溶岩注浆技术.docx
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溶岩注浆技术
目录
1概述与含义1
1.1岩溶地貌介绍1
1.2岩溶注浆的含义1
2.岩溶注浆的原理2
2.1岩溶注浆的原理2
3.设计计算2
3.1钻孔密度的设计2
3.2钻孔深度的设计2
3.3斜孔的设计3
4.施工与工艺4
4.1岩溶注浆施工步骤:
4
五.施工效果检测6
5.1注浆的材料检测6
5.2.注浆的质量检测7
六.工程实例8
6.1工程概况8
6.2注浆设计情况8
6.3施工流程8
6.4.注浆施工控制9
7、参考文献10
地基加固与处理
——岩溶注浆技术
1概述与含义
1.1岩溶地貌介绍
在我国西南各省喀斯特地貌较为普遍,特别是云南、贵州、广西等地岩溶分布面积最广。
由于岩溶的地质作用,岩溶地基存在溶洞、土洞、塌陷、沟等不良地质现象。
这些不良地质现象常常引起岩溶地基地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏。
随着我国经济建设的发展,越来越多的工程兴建在岩溶地区,因此岩溶地基如何处理已成为一个突出的问题。
所以岩溶的各种加固处理技术受到人们的重视。
1.2岩溶注浆的含义
注浆作为现代建筑施工中经常采用的一种技术工艺,是通过钻孔施工向含水裂隙,空洞或不稳定底层内灌注水泥浆液或其它浆液等方式来堵水防渗、加固地层承载强度或降低地表下沉量的施工技术。
随着施工技术的不断研发与创新,注浆施工技术发展为充填式、劈裂式、渗透式、挤密式、静压式和高压喷射等多种形式的注浆技术工艺。
岩溶地质是指相关可溶性岩石在长期遭受含有二氧化碳成分的流水侵润溶蚀或沉积作用形成的各种岩溶地貌,其地质构造环境复杂多变,通常含有大量溶洞,石沟、石林、地下暗河等地况发育。
[1]
岩溶注浆就是在高压应力作用下,将具有固化硬结性能的混凝土浆液或其它化学浆液通过钻孔施工注入岩溶地质结构裂隙或岩溶空洞内部以及软塑黏土岩体孔隙中,以达到改善岩溶地质岩层物理力学性能的一种施工技术。
岩溶地区的可溶性岩石具有透水性,水文体系动态性变化复杂,环境土质和水质通常具有较强的侵蚀性,溶洞充填物多为松散软塑状物,地质岩溶发育程度不尽相同。
[2]
2.岩溶注浆的原理
2.1岩溶注浆的原理
岩溶注浆的注浆机理是通过高压注浆原理填充岩溶溶洞及岩溶裂隙,封闭岩土界面,形成隔水帷幕,消除或减少地下水渗流量,降低岩溶地质岩土渗透性及孔隙水压力,改善岩溶充填物的力学性质,提高岩溶土层结构的抗渗变形能力,从而大大减少地下水位波动对土石界面上部土体的侵蚀能力,通过灌注浆液充填凝固后,增强岩溶土层的刚性强度性能。
3.设计计算
3.1钻孔密度的设计
以下以溶岩地貌的路基的设计来讨论设计计算过程。
岩溶发育的复杂性及不均匀性,导致岩溶的实际分布、空间形态及发育特征很难确定。
因此,一般情况下,注浆孔均采用均匀布置,注浆布孔原则如下:
①钻孔密度适当,控制在30一50m2/孔为宜。
钻孔过密,浆液串孔严重,注浆相互干扰达不到质量提高的目的和良好的效果,同时大大增加了钻探的工程数量。
②注浆孔距、排距应小于浆液扩散半径,并应相互搭接。
根据相关资料,在这种岩土环境下,注浆影响较常见的距离为8m左右,钻孔过稀易造成注浆空白区,遗漏岩溶“天窗”。
考虑注浆的相互搭接,孔距宜6.0一7.5m左右。
③当钻孔密度受各种外界条件限制难以达到合理密度时,可采用增加斜孔设计;增长钻孔注浆段长度;改善注浆工艺等手段达到注浆质量要求。
3.2钻孔深度的设计
根据路基病害成因及注浆机理,钻孔深度的设计原则如下:
①钻孔必须钻入基岩(灰岩)面以下,以岩溶发育标高作为设计孔深的依据,原则上钻孔要遇到岩溶通道。
②钻孔在土石界面以下灰岩段不少于5m,未遇岩溶通道应加深2一3m。
3.3斜孔的设计
根据相关资料,在岩溶路基病害处理中斜孔的注浆效果较直孔好。
