岩溶地段铁路路基注浆加固主要处理原则及注浆量计算方法

岩溶地段铁路路基注浆加固主要处理原则及注浆量计算方法
摘要：岩溶对铁路路基的稳定性危害极大，注浆加固为整治岩溶病害的常用处理措施。

本文介绍了岩溶地段路基注浆加固的主要处理原则，并详细说明了注浆工程量计算的合理方法。

关键词岩溶注浆加固注浆量计算
AbstractKarst is great harm to the stability of railway subgrade, which commonly is handled by grouting reinforcement. The main treatment principle of grouting reinforcement is introduced for railway subgrade in Karst area, the rational method of calculating grouting quality is also illustrated in detail.
KeywordsKarst; grouting reinforcement; calculation of grout amount
1概述
岩溶对路基的危害，一般为溶洞顶板、土洞坍塌引起的路基下沉和破坏；岩溶地面坍塌对路基稳定性的破坏；反复泉与间歇泉浸泡路基的基底，引起路基沉陷，突发性的地下水涌水冲毁路基等。

实践证明，岩溶发育区的覆盖土层、土洞及溶洞、溶蚀裂隙带，在地表水和地下水循环反复变化及抽排地下水等人为活动影响下，极易破坏地基稳定性，诱发地面塌陷，从而危及路基稳定。

因此，对岩溶地区路基，应在综合分析路基稳定性的前提下，对影响路基稳定的岩溶和岩溶水进行预防和处理。

2注浆加固主要处理原则
2.1 岩溶洞穴顶板安全厚度及距路基安全距离的计算
(1)当洞顶板为完整顶板（系指未被节理、裂隙切割或虽被切割但胶结良好，可视为整体的洞穴顶板，否则即为不完整顶板）时，其顶板的厚度与路基跨越溶洞的长度之比（厚跨比）大于0.5时，可认为顶板厚度是安全的。

(2)当洞顶板为非完整顶板时，顶板的厚度大于洞高度的5倍时，可认为顶板厚度是安全的。

(3)当洞顶板为松散覆盖层时，根据土层性质，覆盖层厚15～20m时，可认为顶板稳定性是安全的。

(4)溶洞距路基的安全距离L，按溶洞坍塌时的扩散角进行计算：
安全距离：L=溶洞顶板厚度×ctgβ
坍塌扩散角：岩层时，β=K（45°+岩石内摩擦角/2）,其中K=0.8～0.9；土层时，β为土体综合内摩擦角。

溶洞顶板以上有覆盖土层时，岩土界面处用土体的综合内摩擦角向上延长坍塌扩散线与地面线相交，路基坡脚须在距交点不小于5m以外范围。

2.2 处理对象
处理对象主要为危及路基稳定的溶洞、溶蚀裂隙发育带及覆盖土洞。

2.3 处理宽度
路堤一般加固至坡脚，路堑一般加固至侧沟平台。

当路堤坡脚或路堑堑顶以外有溶洞危及边坡稳定时，加固宽度以满足安全距离确定。

2.4 处理深度范围
(1)对于覆盖层厚度小于5m的溶洞和溶蚀裂隙发育带，注浆加固深度应根据溶蚀裂隙发育情况或溶洞大小、顶板厚度、溶洞的厚跨比等综合确定。

路基基底以下处理深度不小于10m，一般为10~15m。

(2)对于埋藏较深的溶洞和溶蚀裂隙发育带，采用注浆封闭土、石界面，形成隔水帷幕，厚度为5~8m，其中进入基岩内的深度不小于3m；岩溶很发育，溶洞呈串珠状或空洞较大时，进入基岩内的深度应适当增加。

2.5 注浆加固主要技术要求
岩溶地段路基注浆加固处理应采取动态施工，探灌结合、边探边灌方案。

注浆加固前应先进行探孔施工，探明岩溶的分布情况、水流活动特征，确定发育程度及稳定性评价。

2.5.1 注浆孔平面布置
注浆孔平面布置应根据溶蚀发育程度、裂隙、溶缝的连通性等地质条件和注浆压力、浆液浓度等确定，并通过现场注浆试验验证。

注浆孔密度按30~50m2/孔均匀布置，一般情况下，可按孔间距5m梅花形均布，或者按孔间距7m正方形均布并于正方形中心布设加密孔，使加密孔与四周孔间距为5m。

2.5.2 灌注材料
(1)以纯水泥浆为主的单液注浆材料：水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比为0.6:1～1.0:1，一般采用1:1，适用于岩石裂隙的填充补强、填充溶洞及土
层部分注浆。

