岩溶路基加固处理技术Word格式.docx

1、节理裂隙是地下水流动、下渗的主要渠道，岩石节理裂隙越大，岩石的透水性越强，岩溶作用越显著。在溶洞中，岩溶作用愈强烈，溶洞越大，地下管道越多，岩溶地貌发育越完整，并且形成一个不断扩大的循环网。4、流水的溶蚀作用。水的溶蚀能力来源于二氧化碳（CO2）与水结合形成的碳酸（H2CO3），二氧化碳是岩溶地貌形成的功臣，水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行： H2O + CO2=HCO3- H2O + CO2=H2CO3；H2CO3=HCO3-+H+（第一步：形成碳酸和碳酸根离子） H+ CaCO3=HCO3+ Ca2+（第二步：H+与CaC

2、O3反应生成HCO3，从而使CaCO3溶解） 这几步反应在大自然间是十分复杂的过程，因为温度，气压，生物，土壤等许多自然条件制约着反应的进行，并且这些反应都是可逆的，水中的二氧化碳增多，反应向右进行，就有利于CaCO3的分解；岩溶作用进行比较容易，反之则不利于岩溶作用。另外，流动的水溶蚀性更强烈一些，因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充，水的溶蚀作用才能顺利进行，水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时，流动的水带动其它物质对岩石进行机械侵蚀，这样更有利于岩溶作用的深入。岩溶地下水的动态特征归纳为水文型、气象型、稳定型和周期型；岩溶水动力剖面一般分为垂直渗入带（降水或融雪水流入渗带）、季节变动带（垂直

3、带与水平流动带的过渡带）、水平流动带（枯水期的最低潜水面至河床低得多底部，也称饱水带）和深部环流带（受排泄基准面影响小，水流微弱运动，岩溶不发育）等四个垂直带（见下图）。5、自然因素气候影响，如气候湿润，降水量大，地表径流相对稳定，流水下渗作用连续，并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。此外，岩溶的发育还受植被、土壤和地形地貌的影响。合福线岩溶路基主要分布在安徽巢湖、南陵、泾县、绩溪、江西德兴、上饶以及五府山等地。其岩溶发育程度各不相同。二、岩溶的形态及类型岩溶地貌特别受岩性为主的地质背景及气候为主导的地理环境的控制。岩溶形态分为岩溶个体形态和岩溶形态组合。（一）岩溶形态

4、1、岩溶个体形态岩溶个体形态分为地表和地下两种。地表岩溶形态一般分为凸起的正地形和凹下得而负地形。有溶痕、石芽与溶沟、溶蚀裂隙、落水洞、竖井、漏斗、溶蚀洼地、岩溶槽谷、岩溶盆地（云南罗平、贵州安顺）、岩溶平原（广西黎塘）、岩溶湖、岩溶泉（几个垂直带均有出露）、峰林、岩洞等。地下岩溶形态主要为溶洞、地下河、地下廊道、暗湖、洞穴堆积物等。喀斯特地貌全景照片峰 林岩溶平原岩溶湖地下廊道暗 河2、岩溶形态组合一般分为地表岩溶形态组合、地表岩溶与地下岩溶形态组合和岩溶与非岩溶地貌组合。地表岩溶形态组合主要有峰从洼地（漏斗）、峰林洼地、孤峰残丘与岩溶平原、岩溶丘陵洼地和岩溶龙岗槽谷。地表岩溶与地下岩溶形态

5、组合主要为溶洞与地下廊道组合、落水洞（竖井）地下廊道组合及岩溶干谷与暗河组合等。（二）岩溶类型岩溶类型的分类，是与岩溶发育条件、发育因素密切联系的，目前主要按可溶性岩石的埋藏条件、气候带、地质岩性标志和水文标志进行划分的。1、按可溶性岩石的埋藏条件划分按可溶性岩石的埋藏条件划分，主要分为裸露型岩溶、覆盖型岩溶及埋藏型岩溶。裸露型岩溶主要表现为，可溶岩出露于地表，上面没有或很少覆盖物，地表岩溶显著。覆盖型岩溶主要表现为，可溶岩被第四系松散堆积物覆盖，不出露于地表，覆盖层厚度一般小于50m，在覆盖层下发育的岩溶形态在地表也有所表现。埋藏型岩溶主要表现为，可溶岩上覆覆盖层厚度大于50m，地面上无岩溶

