、沖積、坡殘積等都可能發(fā)生。桂林市西區(qū)及臨桂一帶塌陷與覆蓋層性質(zhì)關(guān)系易遭潛蝕和液化的粉質(zhì)土、粘土均有利于塌陷坑的形成。 巖 性塌陷個數(shù)（個）面積（km2）塌陷密度（個/km2）粉質(zhì)土1288.7814.57含礫粉質(zhì)粘土181.4612.3粘土沖洪積373.4710.67坡殘積12814.428.88殘 積61.354.44砂礫石20.682.95覆蓋層的結(jié)構(gòu)與塌陷也有一定的關(guān)系，以混雜結(jié)構(gòu)及一元結(jié)構(gòu)抗塌性較弱。 覆蓋層結(jié)構(gòu)塌陷數(shù)

4、量（個）占比例(%)分布面積（km2）塌陷密度（個/km2）一元粘性土18858.918.0610.41二元粘砂礫268.22.998.69多元粉質(zhì)砂礫粘土154.72.057.33混雜粉質(zhì)粘質(zhì)礫砂石9028.26.2514.432.4 巖溶塌陷現(xiàn)狀分析 既有鐵路巖溶地面塌陷多集中在巖溶發(fā)育的東安、永歲、興安、靈川二塘地區(qū)，均屬巖溶發(fā)育中等強烈的地段，其中以靈川二塘區(qū)段最為嚴(yán)重，為厚層巨厚層狀純灰?guī)r分布的巖溶強烈發(fā)育區(qū)，地貌分區(qū)屬典型的全巖溶區(qū)。 1)、巖溶塌陷現(xiàn)狀地面塌陷多發(fā)生于強抽水期?；邮┕づ潘l(fā)生塌陷 。塌陷區(qū)覆蓋層厚度610m。全巖溶地層 。2）、塌陷因素分析（1）巖溶塌陷坑的特征

5、巖溶塌陷平面形態(tài)以圓形至橢圓形為主?？v剖面形態(tài)有壇狀、井狀、倒置漏斗狀，也有正漏斗狀、碟狀及不規(guī)則狀。 （2）巖溶塌陷的成因類型主要有兩類，即自然的巖溶塌陷和人為的巖溶塌陷。自然巖溶塌陷是指地質(zhì)作用下形成的塌陷。 人為巖溶塌陷是由于人為活動，如抽水、基坑排水、地面滲漏、蓄水及荷載、列車震動、爆破等一系列活動，加速了地下水的活動及改變土洞的自穩(wěn)條件，土洞擴大，土洞蓋層失穩(wěn)，從而促成巖溶塌陷的加速產(chǎn)生與發(fā)展。 巖溶塌陷點的成因類型 地區(qū)統(tǒng)計塌陷總數(shù)自然因素人為因素抽水列車震動其它荷載渠道滲漏桂林市區(qū)64203347-臨桂縣4624115-5靈川縣17143- 桂林市區(qū)自然巖溶塌陷占31%；在人為巖

6、溶塌陷的69%中抽水便占有52%。由此可見，在城鎮(zhèn)及人口密集中區(qū)以人為塌陷占優(yōu)，其中又以抽水引起的塌陷最為重要。 2.5 巖溶塌陷評價分區(qū)巖溶地面塌陷的分區(qū)評價模型:F=F1+F2+F3式中：F-巖溶地面塌陷發(fā)生程度評分。 巖溶發(fā)育程度評分值，最大值為40。評分因子有巖石可溶性分組、鉆孔巖溶率、剖面面巖溶率、地貌類型。覆蓋層評分值，最大分值為30。評分依據(jù)因子有厚度、性質(zhì)、組合結(jié)構(gòu)；-為巖溶水動力條件評分值，最大分值為30。評價因子有水位與基巖面的距離、水位漲幅、變動頻率。 湘桂線路基巖溶塌陷評價因子組合與評分 主要因數(shù)組合因素因素水平因素水平評分備注巖溶發(fā)育程度F140巖石可溶性10灰?guī)r巖組

