《鐵路路基工程地基處理技術(shù)規(guī)程》基礎(chǔ)研究-巖溶、采空區(qū)灌漿.ppt

1、巖溶、采空區(qū)灌漿,鐵路路基工程地基處理技術(shù)規(guī)程基礎(chǔ)研究 2009年3月,1、鐵路路基巖溶（采空區(qū)）處理技術(shù)研究目標(biāo),A,全面收集已有鐵路路基巖溶（采空區(qū)）災(zāi)害整治成功實(shí)例. B,提出路基巖溶災(zāi)害防治技術(shù)設(shè)計(jì)原理、方法. C,提出路基巖溶災(zāi)害防治施工的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),2、巖溶路基工程地質(zhì)評(píng)價(jià),西南地區(qū)灰?guī)r廣泛分布，加之降水量豐富，巖溶特別發(fā)育。 鐵道部委托鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院開(kāi)展了鐵路沿線巖溶地面塌陷及防治技研究。 在貴昆鐵路、南昆鐵路、浙贛鐵路分宜車站、京滬鐵路的泰安車站等處進(jìn)行了專門(mén)的巖溶地面塌陷的整治。 在全線勘察、設(shè)計(jì)階段也進(jìn)行了專門(mén)的巖溶勘察、設(shè)計(jì)，如南昆鐵路,2.1 巖溶發(fā)育程度與巖溶塌陷,

2、巖溶發(fā)育程度越高，路基巖溶塌陷越易產(chǎn)生。 以巖性鉆孔巖溶率巖溶發(fā)育形態(tài)連通性巖溶水的富存方式等作為巖溶發(fā)育程度的評(píng)價(jià)依據(jù),2.2 地下水動(dòng)態(tài)特征與巖溶塌陷,地下水越活躍的區(qū)域，巖溶塌陷越易發(fā)生。 地下水的活躍程度由以下因數(shù)進(jìn)行描述： 1)，地下水位的位置。 2)，地下水位的波動(dòng)幅度。 3)，地下水位的波動(dòng)頻率。 4)，地表水入滲的集中程度,2.3 覆蓋層特征與巖溶塌陷,巖溶塌陷時(shí)土層、土洞情況,巖溶塌陷的地表情況,巖溶塌陷的地表情況,巖溶地面塌陷機(jī)理過(guò)程圖,鐵路沿線巖溶地面塌陷分布圖,鐵路路基巖溶地面塌陷情況,巖溶塌陷發(fā)生于各種成因類型和不同厚度的第四紀(jì)覆蓋層分布區(qū),通過(guò)對(duì)湘桂鐵路沿線分析，發(fā)

3、現(xiàn)： 1)，以平原及谷地的坡殘層和洪積層為最；2)，較老的洪積層（當(dāng)?shù)匾喾Q粘土泥礫層）次之； 3)，一級(jí)階地及河床沖積層（Q4）發(fā)生數(shù)量最少。 4)，土層厚度以10m以內(nèi)數(shù)量最多。 5)，在洪積、沖積、坡殘積等都可能發(fā)生,桂林市西區(qū)及臨桂一帶塌陷與覆蓋層性質(zhì)關(guān)系易遭潛蝕和液化的粉質(zhì)土、粘土均有利于塌陷坑的形成,覆蓋層的結(jié)構(gòu)與塌陷也有一定的關(guān)系，以混雜結(jié)構(gòu)及一元結(jié)構(gòu)抗塌性較弱,2.4 巖溶塌陷現(xiàn)狀分析,既有鐵路巖溶地面塌陷多集中在巖溶發(fā)育的東安、永歲、興安、靈川二塘地區(qū)，均屬巖溶發(fā)育中等強(qiáng)烈的地段，其中以靈川二塘區(qū)段最為嚴(yán)重，為厚層巨厚層狀純灰?guī)r分布的巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，地貌分區(qū)屬典型的全巖溶區(qū)。

4、1)、巖溶塌陷現(xiàn)狀 地面塌陷多發(fā)生于強(qiáng)抽水期。 基坑施工排水發(fā)生塌陷 。 塌陷區(qū)覆蓋層厚度610m。 全巖溶地層,2）、塌陷因素分析 （1）巖溶塌陷坑的特征 巖溶塌陷平面形態(tài)以圓形至橢圓形為主。縱剖面形態(tài)有壇狀、井狀、倒置漏斗狀，也有正漏斗狀、碟狀及不規(guī)則狀。 （2）巖溶塌陷的成因類型 主要有兩類，即自然的巖溶塌陷和人為的巖溶塌陷。 自然巖溶塌陷是指地質(zhì)作用下形成的塌陷,人為巖溶塌陷是由于人為活動(dòng)，如抽水、基坑排水、地面滲漏、蓄水及荷載、列車震動(dòng)、爆破等一系列活動(dòng)，加速了地下水的活動(dòng)及改變土洞的自穩(wěn)條件，土洞擴(kuò)大，土洞蓋層失穩(wěn)，從而促成巖溶塌陷的加速產(chǎn)生與發(fā)展,巖溶塌陷點(diǎn)的成因類型,桂林市區(qū)自