6、现象，而在地下深处发育岩溶，一般代表古岩溶，对勘探石油和地下水具有重要的意义。2、按气候带划分主要分为，热带岩溶以峰林为主；亚热带岩溶以丘陵洼地为主要特征；湿带岩溶则以发育地下隐伏岩溶为主；寒带岩溶多发育在冻土层以下；干旱地区也以发育地下岩溶为主。3、按地质岩性标志划分（1）按可溶岩种类划分主要分为，石灰岩岩溶、白云岩岩溶、石膏岩溶、岩盐岩溶、钙质岩岩溶等。（2）按地质构造划分主要分为，水平层岩溶和褶皱区岩溶。（3）按石灰岩性质和岩溶发育程度划分主要分为，全岩溶（发育在纯质石灰岩中的岩溶）和半岩溶（发育在不纯的石灰岩、白云岩等中的岩溶）。（4）按水文特征划分主要分为，充气带岩溶、浅饱水带岩溶和

7、深部岩溶。充气带岩溶主要指发育于充气带内的岩溶，大多为垂直类型的管道和地下通道。在此带内，由于不透水层的阻隔，在地下水位以上发育水平型岩溶。浅饱水带岩溶主要指发育于饱水带上部的靠近地下水面附近的岩溶，大多为水平型通道。深部岩溶主要指发育于深饱水带内的岩溶，岩溶不发育，岩溶水具承压性（济南趵突泉、南京的汤山温泉）。趵突泉三、岩溶危害及选线原则（一）岩溶对铁路工程的危害岩溶对铁路工程的危害主要表现在以下两个方面：1、地下洞穴的顶板坍塌引起洞上的铁路建筑物下沉或破坏，如隧道开挖时遇到特大溶洞，溶洞顶板或充填物的突然塌陷和岩溶水的袭击，导致安全生产事故，还有引起桥梁基础的不稳定和路基的沉陷。岩溶隧道塌

8、方湖南益阳岩溶地面塌陷公路路面塌陷塌陷机理：大量资料显示，覆盖型岩溶地区铁路路基塌陷发生的必备条件是：土（覆盖土体）、洞（岩溶）、水（地下水或地表水）。在此条件下，由于人为或自然因素，造成水动力作用加剧，在土体中发生潜蚀，逐渐形成土洞。当土体中洞穴发展到一定规模时，由于土拱失去平衡或者由于震动诱发，引起土洞坍塌，形成地面塌陷。2、洞穴或漏斗周期性冒水，淹没路基基底，引起沉陷、翻浆或崩塌；突发性地下涌水，可能会冲毁铁路建筑物。（二）岩溶地段选线原则对于大型的、处于强烈发育阶段的岩溶线路应予绕避；对于中、小型的、已停止发育的岩溶，可择其窄处、易于处理的部位通过；根据岩性及地质构造，宜将线路选在难溶

9、岩层通过，宜避开地质构造破碎带，使线路方向与主要构造线正交或较大夹角斜交，以减少其影响；可溶岩层与非可溶岩层和不透水层的接触带常诱发落水洞、漏斗、塌陷及暗河等，故应予绕避；岩溶地段，宜以明线（路基、桥涵等）通过，不宜做地下工程（隧道）特别是长隧道。四、岩溶地基处理原则当岩溶发育，溶洞呈串珠状或线岩溶率大于15时，宜采用桥梁方式通过，或采用桩板结构进行处理。当岩溶微较发育，线岩溶率小于于15时，应采用注浆进行处理。（一）桩板结构加固岩溶路基一般钻孔灌注桩桩径1.0m，桩身采用C35钢筋混凝土现场浇筑。承台结构采用C35钢筋混凝土，厚1.2m。当钻孔桩若穿过空洞，则采取填片石等措施后继续进行冲孔作