斜孔设计倾向宜垂直线路走向。
①计算(此计算式为路基计算)
tgα=(H+h)/S
α=arctg(H+h)/S
式中:
α—钻孔倾角;
H—路堤高度,
h—第四系松散土层厚度或第一层溶洞深度,
s—孔位至线路中线的垂直距离。
②注浆量计算公式
注浆量计算常采用经验数据法、工程地质比拟法、浆液均匀扩散的单孔注浆计算法等三种方法。
鉴于岩溶的不均一性,重点介绍整体计算法,计算公如下。
P=V×β×α/m
其中:
V=A×L×η
式中:
p—注浆折合水泥重量。
V一岩溶注浆体积,m3;
β—岩溶中水泥结石充填系数,按水平帷幕考虑,空洞β=1,充填溶洞β=0.7~0.2;
α—浆液损失系数,1.1一1.2;
m—水泥结石率,指h水泥制成水泥浆后结石的体积为0.6一0.9;
A—注浆控制面积,
L—注浆段长度,m,应考虑土石界面处土层厚0.5m;
η—岩溶率或土层裂隙率。
③注浆计算参数的选择与确定:
a.注浆控制面积(A)的计算原则。
注浆控制面积是注浆量计算的重要数据。
A=线路长度×注浆宽度B
注浆宽度B的确定。
路堤:
与路堤填高关系密切,计算至坡脚外2m。
路堑:
一般可采用中线两侧各8m,或侧沟外4m,或挡墙顶外2-3m。
b.注浆段长度L。
灰岩段一般采用5-8m,另考虑土石交界面处土层加固厚度,平均按0.5m计。
c.岩溶率η。
由于何种岩溶率难以准确得出,目前一般采用线性岩溶率。
d.浆液损失系数α。
当注浆加固范围(面积)较大时,特别是宽度较大,损失系数可取1.05,甚至1.10。
当注浆加固范围(面积)较小时,宽度较窄或岩溶极发育时,损失系数取1.20。
e.浆液充填系数β。
当溶洞无充填物时,充填系数为1。
当岩溶充填率越高时,“水平帷幕”机理,充填系数随之降低:
该系数有待进一步总结、调整和完善
f.水泥结石率。
根据试验,1吨水泥制成水灰比1:
1的水泥浆,其结石率近于1m3时,但由于岩溶中注浆充填物具有过滤作用,水分流失,因此浆液水灰比降低,结石率明显降低,所以水泥结石率一般采用0.6-0.7。
路基岩溶塌陷注浆设计的工程数量往往与施工实际存在一定的误差,这种误差的存在有岩溶率选用、勘探精度和注浆参数合理选择等理论上的误差,也有施工不到位,注浆技术、工艺没掌握,甚至指导思想上的施工误差,因此需要在注浆工程实践中进一步总结提高。
[3]
4.施工与工艺
4.1岩溶注浆施工步骤:
(1).施工前应做好各项准备工作:
1、了解设计图纸及设计说明,绘制钻孔施工图;2、进行施工场地布置;3、使场地平整压实;4、开挖临时排水沟;5、修建施工用水水池,搭建水泥等材料工棚;6、开挖水泥浆池;7、钻机安装;8、压浆泵系统组装;9、施工场地测放孔位(钻孔应统一编号,并注明施工先后次序)
(2).钻孔
岩溶注浆钻探,一般按探灌结合顺序施工的原则,分段分序钻探,通过钻探,进一步了解、核实施工场地的地质情况,尤其是岩溶发育程度及其埋深度,记录和设计注浆各项参数,如注浆段的长度及其埋深,地下水稳定水位标高及单位吸浆量的大小等。
(3).清洗钻孔
对溶洞、溶蚀破碎带发育,冲洗时不返水的钻孔,要求流量不小于泵送额定流量的80%,冲洗时间不少于10min。
直到水变清结束清洗钻孔。
(4).压水试验
压水试验是一种测定地层渗透性的渗透试验方法。
它是利用水柱的自重压力或是机械(泵)压力,使水压入钻孔四周的裂隙中,并以一定时间单位内有多少水渗入来表示岩石的渗透性。
压水实验的方法很多种,例如吕荣压水实验等。
(5).注浆
由于岩溶地层地质条件的复杂性,岩溶注浆施工平面顺序应遵循逐渐加密法,分次序进行。
注浆方法最好采用自上而下分段的循环注浆法,以保证施工质量与进度。
在岩溶发育、岩石破碎、渗漏量大的地区,注浆段长应适当缩短。
在岩溶地层注浆时,很多时候,裂隙或溶洞内的充填物是无法清除的,这时,为了使浆液与充填物结合紧密,并压密充填物,以确保注浆质量,一般在不导致岩石破坏和岩层抬动的条件下,尽可能地采用高注浆压力。
