巖體中軟弱破裂帶的灌漿加固技術(shù)

巖體中軟弱破裂帶的灌漿加固技術(shù)

直接加固變形巖體的脆弱性處理技術(shù)是根據(jù)變形巖體的脆弱性認(rèn)識制定的。在巖質(zhì)變形體中,在多數(shù)情況下,破裂帶是具有連續(xù)結(jié)構(gòu)面的粘土層或薄層粘土化的光滑面。但其上部滑體通常存在各種連通性好的裂縫,而且是地下水流向滑帶的通道,成為降低破裂帶抗剪強(qiáng)度的重要因素。因此,一般的巖質(zhì)變形破裂帶,可灌性比較好,當(dāng)灌入一定的水泥漿后,技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)性都比較好。顯然,水泥的顆粒較大,漿液呈懸浮狀,當(dāng)裂隙寬度<0.1mm時(shí),可能產(chǎn)生停滯受阻,影響擴(kuò)散半徑。但我們已完成的一些滑坡勘察資料表明:變形巖體中的裂隙多在0.5mm以上,軟弱破裂帶的裂隙一般為0.15mm以上,地下水滲透情況良好,因此,對軟弱破裂帶采用靜壓灌注普通水泥漿技術(shù),既可充填其裂縫,還能摻合其粘土類附膜或軟弱層,固結(jié)后將會(huì)大大改善破裂帶的抗剪強(qiáng)度及抗?jié)B透性。在土質(zhì)變形體破裂帶中,靜壓灌漿的效果不好,采用高壓旋噴注漿技術(shù),以水泥漿拌合破裂帶土體,形成地下固結(jié)體或連續(xù)擋墻,則可獲得滿意的效果。1高壓旋噴工藝抗剪性能滑坡勘察資料表明,變形巖(土)體軟弱破裂帶抗剪強(qiáng)度測試數(shù)據(jù)如表1。我們采用水泥漿液、高壓旋噴工藝在成都粘土層中灌注,取樣實(shí)測,不同水泥含量試樣的抗剪強(qiáng)度值如表2。通過上列對比,我們確認(rèn),采用灌漿固結(jié)改善軟弱破裂帶的力學(xué)性質(zhì),提高抗剪強(qiáng)度,能夠抑制滑體變形繼續(xù)產(chǎn)生,并隨著灌漿固結(jié)的體積增加和固結(jié)體強(qiáng)度增加,使滑體的變形逐步減慢,趨于穩(wěn)定。2調(diào)壓器上盤滑體由于靜壓注漿漿液擴(kuò)散半徑小,不適宜于土體,在巖體中除極少數(shù)滑體較完整外,多數(shù)滑體為松散體,在滑體中漿液流散消耗很大,而軟弱破裂帶的間隙相對較小,吸漿量偏少。因此,對軟弱破裂帶的灌漿處理,主要選用旋噴注漿工藝。2.1旋噴孔段操作用于巖體滑坡的軟弱破裂帶及部分松散滑體的固結(jié)。施工工序流程:先以干鉆為主成孔,鉆孔直徑一般為110mm。按設(shè)計(jì)要求,鉆孔入滑床完整巖石0.3～0.5m,旋噴孔段由孔底至孔深1m處。其工藝流程:鉆進(jìn)成孔→插入注漿管消除巖屑、排走孔內(nèi)泥漿→消除巖屑、排走孔內(nèi)泥漿→旋噴壓漿→拔出壓漿管→清洗工具→回填壓漿、注漿設(shè)備移位。主要工藝參數(shù):旋噴注漿施工前,應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,確定其技術(shù)參數(shù)。噴嘴直徑3mm,注漿壓力15～25MPa,注漿量42～72L/min;提升速度13～26cm/min;旋轉(zhuǎn)速度20r/min,水灰比0.67。2.2旋噴鉆具及主要工藝參數(shù)用于土質(zhì)滑坡的軟弱破裂帶及部分滑體固結(jié)。施工工序:鉆進(jìn)成孔→下放旋噴鉆具→試噴→高壓旋噴成樁→提出旋噴鉆具→清洗旋噴鉆具→旋噴機(jī)移到新孔位→旋噴鉆具下入新孔。各工序的具體要求:鉆孔直徑為75～150mm,深度達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)入基巖0.5m以上,保證鉆孔垂直。配用的水泥漿水灰比為1,并加入2%GM早強(qiáng)劑,部分樁摻入少量的粉煤灰。旋噴管要下至孔底進(jìn)行試噴,檢查風(fēng)、水、漿液管路是否暢通。旋噴成樁時(shí)要按試樁取得的參數(shù),由下而上邊旋轉(zhuǎn)噴射,邊提升旋噴管成樁,各樁進(jìn)行復(fù)噴。旋噴終了將旋噴鉆具(噴管)提出孔外,及時(shí)沖干凈。主要工藝參數(shù):清水,流量80～120L/min,噴嘴個(gè)數(shù)1～2個(gè),噴嘴直徑2～3mm,由于施工中要求樁徑>0.5m及土體強(qiáng)度不高,選用壓力應(yīng)>20MPa?？諝?流量1～2m3/min,噴嘴個(gè)數(shù)1～2個(gè),噴嘴間隙1～2mm,壓力0.7MPa。