10、业。并应穿透空洞进入完整基岩不小于2.0m。（二）注浆加固岩溶路基1、注浆。即在适宜的压力下将浆液送至浆液扩散半径范围内的岩土体中，充填岩溶洞穴、裂隙及覆盖层土体中的大孔隙、裂隙和土洞，同时对土体进行部分挤密，提高上覆土体的抗冲蚀临界水力坡度，降低岩土交界面附近岩土的渗透系数，形成抗渗能力较强的防渗帷幕体系，隔绝或减弱地下水对上覆土体的动力作用，起到稳定铁路路基的作用。2、渗透系数的降低岩土体的渗透系数可按公式（1）计算。K=0.525lg（1.32L/r） （1）式中：岩土体单位吸水量（L/min.m.m） L注水段长度（m） r钻孔半径（m）3、抗潜蚀能力的提高当人为或自然因素引起地下水位

11、坡降大于土体的临界坡降时，土颗粒开始被渗流带动迁移，这种现象称之为潜蚀（冲蚀）。据太沙基的渗流临界水力梯度公式（2）可知，当土体空隙、孔隙、裂隙被水泥浆液充填时，e值变小，土体的抗冲蚀临界水力梯度也就相应得到提高，抗潜蚀能力得到加强。I=（/r-1）（1-n）=（/r-1）/（1+e） （2）式中 土颗粒比重，取2.78； r水的容重，取1.0； e土体孔隙比； I土体抗冲蚀临界水力梯度。（三）大型溶腔的处理桩基承台+隧道结构整体式方案、桥隧分离方案和复合式路基+隧道结构分离式方案。桩基承台+隧道结构整体式方案（四）岩溶路基注浆施工岩溶路基注浆应根据“探灌结合”原则，首先进行30%的先导孔钻探

12、和注浆，在基本查明岩溶发育程度和可注性的基础上，编制探灌结合施工报告，四方共同研究下一步施工方案。1、岩溶注浆基本规定（1）注浆工作环境温度：寒冷季节施工，当日最低温度低于-3时，应对注浆泵及管路采取防寒保温措施。冰点以下低温环境施工时，浆液可用热水搅拌，但化学浆的水温不宜超过40,水泥浆的水温不应超过55；炎热季节施工，暴露在阳光下的注浆机械和管路应采取防晒措施，搅拌桶内浆液温度，化学浆不得高于35，水泥浆不宜高于45。（2）注浆环境保护注意地质环境的变化及环境保护。在靠近水源、泉水、溪流、水塘、水田等地注浆时，必须进行水质检测，对扩散至饮水源中的有害物质浓度不应大于国家标准，同时对地下水出

13、露的流量进行监测。对于清洗注浆设备和注浆的废水、废料、排污物必须进行妥善处理，当向公共水域排放时，其水质必须符合有关标准。（3）注浆运行安全 注浆过程中，应对铁路轨道和既有建筑物等标高、变形以及冒浆点位置及时观察和测量，发现特殊情况必须采取果断措施，避免路基和建筑物过大变形和意外事故发生； 在路基边坡注浆施工，不应破坏既有边坡的稳定性，对暂时破坏的边坡防护工程应采取临时防护措施，施工后应及时恢复； 在既有线两侧注浆施工，严禁钻探机具、注浆设备侵入限界，同时应特别注意高压线、接触网、通讯电缆等危及机械人身安全和列车运行安全问题，必要时进行机架改装。钻探必须坚持“先挖后钻”的原则。施工之前必须和铁

14、路有关部门进行联系，占道施工需签订必要的协议。（4）注浆材料的选择 根据岩溶地区的水文地质条件，其单位长度吸水量具备水泥水玻璃双液注浆条件，一般可不作注浆试验段，特殊情况另定； 选择注浆材料应掌握浆材的组分性质、适用范围、性能和固结体的特性。对水泥、水玻璃等无机硅酸盐材料应优先选用，适量掺加粉煤灰，当地质条件适可时，可选用匹配的砂浆泵，掺入多量粉细砂，以混合均匀的水泥砂浆灌注； 注浆水泥一般采用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥。当有特殊要求时，可采用抗酸水泥等特种水泥； 地下水PH值小于5时，不宜采用普通硅酸盐水泥和水玻璃浆液。（5）注浆设备灰浆搅拌机，注浆泵，耐高压注浆管道，电磁流