7、10灰?guī)r白云巖巖組8白云巖巖組5泥質(zhì)灰?guī)r巖組3鉆孔見洞率或剖剖面巖溶率20鉆孔見洞率40%20 鉆孔見洞率率n=400%20n/40%剖面巖溶率15%20剖面巖溶率n=150%20n/15%地貌單元10孤峰峰林平原10峰叢谷地8丘陵谷地5緩丘谷地4緩丘平原3續(xù)上表覆蓋層特征F230厚度2015m20h=530m0.8（30-h）成因5沖洪積5坡殘積3其他2結(jié)構(gòu)2單一結(jié)構(gòu)2多元結(jié)構(gòu)1固結(jié)3松散3粘結(jié)2固結(jié)1續(xù)上表水動力條件F330水位部位10基巖面10土中5基巖中2波動頻率10抽水排水10暴雨8雨旱5水位變幅100.5m10h=0.50m10h/0.5根據(jù)巖溶地面塌陷發(fā)生程度，將巖溶地面塌陷分級

8、如下：根據(jù)F綜合評分值，將巖溶地面塌陷分級為 F70， 不易塌陷區(qū)；F =7189，易塌陷區(qū)；F 90，極易塌陷區(qū)。（1）極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評分值：F90，段落長17.5Km，主要為類巖組區(qū)，巖溶強烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性好，巖溶水流動的動力條件好，巖溶水位在基巖面波動，具備土粒運移條件和形成土洞的條件。（2）易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評分值：71F90，段落長61.5Km，主要為-類巖組區(qū)，巖溶中等-強烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性較好，有巖溶水流動的條件，巖溶水位在基巖面和土層波動，在巖溶水動力條件發(fā)生人為改變時，涉及

9、區(qū)域巖溶形態(tài)將具備土粒運移條件和形成土洞的條件。（3）不易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評分值：F70，段落長108.6Km，主要為和類巖組區(qū)，巖溶微弱弱發(fā)育-中等發(fā)育，巖溶形態(tài)的連通性不好，巖溶水流動緩慢，巖溶水位在基巖波動，不具備土粒運移條件和形成土洞的條件。3、路基巖溶治理方案（1）單個不穩(wěn)定巖溶形態(tài)整治：對不穩(wěn)定溶洞，埋深較淺，便于揭蓋則采取揭蓋回填水泥砂漿的辦法進行加固處理；埋深較深，則采取鉆孔注漿充填不穩(wěn)定溶洞的辦法加固處理。 （2）巖溶形態(tài)分區(qū)整治：在易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)內(nèi)對在巖溶水動力條件發(fā)生人為改變時，具備土粒運移條件和形成土洞的條件區(qū)域的巖溶形態(tài)。 分區(qū)采取鉆

10、孔充填注漿，充填注漿影響區(qū)域內(nèi)巖溶形態(tài)的辦法加固處理。 （3）巖溶地面塌陷誘發(fā)條件整治：在極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：巖溶強烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性好，巖溶水流動的動力條件好，巖溶水位在基巖面波動，具備土粒運移條件和形成土洞的條件。 針對巖溶地面塌陷誘發(fā)條件分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填土石界面附近巖溶形態(tài)、鉆孔滲透注漿封堵開口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體的辦法加固處理。 4、設(shè)計原則4.1 整治對象 極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)和易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)，沿線巖溶強烈發(fā)育裸露型巖溶區(qū)和已探明的覆蓋型巖溶區(qū)存在的不穩(wěn)定溶洞。4.2 整治寬度 整治寬度為新建鐵路路堤坡腳外2m，路塹側(cè)溝平臺，坡腳（塹

