水泥注浆在治理溶洞塌陷止水防渗工程中的应用

王志勇

摘  要：为防治岩溶区道路塌陷，围护防渗堵漏止水效果，采用水泥注浆工法止水堵漏，封闭岩溶裂隙通道，在咸安区垃圾处理厂岩溶区道路防护工程中效果显著。

关键词：水泥注浆;治理;溶洞塌陷;止水防渗;应用

咸宁市垃圾处理厂岩溶区道路防护工程位于长江中下游平原的鄂南地区治理区石龙水库内形成1个明显岩溶塌陷坑，塌陷坑平面形态呈近“圆形”，顺挡土墙方向长度约为8m、垂直挡土墙方向长度约为12m，塌陷坑深度约为2m;岩溶塌陷区内除该段挡土墙开裂损毁外，其它建筑物未见明显变形，目前该岩溶塌陷影响范围有限，岩溶塌陷的规模为小型。

一、采取工程治理措施及工程量

治理工程措施为：塌陷坑回填+挡土墙工程+溶洞注浆工程等。塌陷坑回填填筑300m3;挡土墙砌筑548m3;钻土层灌浆孔800m，钻岩层灌浆孔625m，M30砂浆灌注430m3;水泥用量338m3。

二、溶洞帷幕注浆工程施工工艺和施工方法

溶洞注浆目的是对塌陷区底部岩溶灌注水泥浆充填固结，对岩溶裂隙、溶洞充填注浆形成结石强度大于MU15MPa的固结体，确保公路路基安全稳定。

（一）施工组织

（1）土石方回填完工后进行，隔排跳成孔，跳孔注浆，待前批次水泥浆液凝固3天后方可施工临近钻孔和注浆。

（2）溶洞注浆工程施工由钻孔施工队3个班组12人、压水试验1个班组3人、浆液调配1个班组6人和浆液注射班组4人负责完成，计划安排6个班组劳动力共25人;现场配XY-150钻机3台，注浆泵3台，空压机2台，搅拌机1台，装载机1台，自卸载重汽车2辆，注浆泵3台，其它设备工具若干，计划工期60天。

（二）施工准备

1、按照设计图纸要求，对场地平整碾压，布置场地，布设电力、供排水、道路设施，搭设施工防护，开挖泥浆循环池、循环槽等。

2、施工测量放线，施放注浆孔位，现场由专职测量工程师根据图纸采用经纬仪进行测量放线和孔口定位，孔位允许偏差±50cm。

3、施工设备调试，钻机安放就位，泥浆泵、注浆泵安放检查、调试、维修，使其保持良好的状态，并报送监理验收后挂牌进行施工。

4、根据设计要求标出注浆孔位置，并进行复测。注浆孔采用矩形放个网状布置，注浆孔位标定后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长，一般为30～50m，以防压力损失。

5、计量设施调试，为了有效控制注浆量，防止浪费成本，我司采用现代化计量设施对成本进行监控。水泥浆计量：水泥浆计量采用拌和站标准电子计量设备，对每一盘水泥浆材料用量进行准确计量，并记录出场水泥浆量。注浆量计量：注浆设备上配备电磁流量计及台式定值控制仪，通过双仪表进行注浆计量。

（三）施工方法

3.1测量放线

由专职测量工程师根据图纸采用全站仪进行测量放线和孔口定位，孔位允许偏差±50cm。

3.2  钻机就位：

钻机安装必须水平、周正、稳固;立轴、天车、钻具中心在同一铅垂线上;用水平尺和角度尺校正钻孔倾角、垂直度，保证天车中心与钻孔的偏差不大于2cm;钻机平台底座必须座落在较坚实的位置，否则用地板垫平，防止施工中倾斜;对各连接部位进行检查，确保机台稳实牢固。

3.3覆盖层成孔，套管埋設：采用108mm的钢套管进行孔口保护，直径比设计孔径大10mm;套管埋设中心偏差不大于2cm，倾斜度不大于1%，套管孔口比地面略低于20cm为宜，与循环槽沟底齐平。校正后用将护筒周围埋实，确保护筒在钻进中不发生位移。