15、量计，压力表等。 注浆泵的额定压力和注浆管路所能承受压力应大于最大注浆压力的1.5倍，注浆泵的额定流量应与注浆所需流量相适应；管径选择应保证浆液流动畅通，不易发生沉淀堵塞；管路不应随意换径； 当砂浆泵能满足设计要求时，可在设计和施工中采用； 双液注浆时，应选用能控制流量和调节两液比例的注浆泵。采用两台泵时，泵的型号宜相同，混合器应能保证双液混合均匀且不串浆； 注浆泵、注浆孔口均应装有压力表，使用压力应为压力表最大标值的1/43/4，压力表反映应灵敏、准确，压力表与管路之间应有空气室、橡胶膜等隔浆装置。 电磁流量计，自动记录注入的浆量。电磁流量计（6）注浆基础资料及成果竣工资料应包括竣工报告，各

16、种成果图表（包括钻孔地质柱状图、注浆钻孔竣工平面图、代表性地质纵断面、横断面及钻探、注浆成果一览表等，必要时作特殊地段地质平面图、剖面图。）、施工资料、清孔记录、注浆记录、注水（或压水）试验、地表变形观测资料、试验资料和质量检查资料等。2、注浆工程施工技术要求：（1）注浆场地制浆和注浆设备摆放场地应尽可能选择在注浆加固区附近，且地形位置相对较高的地方，以降低浆液压力损耗及减少浆液的浪费。条件不具备时，应满足和加强注浆设备的能力。注浆管路不宜过长，浆液易沉淀时可加入少量悬浮剂。（2）浆液制备注浆所用水泥的品种、标号必须符合质量标准；水泥浆搅拌需均匀，制成至用完的时间不应超过4小时。制浆用水应符合

17、混凝土用水的水质要求（PH5）。（3）钻孔1）应按设计统一编号，注明钻孔开孔时间、位置、标高，与设计孔位的偏差不得大于50cm，钻孔实际孔深误差不得大于10cm，斜孔方向偏移和倾角误差均不宜大于3。2）为减少钻孔间注浆的相互干扰应跳孔施钻。3）钻孔的直径和终孔深度，应符合设计规定，孔内残留岩芯不应超过20cm。4）钻孔原始情况记录。对钻孔位置、土层厚度、岩层的完整性、冲洗液的漏失情况、岩芯的溶蚀和岩溶发育程度、溶洞充填情况、充填物的成份及特征、地下水位埋深等应详细描述，特别对空洞（土洞和未充填溶洞）的位置必须准确记录。5）除地质孔、验证孔、斜孔、清孔及控制性钻孔必须用取芯钻探外，在岩溶地质条件

18、较稳定地段，经设计单位认可，可考虑无岩芯钻探。6）钻孔在施钻进入岩层0.31.0m时，应将注浆套管带钻头与岩层用水泥砂浆固结完好（或钻孔结束时采用相应措施），保证质量。（4）围绕注浆工程范围，在注浆实施过程和基本完成后，根据地质条件和现场施工情况在如下地段实施补浆孔： 地表既有坍塌区附近； 既有路基新产生变形地段； 注浆后效果没有明显改善地段； 溶洞发育地段等。（5）岩溶注浆的主要流程（如下图）：（6）注浆施工组织应满足设计要求。在站场、枢纽内考虑车辆编组正常工作，宜分批封道施工。（7）注浆工艺及主要参数： 凡有条件的地方，岩溶路基注浆应本着“先外后内，先边缘后中心”的顺序注浆施工，同时坚持跳

19、孔施钻，跳孔注浆。 注浆孔应设置注浆套管，便于浆液压力顺利传递至灰岩地层中。 注浆压力。黏土层控制在100300kpa，卵石土层控制在100200kpa，灰岩控制在200500kpa范围，注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定，并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。 考虑浆液充盈和结石的稳定性，浆液应以水泥单液为主，空洞应掺入惰性材料。 水泥浆液的水灰比1.2：10.8：1，一般采用1：1。 双液注浆常采用水泥浆：水玻璃（体积比）1：11：0.5。适合如下条件时应采用水泥水玻璃双液注浆：a、当地下水流速大于200m/d，用双液速凝；b、水泥单液地表冒浆时，用双液封堵；c、注浆已超出有效

