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1、岩溶、采空区灌浆,铁路路基工程地基处理技术规程基础研究 2009年3月,1、铁路路基岩溶（采空区）处理技术研究目标,A,全面收集已有铁路路基岩溶（采空区）灾害整治成功实例. B,提出路基岩溶灾害防治技术设计原理、方法. C,提出路基岩溶灾害防治施工的检测标准。,2、岩溶路基工程地质评价,西南地区灰岩广泛分布，加之降水量丰富，岩溶特别发育。 铁道部委托铁道第二勘察设计院开展了铁路沿线岩溶地面塌陷及防治技研究。 在贵昆铁路、南昆铁路、浙赣铁路分宜车站、京沪铁路的泰安车站等处进行了专门的岩溶地面塌陷的整治。 在全线勘察、设计阶段也进行了专门的岩溶勘察、设计，如南昆铁路。,2.1 岩溶发育程度与岩溶塌
2、陷,岩溶发育程度越高，路基岩溶塌陷越易产生。 以岩性钻孔岩溶率岩溶发育形态连通性岩溶水的富存方式等作为岩溶发育程度的评价依据。,2.2 地下水动态特征与岩溶塌陷,地下水越活跃的区域，岩溶塌陷越易发生。 地下水的活跃程度由以下因数进行描述： 1)，地下水位的位置。 2)，地下水位的波动幅度。 3)，地下水位的波动频率。 4)，地表水入渗的集中程度。,2.3 覆盖层特征与岩溶塌陷,岩溶塌陷时土层、土洞情况,岩溶塌陷的地表情况,岩溶塌陷的地表情况,岩溶地面塌陷机理过程图,铁路沿线岩溶地面塌陷分布图,铁路路基岩溶地面塌陷情况,岩溶塌陷发生于各种成因类型和不同厚度的第四纪覆盖层分布区,通过对湘桂铁路沿线
3、分析，发现： 1)，以平原及谷地的坡残层和洪积层为最；2)，较老的洪积层（当地亦称粘土泥砾层）次之； 3)，一级阶地及河床冲积层（Q4）发生数量最少。 4)，土层厚度以10m以内数量最多。 5)，在洪积、冲积、坡残积等都可能发生。,桂林市西区及临桂一带塌陷与覆盖层性质关系 易遭潜蚀和液化的粉质土、粘土均有利于塌陷坑的形成。,覆盖层的结构与塌陷也有一定的关系， 以混杂结构及一元结构抗塌性较弱。,2.4 岩溶塌陷现状分析,既有铁路岩溶地面塌陷多集中在岩溶发育的东安、永岁、兴安、灵川二塘地区，均属岩溶发育中等强烈的地段，其中以灵川二塘区段最为严重，为厚层巨厚层状纯灰岩分布的岩溶强烈发育区，地貌分区属
4、典型的全岩溶区。 1)、岩溶塌陷现状 地面塌陷多发生于强抽水期。 基坑施工排水发生塌陷 。 塌陷区覆盖层厚度610m。 全岩溶地层 。,2）、塌陷因素分析 （1）岩溶塌陷坑的特征 岩溶塌陷平面形态以圆形至椭圆形为主。纵剖面形态有坛状、井状、倒置漏斗状，也有正漏斗状、碟状及不规则状。 （2）岩溶塌陷的成因类型 主要有两类，即自然的岩溶塌陷和人为的岩溶塌陷。 自然岩溶塌陷是指地质作用下形成的塌陷。,人为岩溶塌陷是由于人为活动，如抽水、基坑排水、地面渗漏、蓄水及荷载、列车震动、爆破等一系列活动，加速了地下水的活动及改变土洞的自稳条件，土洞扩大，土洞盖层失稳，从而促成岩溶塌陷的加速产生与发展。,岩溶塌
5、陷点的成因类型,桂林市区自然岩溶塌陷占31%；在人为岩溶塌陷的69%中抽水便占有52%。由此可见，在城镇及人口密集中区以人为塌陷占优，其中又以抽水引起的塌陷最为重要。,2.5 岩溶塌陷评价分区,岩溶地面塌陷的分区评价模型: F=F1+F2+F3 式中：F-岩溶地面塌陷发生程度评分。 岩溶发育程度评分值，最大值为40。 评分因子有岩石可溶性分组、钻孔岩溶率、剖面面岩溶率、地貌类型。 覆盖层评分值，最大分值为30。 评分依据因子有厚度、性质、组合结构； -为岩溶水动力条件评分值，最大分值为30。 评价因子有水位与基岩面的距离、水位涨幅、变动频率。,湘桂线路基岩溶塌陷评价因子组合与评分,续上表,续上
6、表,根据岩溶地面塌陷发生程度，将岩溶地面塌陷分级如下： 根据F综合评分值，将岩溶地面塌陷分级为 F70， 不易塌陷区； F =7189，易塌陷区； F 90，极易塌陷区。,（1）极易发生岩溶地面塌陷区：沿线岩溶地面塌陷发生程度评分值：F90，段落长17.5Km，主要为类岩组区，岩溶强烈发育，浅埋型岩溶区，岩溶形态的连通性好，岩溶水流动的动力条件好，岩溶水位在基岩面波动，具备土粒运移条件和形成土洞的条件。,（2）易发生岩溶地面塌陷区：沿线岩溶地面塌陷发生程度评分值：71F90，段落长61.5Km，主要为-类岩组区，岩溶中等-强烈发育，浅埋型岩溶区，岩溶形态的连通性较好，有岩溶水流动的条件，岩溶水