5、然巖溶塌陷占31%；在人為巖溶塌陷的69%中抽水便占有52%。由此可見(jiàn)，在城鎮(zhèn)及人口密集中區(qū)以人為塌陷占優(yōu)，其中又以抽水引起的塌陷最為重要,2.5 巖溶塌陷評(píng)價(jià)分區(qū),巖溶地面塌陷的分區(qū)評(píng)價(jià)模型: F=F1+F2+F3 式中：F-巖溶地面塌陷發(fā)生程度評(píng)分。 巖溶發(fā)育程度評(píng)分值，最大值為40。 評(píng)分因子有巖石可溶性分組、鉆孔巖溶率、剖面面巖溶率、地貌類型。 覆蓋層評(píng)分值，最大分值為30。 評(píng)分依據(jù)因子有厚度、性質(zhì)、組合結(jié)構(gòu)； -為巖溶水動(dòng)力條件評(píng)分值，最大分值為30。 評(píng)價(jià)因子有水位與基巖面的距離、水位漲幅、變動(dòng)頻率,湘桂線路基巖溶塌陷評(píng)價(jià)因子組合與評(píng)分,續(xù)上表,續(xù)上表,根據(jù)巖溶地面塌陷發(fā)生程度，

6、將巖溶地面塌陷分級(jí)如下： 根據(jù)F綜合評(píng)分值，將巖溶地面塌陷分級(jí)為 F70， 不易塌陷區(qū)； F =7189，易塌陷區(qū)； F 90，極易塌陷區(qū),1）極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評(píng)分值：F90，段落長(zhǎng)17.5Km，主要為類巖組區(qū)，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性好，巖溶水流動(dòng)的動(dòng)力條件好，巖溶水位在基巖面波動(dòng)，具備土粒運(yùn)移條件和形成土洞的條件,2）易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評(píng)分值：71F90，段落長(zhǎng)61.5Km，主要為-類巖組區(qū)，巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性較好，有巖溶水流動(dòng)的條件，巖溶水位在基巖面和土層波動(dòng)，在巖溶水動(dòng)力條件

7、發(fā)生人為改變時(shí)，涉及區(qū)域巖溶形態(tài)將具備土粒運(yùn)移條件和形成土洞的條件,3）不易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：沿線巖溶地面塌陷發(fā)生程度評(píng)分值：F70，段落長(zhǎng)108.6Km，主要為和類巖組區(qū)，巖溶微弱弱發(fā)育-中等發(fā)育，巖溶形態(tài)的連通性不好，巖溶水流動(dòng)緩慢，巖溶水位在基巖波動(dòng)，不具備土粒運(yùn)移條件和形成土洞的條件,3、路基巖溶治理方案,1）單個(gè)不穩(wěn)定巖溶形態(tài)整治：對(duì)不穩(wěn)定溶洞，埋深較淺，便于揭蓋則采取揭蓋回填水泥砂漿的辦法進(jìn)行加固處理；埋深較深，則采取鉆孔注漿充填不穩(wěn)定溶洞的辦法加固處理,2）巖溶形態(tài)分區(qū)整治：在易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)內(nèi)對(duì)在巖溶水動(dòng)力條件發(fā)生人為改變時(shí)，具備土粒運(yùn)移條件和形成土洞的條件區(qū)域的巖溶形態(tài)

8、。 分區(qū)采取鉆孔充填注漿，充填注漿影響區(qū)域內(nèi)巖溶形態(tài)的辦法加固處理,3）巖溶地面塌陷誘發(fā)條件整治：在極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)：巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，淺埋型巖溶區(qū)，巖溶形態(tài)的連通性好，巖溶水流動(dòng)的動(dòng)力條件好，巖溶水位在基巖面波動(dòng)，具備土粒運(yùn)移條件和形成土洞的條件。 針對(duì)巖溶地面塌陷誘發(fā)條件分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填土石界面附近巖溶形態(tài)、鉆孔滲透注漿封堵開(kāi)口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體的辦法加固處理,4、設(shè)計(jì)原則,4.1 整治對(duì)象 極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)和易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)，沿線巖溶強(qiáng)烈發(fā)育裸露型巖溶區(qū)和已探明的覆蓋型巖溶區(qū)存在的不穩(wěn)定溶洞,4.2 整治寬度 整治寬度為新建鐵路路堤坡腳外2m，路塹側(cè)溝平臺(tái)