水泥漿,流量80～120L/min,噴嘴個(gè)數(shù)1～2個(gè),噴嘴間隙8～14mm,壓力13～20MPa。提升速度,10～20cm/min。旋轉(zhuǎn)速度,25～35r/min。施工前應(yīng)先進(jìn)行試樁確定各工藝參數(shù),在施工同時(shí),應(yīng)進(jìn)行抽樣質(zhì)量檢查,其方法可采用開挖、鉆孔取樣、載荷試驗(yàn)等,進(jìn)行全過程監(jiān)控,及時(shí)調(diào)整。3績效評估3.1變形點(diǎn)裂縫觀測法變形體地面監(jiān)測方法主要有:GPS衛(wèi)星監(jiān)測方法(我們在成都龍泉驛紅砂坡滑坡及四川云陽寶塔滑坡采用此方法),地面排樁監(jiān)測法(儀器法),簡易地面變形點(diǎn)裂縫觀測法(鋼尺)等。3.2坡位、地形變化變形巖體地下監(jiān)測方法主要是通過鉆孔測斜儀對巖體地下的位移變形量監(jiān)測和地下水的監(jiān)測,監(jiān)測巖體中地下水的水位、水質(zhì)、水溫變化及變形巖體地下垂向不同深度的位移變形量,以確定其應(yīng)力集中部位和應(yīng)變最大位置及次級變形的各級深度,采用深部位移監(jiān)測滑坡的變形并尋找其主、次滑面,確定其滑坡性質(zhì)。我們在云陽寶塔滑坡和康定白土坎滑坡治理勘查中已成功運(yùn)用并取得很好的效果。對地下水的監(jiān)測也能使地下水與變形巖體破壞變形的關(guān)系更加明確。4變形巖體及其脆弱破裂帶的處理對變形巖體及其軟弱破裂帶應(yīng)用灌漿處理技術(shù),完成了多項(xiàng)滑坡治理工程,例舉如下。4.1成都長安垃圾填埋場1號滑動(dòng)及滑動(dòng)4.1.1.滑坡體及基巖該場系固體廢物衛(wèi)生處置場,是成都市重點(diǎn)興建工程之一。場內(nèi)興建運(yùn)送垃圾公路,在里程K4+76～K5+27路段,因人工填土堆載高5～6m及地下水的影響而誘發(fā)滑坡,滑坡復(fù)活蠕變處于活動(dòng)之中,嚴(yán)重影響場道的施工通行。對滑坡的勘察查明,滑坡體長91m,寬50m,厚度由南向北為2.20～10.53m,平均6m,體積約9000m3。主滑方向由北東向北西偏轉(zhuǎn),下滑推移距離1m,高度1.7m,造成路基條石?？插e(cuò)開1.5m,涵洞發(fā)生斷裂坍塌?；麦w物質(zhì)由第四系人工填土和殘坡積層構(gòu)成,表層結(jié)構(gòu)松散,孔隙發(fā)育,透水性強(qiáng)。上部殘坡積層粘土,呈硬塑—可塑狀;中部碎粒巖塊,風(fēng)化強(qiáng)烈,裂隙發(fā)育,充填粘土及泥巖,與泥質(zhì)粉砂巖之接觸面為滑動(dòng)帶?；瑒?dòng)帶之下的基巖呈微風(fēng)化狀態(tài),巖石完整?；瑤c巖層傾向一致。傾向80°～110°,傾角20°～30°。4.1.2滑拉裂滑坡根據(jù)滑坡規(guī)模、滑體厚度及現(xiàn)場地形條件,可知滑坡的形成機(jī)理為塑滑拉裂滑坡,并具滑體后部寬度大、前緣寬度小的特點(diǎn)。綜合整治工程除排水系統(tǒng)修筑、路堤邊坡及涵洞修復(fù)之外,主要措施是采用旋噴注漿固結(jié)滑坡后部的路基地段,滑坡前緣設(shè)置樁基組合抗滑樁擋墻。4.1.3主流膏體設(shè)計(jì)1路基填方滑帶固結(jié)面由于場道路段正處于滑坡后部位置,采用旋噴注漿法,通過水泥漿液與巖土體混合、速凝、早強(qiáng),可很快使路基填方部位的松散體與滑帶及滑床固結(jié),如圖1所示。其作用是:部分滑體與滑床、路基組合形成新的固結(jié)體,可減少滑坡的推移力,提高路基的承載力;封堵滑坡后緣裂縫,減少地表水滲入滑體內(nèi)部,可抑制滑坡蠕變,減少滑體的位移,改善抗滑樁的成孔安全條件和成孔質(zhì)量。2旋噴注漿孔施工工程采用單管旋噴注漿法施工,加固范圍為50m×8m,深度8～12m,旋噴孔呈梅花形布置,孔距1.5m,排距1.5m,共施工旋噴注漿孔137個(gè),累計(jì)進(jìn)尺1234.10m,灌注425號水泥176.3t,平均每米水泥耗量0.14t。3抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算單孔固結(jié)有效直徑0.6～0.8m,固結(jié)體的極限抗壓強(qiáng)度一般達(dá)到6～8MPa,抗剪強(qiáng)度C值168kpa,摩擦角φ值25.3°,固結(jié)體積達(dá)1000m3,可減少滑體后部下滑推力,使滑坡穩(wěn)定系數(shù)趨近1,滑體也趨于暫時(shí)穩(wěn)定。