浅层埋藏型岩溶地基加固处理施工工法.doc

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浅层埋藏型岩溶“填充+水泥土墩柱”处理施工工法

中铁二局股份有限公司城通公司

1.前言

在城市轨道工程施工中，会碰到各种各样的地质条件,不可避免地要在岩溶地区穿过，但岩溶对结构稳定性特别是基础施工影响较大，因此须妥善处理岩溶问题，保证地铁隧道工程施工安全和结构永久安全。

溶洞指石灰岩和炭质灰岩地层，在水体侵蚀、溶蚀作用下形成的岩溶现象。

土洞是埋藏在岩溶地区可溶性岩层上覆土层内的空洞。

广州市轨道交通二八号线延长线工程13标，线路经过区域岩溶发育，揭露的岩溶类型是埋藏型岩溶，表现为溶洞及土洞，发育深度主要在20~30m。

因大多岩溶洞体顶板厚度小、高度大，且充填不好，在受到外力作用情况下，可造成顶板塌落，地面发生塌陷，对于结构稳定性和桩基施工影响较大。

中铁二局股份有限公司联合设计单位开展了科技创新，取得了“填充+水泥土墩柱”的岩溶处理新成果，形成了浅埋溶洞、土洞处理新颖的施工工法。

由于在加固地层，确保结构安全方面效果明显，技术先进，故有明显的社会效益和经济效益。

2.工法特点

2.1岩溶处理采用“填充+水泥土墩柱”的方法，处理目的是对已发现浅埋溶洞、土洞进行充填，增强基底的强度，并预防新的土洞的形成，保证地铁施工和运营期间的安全。

2.2采用地面预加固的处理方法，对已探明的溶（土）洞通过地面钻孔进行灌浆加固和密实填充。

通过搅拌桩或旋喷桩土墩柱在基底形成隔水墙，分割基底为一定面积的方形墩体，以阻止基底水的流动、新土洞的形成及未发现和未得到处理的土洞发展，提高基底的强度。

2.3适时利用抽芯、标贯等检测数据分析指导施工，动态修正施工方法确保施工质量。

3.适用范围

城市地铁浅层埋藏型岩溶地质地区的溶洞、土洞加固处理。

4.工艺原理

4.1溶洞处理工艺原理

采用静压灌浆法，回填砂及碎石等施工方法进行溶洞压密加固处理。

对需要处理的溶洞按充填情况可分为：

全填充、半填充、未填充三种类型。

全填充溶洞通过高压注浆，使填充物被压溃、劈裂、挤压、水化、置换等物理填充作用，达到封堵溶缝隔绝水源，并将填充物转变为具有一定强度的结石体或硬素土。

当溶洞高度大于2.0m且少填充或未填充时采用吹砂（水泥砂浆灌注）+静压灌浆法。

当溶洞高度小于2.0m，且半填充或未填充时，直接用水泥浆充填密实。

溶洞处理前先对周边钻孔注双液浆，使溶洞处理边界形成止浆墙，然后在止浆墙内注射单液浆进行溶洞充填处理。

4.2地基加固水泥土墩柱工艺原理

使用水泥搅拌桩（旋喷桩）将隧道下的土体进行分段加固，在基底形成隔水墙，分割基底为一定面积的方形墩体，以阻止基底水的流动、新土洞的形成及未发现和未得到处理的土洞发展，提高基底的强度，通过加固保证地铁施工和运营期间的行车安全。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

溶洞处理及地基加固顺序：

钻孔（勘探土溶洞边界）→吹填砂→袖阀管注浆（止浆帷幕双液浆）→袖阀管注单液浆→地基加固水泥土墩柱施工→检测

吹填沙

地基加固土墩柱

检测合格

测量放线

钻孔

浇注套壳料

安置袖阀管

注浆作业

第一段注浆达到要求

注第二段

……

所有达到要求

结束注浆

补浆

配置浆液

监控测量

图5.1-1溶洞处理及地基加固工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1钻孔（勘探溶土洞边界）

1、依据原勘察发现溶（土）洞的地质钻探孔，沿隧道中线前进及其垂直方向按2m×2m布孔探测边界，隧道中线纵向须探测到溶（土）洞边界为止，隧道中线横向探测至隧道主体结构外侧3m范围，以此圈定此溶（土）洞的分布及处理范围，具体探测孔位如图所示。