9、，坡腳（塹頂）外有巖溶形態(tài)危及邊坡穩(wěn)定時(shí)，適當(dāng)加大整治范圍,4.3 整治深度 1、單個(gè)不穩(wěn)定巖溶形態(tài)處治深度 1）淺層及開(kāi)口型溶洞采取揭蓋回填M7.5漿砌片石或封閉措施。 2）裸露型巖溶地面以下25m深度內(nèi)存在不穩(wěn)定溶洞的地段，有針對(duì)性的采取跨越、揭蓋回填、鉆孔充填措施。當(dāng)采取鉆孔充填時(shí)，鉆孔深度應(yīng)至溶洞底板以下2m，一般最大處理至路基面以下10m；對(duì)存在多層溶洞的，應(yīng)查明溶洞發(fā)育情況，計(jì)算分析安全的加固深度,3）易塌陷及極易塌陷區(qū)存在較大空溶洞、土洞時(shí)，應(yīng)按單個(gè)易塌巖溶形態(tài)處治思路進(jìn)行揭蓋回填或鉆孔充填處理，填充料為砂、碎石（揭蓋回填為片石）。 2、充填注漿、滲透注漿加固深度 1）表層土厚度

10、小于30m地段，以鉆孔注漿充填基巖面下5m的巖溶形態(tài)，滲透注漿封閉土石界面的開(kāi)口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體，形成水平向隔水帷幕；在加固深度范圍有溶洞時(shí)，則鉆孔注漿至溶洞底板以下2m,2）覆蓋層厚度大于30m時(shí)，一般情況下處理深度控制為30m，如在鉆孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)覆蓋層中土洞較多，則繼續(xù)鉆進(jìn)打穿覆蓋層至土石界面,4.4 注漿孔布置 1）對(duì)確定需要整治的單個(gè)不穩(wěn)定巖溶形態(tài)，在不穩(wěn)定巖溶形態(tài)的位置鉆孔充填骨料和充填注漿，據(jù)巖溶形態(tài)分布范圍布置施工鉆孔，布孔方式以達(dá)到充填目的整治依據(jù)，孔間距7-10m。 2）分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填區(qū)域內(nèi)巖溶形態(tài)，在易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)的巖溶形態(tài)區(qū)，采取分序鉆孔充填

11、注漿，采用兩序布置鉆孔，序以7.0m正方形布置注漿孔，序在序孔間布孔，形成5.0m正方形布置注漿孔,3）分區(qū)采取鉆孔充填注漿充填土石界面附近巖溶形態(tài)、鉆孔滲透注漿封堵開(kāi)口巖溶形態(tài)和固結(jié)土石界面附近土體，在極易發(fā)生巖溶地面塌陷區(qū)，采取分序鉆孔充填和滲透注漿，采用三序布置鉆孔，序孔在、序孔間以3.5m正方形布置注漿孔，、形成3.5m正方形布置注漿孔。注漿孔間距一般采用3.5m,5 主要設(shè)計(jì)參數(shù),1）注漿孔間距一般采用3.5-10m。 2）水泥采用P.O.32.5水泥，水灰比一般為0.6:11:1。 3）壓漿量 按所需充填巖溶孔隙的體積或壓密封閉的覆蓋土層的孔隙體積進(jìn)行控制，注漿量計(jì)算參數(shù)為：充填半

12、徑、裂隙率、損耗系數(shù),4）為使?jié){液在地下能水平擴(kuò)散，在砂土中，灌漿壓力宜選用0.20.5MPa；粘性土中，灌漿壓力宜選用0.20.3MPa。充填地下洞穴和空洞可采用自流灌漿。 5）灌漿終注條件：在灌漿壓力表不小于0.20.5Mpa時(shí)，10分鐘持續(xù)灌漿量小于15L/min,6）防止?jié){液不擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)過(guò)深的措施 充填粗骨料。主要灌砂，堵塞巖縫，縮小過(guò)水?dāng)嗝妫黾訚{液流動(dòng)阻力如遇較大溶洞，可灌入25mm粒徑的小礫石。水砂比以20:1至30:1為好。 注濃漿或加粉煤灰。 添加速凝劑。 降低注漿壓力（孔口壓力在0.2MPa以下） 間歇定量壓漿。一般間歇時(shí)間為46小時(shí)，一次的水泥漿用量以23m3為宜,6質(zhì)量檢