7、位在基岩面和土层波动，在岩溶水动力条件发生人为改变时，涉及区域岩溶形态将具备土粒运移条件和形成土洞的条件。,（3）不易发生岩溶地面塌陷区：沿线岩溶地面塌陷发生程度评分值：F70，段落长108.6Km，主要为和类岩组区，岩溶微弱弱发育-中等发育，岩溶形态的连通性不好，岩溶水流动缓慢，岩溶水位在基岩波动，不具备土粒运移条件和形成土洞的条件。,3、路基岩溶治理方案,（1）单个不稳定岩溶形态整治：对不稳定溶洞，埋深较浅，便于揭盖则采取揭盖回填水泥砂浆的办法进行加固处理；埋深较深，则采取钻孔注浆充填不稳定溶洞的办法加固处理。,（2）岩溶形态分区整治：在易发生岩溶地面塌陷区内对在岩溶水动力条件发生人为改变
8、时，具备土粒运移条件和形成土洞的条件区域的岩溶形态。 分区采取钻孔充填注浆，充填注浆影响区域内岩溶形态的办法加固处理。,（3）岩溶地面塌陷诱发条件整治：在极易发生岩溶地面塌陷区：岩溶强烈发育，浅埋型岩溶区，岩溶形态的连通性好，岩溶水流动的动力条件好，岩溶水位在基岩面波动，具备土粒运移条件和形成土洞的条件。 针对岩溶地面塌陷诱发条件分区采取钻孔充填注浆充填土石界面附近岩溶形态、钻孔渗透注浆封堵开口岩溶形态和固结土石界面附近土体的办法加固处理。,4、设计原则,4.1 整治对象 极易发生岩溶地面塌陷区和易发生岩溶地面塌陷区，沿线岩溶强烈发育裸露型岩溶区和已探明的覆盖型岩溶区存在的不稳定溶洞。,4.2
9、 整治宽度 整治宽度为新建铁路路堤坡脚外2m，路堑侧沟平台，坡脚（堑顶）外有岩溶形态危及边坡稳定时，适当加大整治范围。,4.3 整治深度 1、单个不稳定岩溶形态处治深度 1）浅层及开口型溶洞采取揭盖回填M7.5浆砌片石或封闭措施。 2）裸露型岩溶地面以下25m深度内存在不稳定溶洞的地段，有针对性的采取跨越、揭盖回填、钻孔充填措施。当采取钻孔充填时，钻孔深度应至溶洞底板以下2m，一般最大处理至路基面以下10m；对存在多层溶洞的，应查明溶洞发育情况，计算分析安全的加固深度。,3）易塌陷及极易塌陷区存在较大空溶洞、土洞时，应按单个易塌岩溶形态处治思路进行揭盖回填或钻孔充填处理，填充料为砂、碎石（揭盖
10、回填为片石）。 2、充填注浆、渗透注浆加固深度 1）表层土厚度小于30m地段，以钻孔注浆充填基岩面下5m的岩溶形态，渗透注浆封闭土石界面的开口岩溶形态和固结土石界面附近土体，形成水平向隔水帷幕；在加固深度范围有溶洞时，则钻孔注浆至溶洞底板以下2m。,2）覆盖层厚度大于30m时，一般情况下处理深度控制为30m，如在钻孔过程中发现覆盖层中土洞较多，则继续钻进打穿覆盖层至土石界面。,4.4 注浆孔布置 1）对确定需要整治的单个不稳定岩溶形态，在不稳定岩溶形态的位置钻孔充填骨料和充填注浆，据岩溶形态分布范围布置施工钻孔，布孔方式以达到充填目的整治依据，孔间距7-10m。 2）分区采取钻孔充填注浆充填区
11、域内岩溶形态，在易发生岩溶地面塌陷区的岩溶形态区，采取分序钻孔充填注浆，采用两序布置钻孔，序以7.0m正方形布置注浆孔，序在序孔间布孔，形成5.0m正方形布置注浆孔。,3）分区采取钻孔充填注浆充填土石界面附近岩溶形态、钻孔渗透注浆封堵开口岩溶形态和固结土石界面附近土体，在极易发生岩溶地面塌陷区，采取分序钻孔充填和渗透注浆，采用三序布置钻孔，序孔在、序孔间以3.5m正方形布置注浆孔，、形成3.5m正方形布置注浆孔。注浆孔间距一般采用3.5m。,5 主要设计参数,1）注浆孔间距一般采用3.5-10m。 2）水泥采用P.O.32.5水泥，水灰比一般为0.6:11:1。 3）压浆量 按所需充填岩溶孔隙