11、頂）外有巖溶形態(tài)危及邊坡穩(wěn)定時，適當(dāng)加大整治范圍。4.3 整治深度1、單個不穩(wěn)定巖溶形態(tài)處治深度1）淺層及開口型溶洞采取揭蓋回填M7.5漿砌片石或封閉措施。2）裸露型巖溶地面以下25m深度內(nèi)存在不穩(wěn)定溶洞的地段，有針對性的采取跨越、揭蓋回填、鉆孔充填措施。當(dāng)采取鉆孔充填時，鉆孔深度應(yīng)至溶洞底板以下2m，一般最大處理至路基面以下10m；對存在多層溶洞的，應(yīng)查明溶洞發(fā)育情況，計算分析安全的加固深度。3）易塌陷及極易塌陷區(qū)存在較大空溶洞、土洞時，應(yīng)按單個易塌巖溶形態(tài)處治思路進行揭蓋回填或鉆孔充填處理，填充料為砂、碎石（揭蓋回填為片石）。2、充填注漿、滲透注漿加固深度1）表層土厚度小于30m地段，以鉆

12、孔注漿充填基巖面下5m的巖溶形態(tài)，滲透注漿封閉土石界面的開口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體，形成水平向隔水帷幕；在加固深度范圍有溶洞時，則鉆孔注漿至溶洞底板以下2m。2）覆蓋層厚度大于30m時，一般情況下處理深度控制為30m，如在鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)覆蓋層中土洞較多，則繼續(xù)鉆進打穿覆蓋層至土石界面。 4.4 注漿孔布置1）對確定需要整治的單個不穩(wěn)定巖溶形態(tài)，在不穩(wěn)定巖溶形態(tài)的位置鉆孔充填骨料和充填注漿，據(jù)巖溶形態(tài)分布范圍布置施工鉆孔，布孔方式以達到充填目的整治依據(jù)，孔間距7-10m。2）分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填區(qū)域內(nèi)巖溶形態(tài)，在易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)的巖溶形態(tài)區(qū)，采取分序鉆孔充填注漿，采用兩序布置鉆孔

13、，序以7.0m正方形布置注漿孔，序在序孔間布孔，形成5.0m正方形布置注漿孔。3）分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填土石界面附近巖溶形態(tài)、鉆孔滲透注漿封堵開口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體，在極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)，采取分序鉆孔充填和滲透注漿，采用三序布置鉆孔，序孔在、序孔間以3.5m正方形布置注漿孔，、形成3.5m正方形布置注漿孔。注漿孔間距一般采用3.5m。5 主要設(shè)計參數(shù)1）注漿孔間距一般采用3.5-10m。2）水泥采用P.O.32.5水泥，水灰比一般為0.6:11:1。3）壓漿量 按所需充填巖溶孔隙的體積或壓密封閉的覆蓋土層的孔隙體積進行控制，注漿量計算參數(shù)為：充填半徑、裂隙率、損耗系數(shù)。 4）

14、為使?jié){液在地下能水平擴散，在砂土中，灌漿壓力宜選用0.20.5MPa；粘性土中，灌漿壓力宜選用0.20.3MPa。充填地下洞穴和空洞可采用自流灌漿。5）灌漿終注條件：在灌漿壓力表不小于0.20.5Mpa時，10分鐘持續(xù)灌漿量小于15L/min。 6）防止?jié){液不擴散過遠過深的措施充填粗骨料。主要灌砂，堵塞巖縫，縮小過水?dāng)嗝?，增加漿液流動阻力如遇較大溶洞，可灌入25mm粒徑的小礫石。水砂比以20:1至30:1為好。注濃漿或加粉煤灰。添加速凝劑。降低注漿壓力（孔口壓力在0.2MPa以下）間歇定量壓漿。一般間歇時間為46小時，一次的水泥漿用量以23m3為宜。6質(zhì)量檢測6.1檢測時間和目的一般質(zhì)量檢驗時