13、測(cè),6.1檢測(cè)時(shí)間和目的 一般質(zhì)量檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在灌漿結(jié)束28d后進(jìn)行。 針對(duì)以充填地下洞穴和空洞為目的灌漿施工，施工完成后，應(yīng)重新檢測(cè)地下洞穴和空洞的情況。 針對(duì)以阻斷地下水的活動(dòng)為目的灌漿施工，施工完成后，應(yīng)重新檢測(cè)地層滲透和固結(jié)的情況,6.2檢測(cè)方法,6.3檢測(cè)工作量,在施工過(guò)程中，加強(qiáng)自檢工作，視工程的重要性和巖溶形態(tài)，在灌漿孔間布置510%質(zhì)量自檢孔，且每個(gè)灌漿段落不得少于2孔。 施工結(jié)束后，選10%的整治段落長(zhǎng)，采用綜合勘探方法，對(duì)施工地段質(zhì)量進(jìn)行全面檢查,6.4質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),分區(qū)初步檢查時(shí)，可以用是否滿足下列條件之一，來(lái)初步判斷灌漿施工質(zhì)量是否符合要求、能否轉(zhuǎn)入下一區(qū)域的灌漿施工： （a

14、）檢查孔巖芯可見(jiàn)多處水泥結(jié)石體，基本填滿可見(jiàn)縫隙，水泥結(jié)石體單軸抗壓強(qiáng)度0.3MPa，橫波波速160m/s。 （b）壓水試驗(yàn)測(cè)定的滲透系數(shù)小于灌漿施工前的1/10。 （c）檢查孔的單位吃漿量不超過(guò)周圍4孔單位平均吃漿量的15。 （d）面波檢測(cè)速度參照d鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范（TB100352002）中12.1.5條。 （e）采用電測(cè)深法進(jìn)行注漿前后物探異常對(duì)比測(cè)試,第三方檢測(cè)時(shí)，采用電測(cè)深、瞬態(tài)面波法及電磁波CT等綜合物探方法，輔以鉆孔取芯、注水或灌漿實(shí)驗(yàn)對(duì)灌漿施工質(zhì)量進(jìn)行全面評(píng)價(jià),6.5質(zhì)量評(píng)價(jià),1、以充填地下洞穴和空洞為目的灌漿施工，充填達(dá)到85%以上。 2、以阻斷地下水的活動(dòng)為目的灌漿施工

15、，滲透系數(shù)降低85%以上。 3、灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)合格點(diǎn)數(shù)達(dá)到檢測(cè)總點(diǎn)數(shù)的80%，且不合格點(diǎn)數(shù)不集中分布、不合格指標(biāo)與合格標(biāo)準(zhǔn)的差值不大于合格標(biāo)準(zhǔn)的40%，可以判定為灌漿施工質(zhì)量合格。 4、竣工資料和工程驗(yàn)收：灌漿工程竣工后，應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收,6.6變形觀測(cè),高等級(jí)鐵路在灌漿段應(yīng)設(shè)沉降觀測(cè)系統(tǒng),7、巖溶及采空區(qū)灌漿工程實(shí)踐基礎(chǔ),我院在上世紀(jì)八十年代就對(duì)巖溶工程問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，并對(duì)成功的工程實(shí)例進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，開(kāi)展了鐵路沿線巖溶地面塌陷及防治的研究，特別是在南昆鐵路、貴昆電化、浙贛縣分宜車站、京滬線太安車站等巖溶整治勘察、設(shè)計(jì)、施工總承項(xiàng)目中成功實(shí)踐，其工程經(jīng)驗(yàn)和研究成果成為鐵路工程勘察和設(shè)計(jì)中巖溶規(guī)范的主要內(nèi)容,8、參考文獻(xiàn),1）厚覆蓋型潛在巖溶塌陷及變形的處理技術(shù)與措施研究（階段性報(bào)告）-武廣客運(yùn)專線韶關(guān)至花都路基地段厚覆蓋型巖溶塌陷預(yù)測(cè)與防治技術(shù)研究 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司、西南交通大學(xué) 二OO八年十二月 成都 2）既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范（JGJ123-2000） 3）鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)程（TB100272001,J125-2001） 4）鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10035-2006,J158-2006） 5）注漿法（中國(guó)堤防工程施