3.4钻进成孔：

根据地层和设计要求及前述确定的施工工艺，选用XY-150型地质钻机。钻孔中心间距3000mm，为保证钻进中部影响注浆的钻孔，采用隔2-3排孔跳孔成孔，为防止坍孔，采用优质低固相泥浆护壁;对卵砾石层采用下套管隔离。

钻孔过程中，随时保证孔内排渣畅通，及时排出孔内岩渣。为防止钻进中排渣道堵塞及卡钻，适当控制进尺速度。如遇排渣不畅时，停止给进，采用来回活动的办法疏通排渣通道，确保钻进的顺利进行，钻井成孔及时作好成孔记录（口径、钻进时间、地层变化情况、钻进参数等），每回次进尺进行钻孔记录和地质素描编录。

3.5  安装注浆泵

在现场指定位置固定注浆机、搅拌机等设备，电源由指定配电箱接入，采用三相五线制电缆，按照一机一闸一漏的要求与机械设备连接。

3.6浆液配制

水泥砂浆制备：宜采用P.O 42.5普通水泥，水泥浆采用专业机械进行拌制，且水泥浆应加入10%的膨胀济，水灰比控制在0.6，水泥砂浆分二级搅拌，一级搅拌完成后放入二级搅拌池继续搅拌，在二级搅拌池内边搅拌边灌注，保证水泥砂浆搅拌均匀。水泥浆的强度根据《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ 70-2009进行试块的制作、试压，必须满足设计要求的强度标准。注浆孔内灌注0.6：1的纯水泥浆，采用P.O.32.5普通硅酸盐水泥，注浆压力为0.2MPa-0.5MPa，根据以上配合比拌制的水泥浆通过现场先导孔施工，从水泥浆的凝结时间、结石率、流动性、浆液扩展性及经济性等方面确定出合理掺砂量、粉煤灰掺量及水玻璃掺量，满足设计及规范的要求，确定出合理的配合比，指导以后的全面施工。

3.7  水泥浆液灌注

1、注浆管路系统的试运转，接好水、电，施工前1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检验，检查管路系统能否耐压，有无漏水;检查管路连接是否正常;检查设备机况是否正常;使设备充分热身。试运转时间为20min。

2、注浆顺序

按自路基坡脚到向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，以保证注浆质量。注浆过程中发现冒浆暂停注浆，孔口封堵后继续进行注浆，但应减少压力或加浓浆液。注浆压力：岩溶地表注浆一般在溶洞或土层中进行，一般工作压力为0.1～0.5Mpa。终孔注浆压力下的流量要求：注浆段的进浆量小于35L/min。实施大孔径注浆，注浆压力一般基岩中不小于0.1～0.3MPa，岩土界面逐步加大到0.3～0.5MPa，最大1.5 MPa。施工过程中根据注浆情况调整注浆压力，注浆泵流量采用35～90L/min。

3、本工程采用二次注浆方式。注浆管用φ30PVC塑料管。二次注浆管距孔口3m以下开泄浆孔（10mm间距50cm）用透明胶封泄浆孔。

（1）一次灌浆：注浆泵需安装压力表，一次注浆压力为0.5MPa，水泥砂浆水灰比控制在0.5，在拔管时管底控制在泥浆面一米以下保持压力注浆以保证泥浆从下往上灌注，从而确保整条微型桩的水泥浆的饱满性。

（2）二次加压灌浆：因一次常压注浆难以达到充盈系数要求，另外水泥浆收缩等因素需进行二次注浆来确保微型桩的成桩质量。二次灌浆在水泥浆初凝以后进行，二次注浆间隔时间不小于2.5-4小时之间，二次劈裂灌浆压力为2-3MPa，保证填满桩孔内空隙及收缩部分即孔口有浓水泥浆反出为止。当全部注浆孔施工完毕，将孔口用M10砂浆封闭，铺设砂浆地坪浇注成一个整体。