开始注浆时采用稀浆灌注，当灌入量较大时可据情况采用浓一级的浆液灌注。

(2)水泥砂浆：水:水泥:砂比为（0.8～1.0）:1:1，适用于无填充物的大溶洞及较大裂隙。

(3)水泥-水玻璃双液浆：水:水泥:水玻璃比为（0.8～1.0）:1:（0.1～0.2），水玻璃玻美度为35°～40°Be，模数为2.4～3.4。

适用于：
1)水泥单液灌注，地表冒浆时，用双液封堵；
2)注浆已超出有效范围或处理范围，浆液扩散过远时，用双液控制；
3)岩溶垂直裂隙贯通性好，浆液渗流太深，用双液处理。

(4)对土洞、空溶洞或半充填溶洞，应高压冲填砂、碎石后再进行注浆处理。

(5)对溶蚀裂隙发育、连通性好、漏液严重时，注浆时可掺入一定量的粉土或粉煤灰，粉土掺入量<水泥重量的10%，粉煤灰掺入量为水泥重量的20%～50%。

2.5.3 钻孔
(1)钻孔应深入至溶洞底板以下1.0m处，覆盖层中钻孔采用跟管钻进，直径不得小于110mm。

基岩段终孔直径不得小于91mm。

(2)注浆前须进行成孔冲洗。

对冲洗时返水的钻孔，以冲洗液变清为结束条件。

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。

2.5.4 注浆压力
一般情况下，在基岩中为0.1～0.3MPa，在岩土界面附近逐步加大到0.3～0.5MPa，对覆盖土层、溶蚀裂隙发育带及埋深较大的溶洞、土洞，注浆压力应取较大值。

2.5.5 防止浆液扩散过远过深的措施
(1)灌砂，堵塞岩缝，缩小过水断面，增加水流阻力，如遇较大溶洞，可灌入2～5mm粒径的小砾石，水砂比为20:1～30:1。

(2)灌浓浆。

(3)加速凝剂。

(4)降低孔口压力至0.2MPa以下。

(5)间歇定量灌浆。

一般间歇时间为7~8小时，一次的水泥用量以2~3吨为宜。

2.5.6 终浆条件
(1)注浆孔口压力维持在0.2MPa左右或者逐渐上升到0.4MPa，吸浆量不大于4L/min，持续30min或吸浆量不大于5L/min，持续10min。

(2)冒浆点已出注浆范围外3～5m。

(3)注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力达到1.5MPa。

(4)单孔注浆量达到平均注浆量的1.5～2倍，且进浆量明显减少时。

3注浆量计算
岩溶路基注浆量的计算方法很多，如经验数据法、工程地质比拟法、单孔注浆量法等，由于岩溶发育极具不均一性，以上方法均具有一定的局限性。

岩溶注浆往往平面面积较大，空间上是体积概念，因此将岩溶注浆加固区作为一个整体考虑，采用体积计算法接近实际，控制工程数量较为合理。

3.1 注浆量采用整体计算法：
P=V×β×α/m
其中：V=F×H×η
式中：P-水泥折算总重量（t）
V-注浆范围溶洞（或裂隙）的总体积（m3）
β-岩溶中水泥结石充填系数（按“准水平帷幕”考虑，空洞≈1，充填溶洞=0.7～0.2，随充填岩溶率增加而递减）
α-浆液损失系数，1.2～1.05，随注浆面积增大而减小，一般采用1.1
m-水泥结石率（指1吨水泥搅制成水泥浆在充填溶洞中结石的体积一般为0.6～0.8m3，空洞时为0.9～1m3）
F-注浆控制面积（m2）
H-注浆段长度（m），适当考虑土石接触面的土层厚0.5m
η-岩溶率（或土层裂隙率）
3.2 整体计算法参数和数据的取值
(1)注浆控制面积宽度：路堤一般为坡脚外2m，路堑一般为中线两侧各8m。

(2)注浆段长度（H）：准水平帷幕厚度一般为5～8m，通常平均按5.5m考虑，也可根据实际情况调整。

(3)岩溶率（η）：岩溶率应采用体积岩溶率最为确切，但其值很难准确测得，所以以线性岩溶率取代。

(4)浆液充填系数（β）：β随充填岩溶率增加而递减，充填岩溶率分别为＜10%时，β取0.7～0.6；为10～20%时，β取0.5，为20～30%时，β取0.4，为＞30%时，β取0.3～0.2，当溶洞无充填物时，其浆液充填系数β取1。

4结束语
岩溶地段路基采用注浆加固措施，既能充填开口的洞隙，又能封闭土、石界面，固结岩土体，形成隔水帷幕，有效阻隔地下水上、下活动，较好的消除了路基岩溶病害。

注浆量整体计算法更贴近实际，较好的解决了其他计算方法的粗略性、随意性和多变性，较合理的控制了工程数量和造价。

参考文献：
[1] 铁道部第一勘测设计院.铁路工程设计技术手册（路基）[M].北京：中国铁道出版社，1995
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。