15、間應(yīng)在灌漿結(jié)束28d后進行。 針對以充填地下洞穴和空洞為目的灌漿施工，施工完成后，應(yīng)重新檢測地下洞穴和空洞的情況。 針對以阻斷地下水的活動為目的灌漿施工，施工完成后，應(yīng)重新檢測地層滲透和固結(jié)的情況。 6.2檢測方法灌漿處理對象檢測方法及適用條件檢測內(nèi)容檢測目的采空區(qū)鉆孔法波速測井法電磁波CT補注漿巖芯觀察孔內(nèi)彈性橫波空間采空洞充填是否有充填結(jié)實體結(jié)石體強度檢測充填率巖溶鉆孔法瞬態(tài)面波法（覆蓋層小于25m）電測深法（處理前后同時采用，兩者進行對比）壓水實驗電磁波CT空洞充填地層滲透率是否有充填結(jié)石體檢測充填率天然土洞及人防工程地質(zhì)雷達（空洞埋深小于10m）鉆孔法補注漿空洞充填巖芯觀察是否有充填結(jié)

16、石體檢測結(jié)實率軟弱滲透地基瞬態(tài)面波法（埋深小于25m）鉆孔法壓水實驗彈性橫波地層滲透率地層強度及變形模量是否提高地層滲透率是否下降6.3檢測工作量在施工過程中，加強自檢工作，視工程的重要性和巖溶形態(tài)，在灌漿孔間布置510%質(zhì)量自檢孔，且每個灌漿段落不得少于2孔。施工結(jié)束后，選10%的整治段落長，采用綜合勘探方法，對施工地段質(zhì)量進行全面檢查。6.4質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分區(qū)初步檢查時，可以用是否滿足下列條件之一，來初步判斷灌漿施工質(zhì)量是否符合要求、能否轉(zhuǎn)入下一區(qū)域的灌漿施工：（a）檢查孔巖芯可見多處水泥結(jié)石體，基本填滿可見縫隙，水泥結(jié)石體單軸抗壓強度0.3MPa，橫波波速160m/s。（b）壓水試驗測定的滲透

17、系數(shù)小于灌漿施工前的1/10。（c）檢查孔的單位吃漿量不超過周圍4孔單位平均吃漿量的15。（d）面波檢測速度參照d鐵路特殊路基設(shè)計規(guī)范（TB100352002）中12.1.5條。（e）采用電測深法進行注漿前后物探異常對比測試。第三方檢測時，采用電測深、瞬態(tài)面波法及電磁波CT等綜合物探方法，輔以鉆孔取芯、注水或灌漿實驗對灌漿施工質(zhì)量進行全面評價。6.5質(zhì)量評價1、以充填地下洞穴和空洞為目的灌漿施工，充填達到85%以上。2、以阻斷地下水的活動為目的灌漿施工，滲透系數(shù)降低85%以上。3、灌漿施工質(zhì)量檢測合格點數(shù)達到檢測總點數(shù)的80%，且不合格點數(shù)不集中分布、不合格指標(biāo)與合格標(biāo)準(zhǔn)的差值不大于合格標(biāo)準(zhǔn)的

18、40%，可以判定為灌漿施工質(zhì)量合格。4、竣工資料和工程驗收：灌漿工程竣工后，應(yīng)進行驗收。 6.6變形觀測高等級鐵路在灌漿段應(yīng)設(shè)沉降觀測系統(tǒng)。7、巖溶及采空區(qū)灌漿工程實踐基礎(chǔ)我院在上世紀(jì)八十年代就對巖溶工程問題進行了深入研究，并對成功的工程實例進行系統(tǒng)總結(jié)，開展了鐵路沿線巖溶地面塌陷及防治的研究，特別是在南昆鐵路、貴昆電化、浙贛縣分宜車站、京滬線太安車站等巖溶整治勘察、設(shè)計、施工總承項目中成功實踐，其工程經(jīng)驗和研究成果成為鐵路工程勘察和設(shè)計中巖溶規(guī)范的主要內(nèi)容 。8、參考文獻1）厚覆蓋型潛在巖溶塌陷及變形的處理技術(shù)與措施研究（階段性報告）-武廣客運專線韶關(guān)至花都路基地段厚覆蓋型巖溶塌陷預(yù)測與防治技術(shù)研究 中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司、西南交通大學(xué)二OO八年十二月 成都2）既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范（JGJ123-2000）3）鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程（TB100272001,J125-2001）4）鐵路特殊路