岩溶路基注浆加固工艺试验总结教学提纲.doc

岩溶路基注浆加固工艺试验总结

精品文档

新建铁路
鲁南高速铁路临沂至曲阜段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有限公司
鲁南高铁LQTJ-3标项目经理部
二○一七年三月

目录
1、 编制依据 2
2、 工程概况 2
2.1地质概况: 2
2.2先导孔施工地点 ： 2
2.3重要性： 2
3、试验目的 2
4、工艺试验段及试验参数的初步选定 3
5、 施工安排 4
5.1 参加施工人员进场情况 4
5.2 投入试验施工的机械设备 4
5.3 测量、检测仪器设备的配备 4
6、料源选择及施工准备 5
6.1水泥选择和室内试验 5
6.2技术指标 5
7、注浆处理试验施工 5
7.1、施工准备 5
7.2 施工方法 5
8、试验分析 10
8.1注水试验注浆效果分析 10
8.2先导孔注浆配合比试验  11
8.3注浆试验  11
8.4结论 12
9、质量控制要点 13

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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）相关施工规范、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，仅在雨季时沟渠内形成季节性水流。本段地下水类型主要为岩溶裂隙水，埋藏深，在勘察期间、勘察深度范围内未揭露。
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3-1 LQTJ-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
1354.42
1210
14488
6035

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、注浆范围：
（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，人员名单及相关资料见表一。
（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
姓名
文化程度
职称
职务
1
姜维亮
本科
高级工程师
技术主管
2
张玮
本科
工程师
技术主管
3
邹恒峰
本科
助理工程师
技术员
4
陈泰合
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
Flash RES 64
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水泥选择和室内试验
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。
经设计规范要求及试验检测，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，并做好场地内的排水系统。
（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。
在确定注浆管内无阻塞物后，即可进行注浆管安装。把管子插入孔内，再将管顶入孔内到设计要求深度，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；注浆已超出有效范围或整治范围，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内备用。将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆池内。
（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，后内排、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，确保孔内密实。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，填写规范齐全。
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，冒浆点在路基范围之外3~5m时，可视路基范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（实验室内））。
岩溶注浆浆液配合比试验记录（实验室内）
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范围内取芯，
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200~400 Kpa，
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）冒浆点已出注浆范围外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）冒浆点已出注浆范围外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范要求，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。