20、范围或整治范围，浆液扩散过远时，用双液控制；d、为提高工作效率，缩短需清孔再注浆的时间，用双液增效；e、岩溶垂直裂隙贯通性好，浆液渗流太深，宜用双液处理。 注浆孔（分段）注浆结束标准：在100500kpa压力下进浆量小于4升/分钟，延长30分钟。分段注浆时，对基岩采用200500kpa压力闭浆20分钟，土层及卵石土层采用100300kpa压力闭浆30分钟可达到分段注浆结束标准。（8）注浆操作及方法： 注浆方式采用孔口前进式，自上而下整段注浆。当地质条件简单时，可一次性注浆；当地质条件复杂，注浆未达到技术要求时，清孔可重复一次或多次，达到设计要求的结束标准方可停止注浆。 岩溶注浆的具体方法：a、

21、路基边坡及困难地段施工应设钻机平台；b、单位长度吸水量较小的钻孔，注浆前应用大于终压11.5倍的清水将岩溶通道疏通，然后注浆；c、岩溶注浆一般以水泥浆单液为主，条件允许时采用水灰比1：1或更浓的浆液注浆，当注浆管路过长容易沉淀时，可掺入不大于5的悬浮剂（如膨润土、粘土）。d、在必要时采用双液注浆，通过混合器注入孔中，同时可单液与双液交替注浆。双液注浆凝固时间短，扩散范围达不到要求时，应适量掺入缓凝剂。e、注浆过程中如压力骤然上升应立即停止，查明原因，处理后再恢复注浆。f、注浆过程中建筑物或路基发现异常变形应采用紧急措施，单液降压减量，浓度稀释或间断注浆，直至停止注浆，未达到标准时邻孔注浆应尽可

22、能进行“补强”。 注浆过程中遇到特殊情况时，应按下列方法处理：a、注浆开始时孔口大量冒浆，一般为注浆套管固结质量不好造成，应采取措施重新作好注浆管固结。土层越薄注浆管越短，其重要性越突出。b、注浆过程中出现邻孔冒水串浆时应采取跳孔施钻、注浆，邻孔加盖孔口盖以及两孔或多孔同时注浆等措施。c、钻孔受串浆影响注浆受阻时，必须清孔后再行注浆。d、注浆因故受阻，应采取下列措施进行处理：当在浆液输送管路中发生堵塞或固结现象，应边振动边清水冲洗，直至管路通畅；当注浆过程中断，浆液在孔中初凝，高压冲洗无效时应重新清孔。e、岩溶为空洞或长时间注浆达不到注浆结束标准时，宜采用注入或灌入水泥砂浆、采用速凝剂缩短凝固

23、时间或配合间歇注浆以及加强双液注浆，采用凝胶时间短的配方等措施进行处理。 注浆结束后及时冲洗注浆泵和管路，直到返清水为止。 全孔注浆完成后应处理冒出地表的注浆套管并及时封孔，封孔必须保证质量，并在孔口作好水泥标志。 注浆施工现场应设置“施工现场闲人免入”的标志牌。五、检测1、注浆是隐蔽工程，注浆结束后应同时采用压水试验、钻探取芯、物探方法（面波或其他有效的物探方法）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。注水试验钻孔及钻探取芯钻孔，检测完成后仍要进行注浆。（1）钻孔取岩芯检查检查孔数为不少于2%，观察灰浆填充量，孔隙、裂隙等管道灰浆充填饱满视为合格。注浆检查孔

24、应按下列布置原则：1）设在岩溶发育或病害严重部位；2）设在注浆量大及有疑问的部位；3）设在工程的关键部位。注浆检查孔不仅起检查作用，还应起补充注浆的作用，当为不合格时应补注浆，结束后按设计要求封孔。（2）压水试验压水试验孔不少于2%，且每个工点压水试验孔不少于3孔。当注浆后吸水量小于注浆前吸水量的35，或注浆后岩土体单位吸水量w满足“路基岩土体注浆质量检测标准”表中要求视为合格。当为不合格时应补注浆。路基岩土体注浆质量检测标准介质面波检测速度V（m/s）面波频散曲线注浆后岩土体单位吸水量wL/（minmm）备注土质（路堑）V19.7h+58.2不离散W0.33岩质（路堑）V9.8h+342.8