4、填充较少的溶洞注浆

注浆开始时，根据地质钻孔揭示的溶洞大小，先向溶洞中快速压一定数量的纯水泥浆，然后用砂浆泵直接将稀水泥砂浆通过压浆管输送至孔底，当砂浆无压下落已经困难时，加压灌注水泥浆。灌浆压力采用0.3～0.5MPa，最大压力达到3.0 MPa左右即可停止注浆。

5、填充量较多的岩溶注浆

向溶洞中注纯水泥浆，注浆压力0.3～0.5MPa，最大压力达到2.0 MPa。

6、当遇有较大溶洞或注浆出现异常情况时，采取适量掺入细砂、粉煤灰、碎石等充填物，或采用加入适量水玻璃、细砂、粉煤灰等混合浆液，加快凝结速率，不断总结施工工艺，减少水泥用量，控制注浆范围，提高工效和保证注浆效果。

3.8注浆结束标准

当注浆达到下列标准之一时，可结束该孔注浆：

1、注浆孔口由小到大，逐渐上升到2.0MPa左右，吸浆量不大于35L/min，维持30min。

2、压力控制标准：当压力超过1.5～2.0Mpa，浆液难以注入时。注浆钻孔基岩完整，或多次注浆，孔口压力超过2.0MPa。

3、注浆范围控制：冒浆点已出有效范围或整治范围外3～5m时。

4、单孔注浆量达到平均注浆量的2.5～3.0倍，且吸浆量明显减少时，当达不到上述标准时，应清孔再次注浆。

5、地质条件控制：浆液已至溶洞下限，注浆受阻进浆困难时。

6、特殊条件控制：当单液注浆压力不大（0.2～0.5Mpa）或降低注浆量，地表仍出现异常上鼓，影响建筑物稳定或公路运行安全时，应立即终止注浆，同时采用附近注浆孔“补偿”的措施。

3.9拔管、回填、封孔

注浆完成后应拔管，若拔管不及时，浆液会把注浆管凝固造成拔管困难。拔出管后，及时刷洗注浆管，以便保持清洁、通畅。拔出管后留下的孔洞，及时用水泥砂浆封孔。

3.10 注浆质量保证措施

1、工程定位测量实行测量员测量、技术负责人审核、监理工程师批准程序，并以书面形式記载，不履行上述程序，不准开工。测量仪器选用高精确度全站仪和水准仪，每次测量后应作固定标记。

2、工程开工前，对工程量施工用的压力表、计量秤、测量仪器等进行计量检定。使用前检查验定证件或报告，无证件或检定不合格的不许使用。

3、开孔前要对钻机安装质量进行验收，确保钻孔位置、角度、孔径符合设计要求，而且确认钻机已经安装牢固后方可开钻。为稳定钻孔孔壁，采用泥浆护壁钻进成孔，在钻进过程中有必要时采用CXD对心护孔套管跟进措施，实行一边钻进同步跟进套管，保护好开孔段孔壁。钻孔、注浆必须严格执行相关施工方案，未经允许，不得更改。

4、使用的所有成品、半成品、配件材料等必须要有出厂合格证和检验报告。施工前必须按规范和设计要求对所使用的成品、半成品、配件、材料等抽样送检，对检验不合格或规格、型号不符合设计要求者禁止使用。进场注浆材料的种类、规格及质量必须检查产品质量证明文件，并现场抽样检验。水泥按同一产地、品种、规格且连续进场的不大于200t为一批，每批抽样检验1组强度、安定性、凝结时间等。严禁使用受潮、结块、变质的加固料。

5、钻孔达到设计深度后要清洗孔底和孔壁的钻屑，钻孔偏差控制如下表：

6、严格按照配合比报告配制浆液，所用材料必须计量称重掺入。

按配合比充分搅拌后，用注浆泵通过注浆管均匀送入孔内，必须时刻注意注浆泵流量、注浆压力的变化情况。注浆用的浆液应经过搅拌机充分搅拌均匀后才能开始注浆，并应在注浆过程中不停地缓慢搅拌，搅拌时间应小于浆液初凝时间。浆液在泵送前应经过筛网过滤。注浆施工时，采用自动流量和压力记录表，并及时对资料进行整理分析。开启或关闭注浆泵时必须先开启或关闭化学注浆泵，以免堵塞管路。