若以加固地基为目的的注浆,则应尽量将黏土清除干净。
一般在地表或者埋藏较浅的溶洞,尽量采用开挖、回填的方法处理。
若溶洞埋藏较深,则可采用气水高压冲洗的方法,清除充填物后,再注浆;必要时还可钻大口径钻孔或采用高压喷射注浆方法进行处理。
特别地,大溶洞、大裂隙的注浆施工时,对这类地层,一般采用的注浆原则是先封堵回填,再注密实。
当溶洞较大时,先填满填充物然后再灌入水泥浆使其填满,待冷一段时间后再在此位置打孔,再次注浆。
注浆施工图
五.施工效果检测
5.1注浆的材料检测
①施工中应经常抽检浆液的配比及主要性能指标,注浆过程中的压力控制、注浆的顺序等。
②注浆施工结束后,应钻孔检查溶洞是否填满,破碎带是否填充密实,检查孔数为总量的2%~5%,不合格率不小于20%时应进行二次注浆,检验应在注浆结束后7d进行(具体抽检数量及时间间隔根据现场实际情况结合监理工程师的指示确定)。
注浆处理检验标注表
③本工程地基注浆处理的检验标准应符合表规定。
项目
序号
检查项目
允许偏差
检查方法
主控项目
1
原材料
检验
查产品合格证书和抽样送检
抽样送检
一
般
项
目
2
各种注浆材料称量误差%
抽查
3
注浆孔位
用钢尺量
4
注浆孔深
量测注浆管长度
5
注浆压力
检查压力表读数
注:
空白处根据不同的工程填备。
5.2.注浆的质量检测
地基岩溶注浆整治效果的检测方法与评价,目前国内暂时没有统一的标准,常用的质量检测方法有:
钻孔取芯法、压水试验、物探检测法(其含电测探法、声波检测法、瞬态面波法、电磁波CT法等)。
每种方法均有利有弊,存在一定局限性,因此采用几种方法结合起来综合评价较为准确且相对简单。
比如采用电测探、瞬态面波法及电磁波CT等综合物探方法,辅以钻孔取芯、压注水试验,对注浆施工前后物性参数变化进行对比,根据注浆加固的目的和地层所能达到效果的反应等,来综合评价判定地基岩溶注浆整治质量。
接下来简单介绍下压注水试验的质量检测。
压水试验检测注浆效果是对注浆质量进行检测最直接的一种方法,通过注浆前后的压水试验对比,分析注浆前后的单位体积吸水率大小以及是否满足规范要求等,判定注浆充填密实程度,再综合其他检测方法进行验证,最后经综合分析得出结论。
具体方法为在注浆孔间布置质量检测钻孔,孔数为注浆孔总数的2%,且每个注浆段落不得少于2孔,压水试验具体方法参照《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SL 31-2003)执行,测定的渗透系数小于注浆施工前的1/10,视注浆施工合格
注浆前后,同时采用压水试验进行注浆效果检查,根据质量检验结果,结合施工过程资料,对注浆效果作出评价。
压水试验钻孔检测完成后仍要进行注浆。
单位吸水率计算公式:
ω=Q/L×P。
式中:
ω为单位吸水率(L/(min·m·m));
Q为流量(L/min);
L为试验孔段长度(封孔后岩石层长度-0.5m);
P为压力,以水柱高度m计算。
注浆前压水试验和注浆后压水试验应进行对比,压水试验孔不少于3%,且每个工点压水试验孔不少于2孔。
当注浆后吸水量小于注浆前吸水量的3%~5%,或注浆后岩土体单位吸水量ω满足表1中要求视为合格。
[4]
六.工程实例
6.1工程概况
武汉至广州铁路客运专线起于武汉枢纽南端乌龙泉,南至广州枢纽北端花都,线路全长874.406km,跨越湖北、湖南、广东三省。
武广客运专线工程XXTJII标段(DK1354+848.95~DK1355+380)位于湖南省临湘市境内,岩溶注浆路基全长531.05m;该区范围内线路穿越丘陵,地形略有起伏,局部平坦、开阔,地表为Q4e1+d1黏土,棕黄色,下伏基岩为灰岩,深灰
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