2、溶洞处理原则：

只对在结构边外3m和隧道底以下10m内的溶洞进行处理，在结构宽度范围内发现的所有土洞都需处理。

溶洞处理与否与隧道关系图如下：

5.2.2吹填砂施工

投砂处理的方法是在原勘察孔附近（约60cm）补钻两个Φ200mm（下注砂套管Φ200mm）的投砂孔进行投砂，投砂时以原勘察孔作为出气孔，也可利用两投砂孔相互作为出气孔。

⑴施工参数

投砂处理时在原钻孔附近（约0.6m）补钻两个投砂孔，两投砂孔中心与原钻孔中心需在同一连线上（每个洞最少不得少于2个孔）。

钻孔Φ200mm（套管Φ200mm）；孔深：

至洞体顶板下0.5m；

⑵充填砂

下Φ200mm套管（投料管），下至溶洞顶面，在地面用夹具固定。

安装弯接头、密封环，在弯接头连接空压机，吹砂充填溶洞。

5.2.3袖阀管注浆（双液浆、单液浆）施工

5.2.3.1注浆参数表

注浆孔采用地质钻机成孔，按地质情况计算搭配好袖阀管实管和花管段。

花管段套壳料封孔，实管段用1：

1水泥浆封孔，封孔2天后下注浆管进行注浆。

根据注浆材料及地质条件，结合类似工程的施工经验，选用下表所示注浆参数，在施工中采用先试后作的原则，通过试注浆对各项参数进行修正。

表5.2.3.1-1袖阀管注浆参数表:

分类

项目

参数

成孔

孔距×排距

2m×2m

孔径

91mm

孔深

溶洞底下0.5m

下袖阀管

套壳料配合比

水泥：

粘土：

水=1：

1.5:

1.88

袖阀管长度

顶板上1m～底板下0.5m为花管，其余为实管

固管止浆液配合比

水泥浆，W：

C=1：

1

注浆

扩散半径

1.5m

浆液配合比

单液浆：

水泥浆，W：

C=1：

1～1：

1.5；双液浆：

水泥：

水：

水玻璃=1：

1.38:

0.29（质量比）。

具体情况根据现场试验确定。

开环压力

0.3MPa

注浆压力

周边孔（双液浆）：

0.6～0.8Mpa；

中央孔（单液浆）：

0.8～1.0MPa；

注浆次数

周边孔3～4次，中央孔4次

注浆速度

30～70L/min

终灌标准

达到终浆压力1.0MPa并继续稳压10min以上

5.2.3.3施工步骤

⑴测量放线：

根据设计图纸和超前钻探资料在地表放出注浆孔孔位，并用木桩或竹片做好孔位标识，要求孔位偏差＜1cm。

⑵钻孔：

按照测量放线定出的孔位进行钻孔，钻孔过程中采用循环泥浆护壁保护成孔。

在钻好的孔内下管浇注套壳料，起固管作用。

⑶安置注浆管：

根据设计注浆要求，在溶（土）洞顶板1m以上安放实管，以下安放花管。

⑷水泥浆浆液配制：

根据欲配制浆液体积，按水灰比计算出所需的普通水泥和水的用量，将计算好的水加入搅拌桶（提前在搅拌桶内作好水位线），边搅拌边加入计算好的水泥用量，搅拌均匀后倒入储浆桶内备用。

