干码片石基础的注浆处理.doc

干码片石基础的注浆处理董汉雄（铁道第一勘察设计院地路处 兰州 730000）摘要：在工程施工中，往往由于设计、施工等原因，会给工程质量和安全留下隐患。本文介绍、讨论了某高速公路一石拱涵干码片石基础注浆处理的全过程，并重点描述了冒浆现象的处理。关键词：干码片石基础；钻孔；注浆；处理1 工程概况某在建高速公路在K18+515处为一石拱涵，该涵依山而建，起排洪作用。该涵结构及尺寸如图1所示。该涵基础：上游12m为天然砂岩基础，完整、强度高；下游及急流坡基础均为干码片石基础。干码片基础结构如图1所示。当施工至如图1所示标高，即石拱涵已建成(急流坡未作)，路基填方已填2.5m厚，距设计标高只有0.3m时，业主方即令停工，因为有人提出干码片石作为石拱涵的部分基础，尤其是是石拱涵的另一部分基础为完整天然砂岩时，会给工程质量及安全留下隐患。施工时片石采用砂岩毛片石，其表面非常粗糙，干码片石时，片石与片石之间必然是点对点的接触，在空气和水等的作用下，片石之间的接触点会发生软化变形，再加上上部压力以及车辆行走产生的振动作用，必然引起干码片石基础的变形下沉，而天然砂岩基础不会有明显变形；另外，石拱涵由石头砌成，无钢筋混凝土的韧性和抗弯变形能力，当其基础发生不均匀沉降或变形时，必然导致石拱涵的开裂或垮塌，从而引起高速公路路基的变形开裂，影响高速公路的正常运营。这样的事例曾在其它高速公路上发生过，故这个问题的提出引起了多方面的高度重视。2处理方案的选择石拱涵已建成，如何处理其干码片石基础留下的质量及安全隐患呢？最直接的方法是拆除石拱涵，拆除其干码片石基础，采用浆砌片石重作基础，再重建石拱涵，这样可彻底根除隐患，但其必然影响施工工期，且成本太高，因此不能采用拆除的方法。经多方面分析论征，我们采用注浆处理方案：在石拱涵两侧地表打钻孔，进入干码片石基础，然后利用钻孔向干码片石基础灌注浆液，充填其空隙、胶结各片石，使其变成一个整体，达到浆砌片石基础的效果。注浆浆液可采用纯水泥浆、水泥砂浆、水泥粉煤灰浆等。采用纯水泥浆：浆液流动性好，扩散半径大，可减少钻孔数量；胶结强度高，可提高整个干码片石基础的强度；施工技术比较成熟，施工质量容易控制。但水泥浆成本高，该方案估算造价为56万元。采用水泥砂浆：用水泥砂浆胶结片石，技术成熟，强度可靠，水泥砂浆成本比较低，但水泥砂浆流动性差，扩散半径小，致使钻孔数量增大，且灌注水泥砂浆需要高压砂浆泵，这将必然增大施工成本。该方案估算造价52万元。采用水泥粉煤灰浆液：浆液流动性好，扩散半径大，钻孔数量少，粉煤灰成本低廉。通过配比试验，可知其抗压强度如下：水泥：粉煤灰：抗压强度（a）9.86.525.76水固比=1:1我们选择水泥：粉煤灰1：2的浆液配合比。该方案的估算造价为30元。3.注浆参数的确定该石拱涵干码片石基础的体积3500m3，其孔隙度取30%，则其孔隙体积V0=1050m3。水泥：粉煤灰=1：2。水固比的取值是可变的，因为在注浆施工过程中，随时要根据注浆情况的变形而调整浆液浓度。设水固比=1：n，根据下列方程组：wwccff cf cfnw式中：w水的质量； w水的密度，取w1000kg/m3； c水泥的质量； c水泥的密度，取c3100kg/m3 f粉煤灰的质量； f粉煤灰的密度，取f2100kg/m3；可计算出配制每方浆液所需原材料的质量，不同的浆液浓度，其所需原材料的质量各不相同。常用的各浆液浓度的所需原材料的质量如下表所示： 水固比项目1：1.11：1.21：1.31：1.41：1.5水泥质量（kg）250265280293305粉煤灰质量（kg）500530560586610水的质量（kg）682662.5646627.8610浆液的密度（wcf）/1（kg/m3）各种浓度浆液的固结率由实验测试可知（如下表）：水固比1：11：21：31：41：5浆液的密度（kg/m3）1.431.4571.4861.5061.525固结率N（%）60667278.585根据干码片石的空隙体积V0和浆液固结率N，可计算出注浆总量V1：V1=V0/N根据注浆总量，以及相应的配合比，可计算出各种原材料的需要量，以便控制材料的进场量。