12、的体积或压密封闭的覆盖土层的孔隙体积进行控制，注浆量计算参数为：充填半径、裂隙率、损耗系数。,4）为使浆液在地下能水平扩散，在砂土中，灌浆压力宜选用0.20.5MPa；粘性土中，灌浆压力宜选用0.20.3MPa。充填地下洞穴和空洞可采用自流灌浆。 5）灌浆终注条件：在灌浆压力表不小于0.20.5Mpa时，10分钟持续灌浆量小于15L/min。,6）防止浆液不扩散过远过深的措施 充填粗骨料。主要灌砂，堵塞岩缝，缩小过水断面，增加浆液流动阻力如遇较大溶洞，可灌入25mm粒径的小砾石。水砂比以20:1至30:1为好。 注浓浆或加粉煤灰。 添加速凝剂。 降低注浆压力（孔口压力在0.2MPa以下） 间歇
13、定量压浆。一般间歇时间为46小时，一次的水泥浆用量以23m3为宜。,6质量检测,6.1检测时间和目的 一般质量检验时间应在灌浆结束28d后进行。 针对以充填地下洞穴和空洞为目的灌浆施工，施工完成后，应重新检测地下洞穴和空洞的情况。 针对以阻断地下水的活动为目的灌浆施工，施工完成后，应重新检测地层渗透和固结的情况。,6.2检测方法,6.3检测工作量,在施工过程中，加强自检工作，视工程的重要性和岩溶形态，在灌浆孔间布置510%质量自检孔，且每个灌浆段落不得少于2孔。 施工结束后，选10%的整治段落长，采用综合勘探方法，对施工地段质量进行全面检查。,6.4质量标准,分区初步检查时，可以用是否满足下列
14、条件之一，来初步判断灌浆施工质量是否符合要求、能否转入下一区域的灌浆施工： （a）检查孔岩芯可见多处水泥结石体，基本填满可见缝隙，水泥结石体单轴抗压强度0.3MPa，横波波速160m/s。 （b）压水试验测定的渗透系数小于灌浆施工前的1/10。 （c）检查孔的单位吃浆量不超过周围4孔单位平均吃浆量的15。 （d）面波检测速度参照d铁路特殊路基设计规范（TB100352002）中12.1.5条。 （e）采用电测深法进行注浆前后物探异常对比测试。,第三方检测时，采用电测深、瞬态面波法及电磁波CT等综合物探方法，辅以钻孔取芯、注水或灌浆实验对灌浆施工质量进行全面评价。,6.5质量评价,1、以充填地下
15、洞穴和空洞为目的灌浆施工，充填达到85%以上。 2、以阻断地下水的活动为目的灌浆施工，渗透系数降低85%以上。 3、灌浆施工质量检测合格点数达到检测总点数的80%，且不合格点数不集中分布、不合格指标与合格标准的差值不大于合格标准的40%，可以判定为灌浆施工质量合格。 4、竣工资料和工程验收：灌浆工程竣工后，应进行验收。,6.6变形观测,高等级铁路在灌浆段应设沉降观测系统。,7、岩溶及采空区灌浆工程实践基础,我院在上世纪八十年代就对岩溶工程问题进行了深入研究，并对成功的工程实例进行系统总结，开展了铁路沿线岩溶地面塌陷及防治的研究，特别是在南昆铁路、贵昆电化、浙赣县分宜车站、京沪线太安车站等岩溶整
16、治勘察、设计、施工总承项目中成功实践，其工程经验和研究成果成为铁路工程勘察和设计中岩溶规范的主要内容 。,8、参考文献,1）厚覆盖型潜在岩溶塌陷及变形的处理技术与措施研究（阶段性报告）-武广客运专线韶关至花都路基地段厚覆盖型岩溶塌陷预测与防治技术研究 中铁二院工程集团有限责任公司、西南交通大学 二OO八年十二月 成都 2）既有建筑地基基础加固技术规范（JGJ123-2000） 3）铁路工程不良地质勘察规程（TB100272001,J125-2001） 4）铁路特殊路基设计规范（TB10035-2006,J158-2006） 5）注浆法（中国堤防工程施工丛书）蔡胜华等编著。,6）水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T51482001） 7）磁铁矿采空区处理施工工艺与技术方法探讨（铁路路基工程）2007年第3期。闵卫鲸、曾德礼 8）路基采空区加固处理施工图及其设计说明书铁道第二勘察设计院，2006年2月。 9）高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册山西省交通厅、中交通力公路勘察设计工程有限公司，北京：人民交通出版社，2005年。 10）建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程国家煤炭工业局，北京：煤炭工业出版社，2000年5月。,