25、W0.42土质（路堤）V12.0h+58.7岩质（路堤）V9.8h+207.8（3）瞬态面波法检测不少于注浆总孔数的5%，面波检测曲线无“之”字形拐点，且频散曲线不离散，面波检测速度满足“路基岩土体注浆质量检测标准”表中要求，且不低于合格压水试验或完整岩层处的面波速度值视为合格。以浙赣线K312注浆工程162#注浆孔为例（见图5.1）：162#注浆孔孔深为19.7m，其中土层厚为11.9m，灰岩厚为7.8m，图5.1（a）为注浆前频散曲线，它在5m、11m位置有二个“之”字形拐曲（使用“拐点法”可在相应位置划分层位），12m位置则为岩土分界位置，覆盖层（土层）中存在空洞或岩土界面及灰岩溶蚀严重

26、，与钻探结果基本一致。图5.1（b）为注浆后的频散曲线，曲线比较光滑，虽注浆后的频散曲线在5m深的“之”字形拐曲还存在，但比注浆前明显光滑得多。灰岩界面及灰岩段，从曲线上已看不到明显的“之”字形拐曲；比较这两条频散曲线后，可以断定，162#注浆孔的注浆效果是良好的。而且从面波速度上看，注浆后比注浆前有一个较大的提高，图5.1（a）中土层的速度为150 m/至400m/s，灰岩层的速度则不到300m/s，而图5.1（b） 中土层的速度为150m/s至480m/s，灰岩层的速度为600m/s。（a） （b）图5.1 162#注浆孔频散曲线（4）检查注浆成孔、注浆过程、注浆工艺是否符合要求，不符合要

27、求应重新注浆。2、加强注浆期间的观测岩溶注浆施工地段，必须加强地表变形监测，一般应在线路中心、路基两侧路堤或路堑坡脚、以及坡脚外（或堑顶外）10m各设一排观测桩，纵向间距一般不大于30m，过渡段范围及非均质地区应加密观测剖面。施工期间必须每天进行地表变形监测，实测地表变形量，测量精度不大于1mm，并做好详细记录，根据观测数据控制注浆压力，以免堑坡的稳定性或附近构筑物受影响，同时监测数据应提交相关部门，以备路基沉降分析用。3、工点同时需复合地基处理时，先进行注浆，经检测合格后，方可进行地基处理等下一步工序。六、案例（一）合福线DK274+227.41-DK274+265.88岩溶路基1、工点工程

28、地质与水文地质条件该段路基为剥蚀低丘坡丘顶浑圆，自然坡度约1030，植被发育,辟为农田、果园。地层为Q1y钙质页岩, 强风至弱风化，节理裂隙发育，岩体破碎；岩溶微弱发育，以小型溶隙及溶孔为主。地下水主要为基岩裂隙水，不发育。2、注浆工程设计根据铁路特殊路基设计规范和工点钙质页岩岩溶发育特点，该段岩溶路基采用注浆加固。注浆孔布置为正三角形布置，孔间距5m，孔底伸入弱风化基岩面以下不少于5m，一般注浆厚度不少于8m；注浆加固至堑侧沟外不少于两排注浆孔，路堤坡脚外不少于两排注浆孔。当遇见溶洞时，至溶洞底板不小于1m。共计65孔。岩溶路基注浆工程纵断面设计图根据“探灌结合”原则岩溶注浆前首先时进行3%的先导孔钻探和注浆，在基本查明岩溶发育程度和可溶性的基础上，确定下一步注浆方案。（1）注浆技术参数 注浆材料：注浆水泥采用PO42.5水泥，水玻璃3843Be,模数2.43.0。水泥浆液水灰比为:0.75:11:若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌注中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用水泥浆液或双液注浆，全充填溶洞一般采用单液注浆。注浆压力：灰岩控制在200500kpa范围，注浆压力视注浆方法、注浆段深度和地下水位而定，并针对注浆过程中出现的情况随时调整压力。注浆孔（分段）注浆结束标准：分段注浆时，对基岩采用2