4注浆施工4.1注浆孔布置注浆孔按两排布置，分布在石拱涵的两侧,距石拱涵中心线3.5m。孔间距8.5m，具体位置如图1所示。测放孔位时一定要准确，否则会打到石拱涵上，而破坏之。4.2钻孔及安装注浆管干码片石采用一般的钻探方法难以钻进，使用XY-1型回转钻机，不管采用开水钻还是无泵返循环钻进，都很困难。主要是因为片石个个都是独立的，钻进时容易跟着钻头一起转，另外，钻下来的碎块容易使造成卡钻。施工时我们采用潜孔锤跟管钻进，进尺很快，很适合干码片石的钻进。钻进时用127钻头开钻，当钻穿路基填土至干码片石基础顶面时，换径改用108的钻头钻进，直到钻至干码片石基础底部即可终孔。钻孔结束后，将一端带有130法兰托盘的50的注浆管下入孔内变径处，孔内放入少量砾石，以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏。然后灌入水灰比为1：1.5的水泥浆，浇铸至孔口，这样注浆管就安装成功。4.3注浆根据设计要求，把水、水泥、粉煤灰投到搅拌筒内，搅拌约10分钟，使浆液均匀无结块，然后把浆液输送到储浆池，再由高压泥浆泵、高压胶管、注浆管灌注到干码片石基础的空隙里。注浆系统示意图如图2所示。注浆时采用先稀后稠的方法，注浆开始后，要特别关注注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。先灌注靠近边坡的两个孔，当边坡坡角出现冒浆时，即可停止灌注。当冒浆现象停止时，接着灌注中间两个孔，这时尽可能加大浆液浓度；当边坡坡角又出现冒浆时，就停止注浆。当冒浆结束后，接着灌注后在两个孔，当边坡坡角出现冒浆时，就停止注浆。当冒浆结束后，返过来再灌注头两个孔，这样一直循环灌注，直到灌满整个干码片石基础的空隙。4.4冒浆及处理由于片石是干码而成基础，其空隙连通性非常好。灌注的浆液在重力作用下，首先充填底部片石的空隙。当进一步灌注时，浆液面升高，并在浆液粘滞阻力和片石阻挡下，以及在浆液的沉淀作用下，必然形成以钻孔为顶点的扁圆锥浆液面。当浆液流向石拱涵左右两侧或后面时，会遇至路基填土和天然砂岩基础的阻挡而抬高浆液面，当流向边坡一侧时，会从边坡坡角冒出，如不加处理，靠边坡坡面附近的干码片石空隙将得不到充填。于是我们就用浓稠水泥浆加入少量水玻璃，填塞边坡坡面片石的缝隙，阻止浆液流出。但我们每天只填塞约0.30.5m高的坡面，因为晚上我们不注浆，浆液经过一个晚上的固结时，会析出大量水分，如不既时排出，将影响每二天的注浆质量。经计算，我们每天的注浆量大约会使浆液面抬高约0.30.4m，因此我们只填塞0.30.5m高的坡面，为的是当第二天注浆时，用浆液把浆液固结析出的水分推出基础，从边坡冒出。这样，我们每天结束注浆时，就填塞一段坡面片石缝隙，当多余水分排出后，再填塞一段。这样，随着浆液面的抬高，边坡坡面片石缝隙填塞的高度也逐渐升高。当扁圆椎顶点到达干码片石基础顶面时，采用压力注浆，充填各扁圆锥间的片石空隙，同时，把剩余的边坡坡面片石缝隙全部填塞，只在最高点留一两个排水点即可。当排水点流出的水逐渐变成浆液后，封闭排水点，继续压力注浆约10分钟，使片石空隙充填密实，即可终止注浆。5注浆效果评价（1）在注浆过程中，我们每天制作一组试块。当28天做抗压试验时，水泥粉煤灰固结体最小强度为6MPa，最大强度达到11MPa，平均为7.5MPa，完全满足设计要求。（2）注浆结束7天，我们采用XY-1型钻机在如图所示位置打检查孔。检查发现片石空隙已被水泥粉煤灰固结体完全充填，且胶结性良好。通过