7、施工过程中经常检查并记录注浆压力、浆液流量、注浆量，记录每孔注浆时间、浆液配合比及外加剂用量等施工参数。检查并记录每个注浆孔垂直偏斜率、孔位偏差、钻孔倾角。

8、注浆孔数5%钻孔取芯检查浆液充填情况，直观判断注浆效果。裂隙岩溶、洞穴等必须干钻取芯，岩心采取率大于90%。布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。检查孔同时作为补浆孔。每工点注浆后进行物探检验，通过对注浆前后的物探成果资料进行对比，结合钻孔取芯情况，判断注浆效果。

三、施工过程控制

1、每个先导孔钻探取芯施工单位必须按要求摆放整齐、标明孔号，提钻及取芯样品监理单位必须留存。钻孔记录必须详细描述地质情况，尤其是发现溶洞地段更应描述清楚。

2、注浆出现异常情况必须及时通知设计及建设单位，以便制定下步施工措施。

3、施工过程必须严格执行监理现场旁站制度以及设计、建设单位人员常驻现场场制度，建设四方做到每日一小结，每周一分板，每月一总结，确保注浆质量和效果，保证工程投资爱控。

4、对于注浆量的确认，执行建设四方每日签认制度，当天注浆量必须经建设四方签认后，同时每孔注浆记录必须经建设四方签认。

5、各类设备应就近安装固定管线，不宜过长，以防压力和流量消耗。钻机成孔插入注浆管后及时封堵孔口及附近的地面裂缝以防冒浆。

6、注浆过程加强地面观测记录。

在注浆区域埋设观测桩，在注浆前后观测其地表沉降。一般应在线路中心、路基两侧路堤以及坡脚外（或堑顶外）10m各设一排观测桩，纵向间距一般不大于50m，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。

四、施工安全技术措施

1、钻机应由熟练技工操作，钻进过程中要经常检查防止钻机松动。

2、注浆时施工人员应戴上手套、戴上防护眼镜、穿保护衣。

3、钻进机台施工必须做好地表排水和泥浆循环工作，保护环境，避免污染。

4、机械钻进作业，非施工人员不得进入钻机回转作业半径内，注意安全，闲人不得围观;浆液灌注中防治爆管和管路堵塞。

5、工区用电设二级漏点保护，所有电气设备均采用TN-S接零保护系统。

6、加强机械保养维护，安全检验不合格的机械设备不得进场施工作业生产，严格遵守机械操作规程，遵章守纪，穿戴好防护用品。

7、施工时应与边坡的监测同步进行。当出现险情、并危及施工人员安全时，应及时通知人员撤离。

8、科学合理地安排各分部、分项工程的作业顺序。安全管理工作尤显重要，除施工必须按操作规程执行外，应尽可能利用施工场区分区段、分层次进行施工，原则上采取分区段、分块的施工顺序，严格控制和禁止在浆液未到凝固期就紧临施工钻孔作业。

五、结论

1、钻孔施工中分批次，分部位施工;先周边，后局部;后序次钻孔检查前序次钻孔注浆效果和充盈度;

2、水泥注浆施工中分批次，分部位施工;先周边形成帷幕，后中间突出补强，互相检查验证，后续施工检查确认前序次施工质量评价良好;

3、水泥注浆浆液配比由稀渐浓，水灰比0.8：1——0.6：1;渗流路径由远及近，注浆压力逐渐升高，到达设计值稳定15min时即可，注浆量和注浆压力双指标控制注浆饱满度;

4、水泥注浆在岩溶区塌陷防护、帷幕止水堵漏防渗工程中运用广泛，效果明显，工程实施后，防護区道路稳固，未见明显下沉开裂迹象，道路监测记录显示良好，石龙水库蓄水良好，止水防渗效果显著。