⑸灌浆：

待套壳料养护2天后进行开环。

开环时注水进行试验，以检查注浆管路是否正常和判断地层的吸浆能力等，并防止堵管，灌浆量采用流量计进行计量。

注浆方式采用后退式分段注浆工艺，即在注浆带内由孔底自下而上进行注浆，每次注浆段长度为0.3m，注完第一注浆段后，上提注浆芯管，进行第二段的注浆；

注浆过程中作好注浆施工记录表，注浆孔的注浆工作情况及注浆工序作业时间。

⑹注浆顺序：

先进行周边孔双液浆的施工，在溶洞处理边界形成止浆墙，有效防止浆液流失，双液浆间隔注射。

待周边孔止浆帷幕完成后，再进行中央孔单液注浆，进而达到溶洞处理的要求。

单液浆注浆顺序分一序孔、二序孔跳段、间隔、反复注浆，每次停止灌注时，用清水清洗管路，以预防堵管。

⑺袖阀管注浆的工艺优点：

①可根据需要灌注任何一个注浆孔和注浆段，可以进行重复灌浆，中途可以停止。

②注浆压力相对较小，一般0.2~1.0MPa,注浆量30~70L/min，灌浆时冒浆和串浆的可能性较小,一般不会破坏原有地层结构。

③浆液主要以渗透形式进入充填物孔（空）隙中，可以起到填充裂缝和固结土体的效果。

5.2.4地基加固土墩柱

区间土墩柱平面布置原则：

土墩柱沿隧道纵向长10m间隔布置、墩柱中心距离为20m；隧道横向宽度与主体结构同宽。

终桩标准即深度原则：

桩顶标高即结构底板底标高，以隧道底以下10m作为终桩条件，未到隧道底以下10m遇到岩面也终桩。

土墩柱以搅拌桩为主（当加固区较深，搅拌桩难以施做时采用旋喷桩），搅拌（旋喷）桩均由地面开始施工，基底以上范围为空桩。

水泥搅拌桩桩径φ600mm，水泥掺入量9%~12%，水灰比0.45：

1~0.55：

1。

当搅拌桩难以施做时，可采用φ600单管旋喷桩，注浆压力15~20MPa，注浆量40~70L/min，旋转速度16~20r/min,提升速度15~25cm/min。

土墩柱施工平面桩布置图如下：

搅拌桩、旋喷桩的具体施工工艺见相关规范和工法，在此不详细阐述。

5.3劳动力组织（见表5.3-1）。

表5.3-1劳动力组织情况表

序号

单项工程

所需人数

（人）

职责范围

备注

1

管理人员

2

工程管理、协调组织

2

技术人员

3

工程生产技术

3

钻孔、下管施工

3

钻孔、下袖阀管等

4

吹填沙施工

5

吹填沙

5

注浆施工

3-5

注浆施工、浆液拌制

6

搅拌桩施工

5

搅拌桩机操作、后台浆液拌制

7

旋喷桩施工

6-8

旋喷机操作、后台浆液拌制

8

其它

3-5

机修、司机、杂工

总计

216

6.材料与设备

6.1采用的主要机械设备仪器如下表：

序号

设备名称

型号规格

功率（KW）

数量

用途

1

全站仪

1台

测量

2

成孔钻机

XY-1，XY-2

10台

成孔

3

泥浆泵

3PN

5

1台

抽浆

4

空压机

50

1台

吹砂

5

注浆泵

BW-150

7.5

10台

注浆

6

双液注浆泵

KBY-50/70

5

4台

注双液浆

7

搅拌桩机

50

8套

施工搅拌桩

8

旋喷桩机

90

10套

施工旋喷桩

9

自卸吊车

1台

运输

10

铲车

1台

运料

6.2材料

主要是中粗砂、32.5普通硅酸盐水泥等。

7.质量控制

7.1工程质量控制标准

7.1.1袖阀管注浆质量检测标准

溶洞注浆加固后，洞体应具有良好的均匀性、自立性、密闭性。

注浆加固效果检查方法是在注浆固结体内抽芯检测，检验固结体是否充填密实、是否满足灌浆固结体设计强度要求。

取芯数量为隧道范围内每个溶洞不少于3个，总检测数量不少于注浆孔数量的1%；对于土洞采取随机原位标贯试验。

检测标准如下：

土洞：

采用随机原位标贯试验，标贯击数不小于10击；

溶洞：

采取随机钻孔取芯，做抗压试验，要求固结体28d的单轴无侧限抗压强度不小于0.15MPa。

当检测不满足检测标准时，应对原溶、土洞进行重复注浆施工。

7.1.2水泥土墩柱深层搅拌桩、高压旋喷桩质量标准

水泥土墩柱施工完成后，待28天后在桩长范围内采取垂直钻孔取芯，观察其完整性、均匀性，水泥搅拌桩（或旋喷桩）按要求取桩数的1%进行取试样做无侧限抗压强度检测试验，水泥土墩柱的检测强度应符合下面标准：

淤泥：

0.25Mpa，淤泥质土：

0.35MPa，粘性土：

0.5MPa，粉土：

0.6MPa，砂土：

1.0MPa。

当检测不满足检测标准要求时，应对原水泥土墩柱进行重复施工。

7.2质量保证措施

⑴使用合格材料，所有材料须有出厂合格证，水泥（采用普通硅酸盐32.5水泥）、砂、石等材料还应抽样送检合格后才能使