4.2實(shí)現(xiàn)鐵路軌道走廊走廊的護(hù)坡管理4.2.1天馬山滑坡圖7金堂滑坡位于達(dá)成鐵路金堂隧道口右側(cè),滑坡前緣為路基長拉溝,施工中因拉槽開挖,深達(dá)6～8m,形成臨空面,開挖棄土置于滑坡體上加載,雨季來臨在地下水和地表水的共同作用下,土體抗剪強(qiáng)度降低而誘發(fā)?；虑熬夐L170m,橫向?qū)捈s60m,外形呈圓椅狀,周界明顯,前緣凸起,滑舌推倒右側(cè)擋土墻后,局部地段已達(dá)左側(cè)擋土墻。土體局部呈軟塑—流塑狀。中后部有多條弧形裂縫和滑坡平臺,中部桔子林傾斜成“醉漢”林,后緣民房開裂成危房。滑坡表土潮濕,地下水位為0.5～2m?；绿幱诎l(fā)展破壞階段,后果嚴(yán)重。地質(zhì)勘察資料表明,該滑坡地處龍泉驛背斜西北部,出露基巖為白堊系下統(tǒng)天馬山組泥巖和泥質(zhì)粉砂巖互層,地層產(chǎn)狀傾向北。傾角8°～10°。上覆為第四系全新統(tǒng)成都粘土,自由膨脹率為40%～50%,厚度約8m。在成都粘土與基巖強(qiáng)化帶處具有明顯的軟弱滑面(帶),滑體順基巖面形成牽引式滑移,滑體量為62.4×104m3,如圖2所示。4.2.2擋土墻注漿施工金堂滑坡的治理,除結(jié)合滑坡面設(shè)置排水盲溝、滑體前緣修建重力式路塹擋土墻及墻背反濾層等工程措施綜合治理外,主要是采用旋噴注漿成樁加固滑坡滑動(dòng)帶,改善滑動(dòng)帶土體特性,提高抗剪強(qiáng)度,穩(wěn)定滑坡為主的工程措施。旋噴注漿設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括:1)采用水泥漿液,有效成樁直徑按0.5m設(shè)計(jì),樁體允許抗剪強(qiáng)度按170kPa設(shè)計(jì)(90天齡期)。2)注漿孔橫向布置10排,第1～3排按梅花形布置,第4～10排按網(wǎng)格點(diǎn)布置,間距1.2m,如圖3所示。3)為保證擋土墻基坑臨時(shí)開挖邊坡的穩(wěn)定和加固后滑體不沿注漿成樁頂部滑動(dòng),第1～3排全孔注漿,第4排注漿長度采用3m,第5～10排采用2m,底部至基巖內(nèi)0.5m。4)旋噴注漿設(shè)計(jì)參數(shù):漿液水灰比1;早強(qiáng)緩凝劑摻入量按水泥用量的2%計(jì);注漿壓力20MPa。5)設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求:注漿從兩端開始,成排施工。注漿施工前應(yīng)做現(xiàn)場試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù),選擇最佳施工工藝。注漿成樁直徑和長度是影響工程安全的主要因素,要求按樁底面以上2m范圍內(nèi)復(fù)噴2次。4.2.3錨樁支護(hù)施工后的質(zhì)量測試和滑坡治理的現(xiàn)場試驗(yàn)工程施工從1994年10月8日開始,至1995年1月18日全面結(jié)束。共施工導(dǎo)孔1008個(gè),進(jìn)尺5986m,旋噴成樁1008根,總長5901.28m,工程質(zhì)量良好。1)在滑坡前緣開挖檢查旋噴成樁2根,樁體實(shí)測直徑為0.5～0.7m,樁體垂直,無斷裂、凹陷及夾層。1995年3月18日,對1—57、2—106、1—29樁體進(jìn)行了物探檢查,檢查結(jié)果是旋噴樁樁體形成直徑約為0.6m,與樁周圍的土體結(jié)合緊密,質(zhì)量良好,單樁水平允許抗剪強(qiáng)度為195kPa以上。2)成樁后20天,在5根旋噴樁和樁外土層2處作動(dòng)力觸探,測試其承載力。結(jié)果證明,滑帶原土體承載力由基本值80～100kPa提高到400kPa左右。3)成樁后60天作鉆孔深度取樣試驗(yàn)共5組,測試結(jié)果是平均抗剪強(qiáng)度341MPa,為設(shè)計(jì)要求抗剪強(qiáng)度的2倍。內(nèi)摩擦角由20°提高到47°,平均抗壓強(qiáng)度2.5MPa,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4)滑坡治理是在動(dòng)態(tài)條件下施工的,為此,