《精品资料2022年收藏莱新高速公路岩溶塌陷灌浆试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品资料2022年收藏莱新高速公路岩溶塌陷灌浆试验研究（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、莱新高速公路岩溶塌陷灌浆试验研究一、工程概况莱新高速公路位于国道205莱芜至新泰段，全长45.6km，路面宽26m，边坡1:1.5，是山东交通基本溅射规划“三纵、三横”重要的一段。其中青泥沟路段K10+400K13+900段穿越莱芜盆地水源地岩溶地基段，路基、路面底基层试验段碾压完工后，出现了桥涵下沉、路基纵横向开裂现象。经地质补充勘察表明，该段地层岩性为中奥陶白云质灰岩，岩溶现象严重，岩溶裂隙、溶沟、溶洞发育，上覆土层较薄，有的剥蚀成为地表水入渗通道。路基周围地表可见多处塌陷坑，塌陷坑孔径一般23m。岩溶发育段埋深一般510m，发育厚度一般1020m，溶洞高0.3m1.3m，充填物为砂土与亚
2、粘土。该路段为岩溶塌陷易发地段，属地质灾害危险性中等区。若不进行处理及防治会存在严重的安全隐患。因此，对其处理技术进行了专项研究。由于该路段穿越莱芜盆地水源地岩溶区，对其路基以下岩溶通道相互贯通，灌浆量不宜控制，为确保工程质量并兼顾工程效益，在该路段进行了常规灌浆技术与灌浆新技术托底灌浆的试验研究 ，取得了良好的试验结果。二、莱新高速公路水源地岩溶发育特征与规律莱新高速公路穿越莱芜盆地的地下水源区，属I 4区燕山山地、胶辽山地环境地质亚区1。本区大地构造单元属中朝地台的北、东边缘，基底隆起，NNE向的郯庐断裂带活动较强烈，平均滑动速率0.4mm/年，曾发生14次强震。地层裂隙发育。区内广泛分布
3、碳酸盐岩，地层以奥陶系马家沟组（O1m）灰岩、白云质灰岩溶蚀最为发育，并受NWW向断层与NNE向断层构造影响，致使断层交汇地带和断层带两侧岩溶发育，地下水运动促使其溶蚀作用加强，为其塌陷提供位移空间。区内地形起伏较大，属于山前斜坡地，为中更新统（Q2）粘土，亚粘土组成，厚度16m，土层结构致密。（1）岩性与构造 据西安建材地质工程勘察院提供的资料，在莱新高速公路K10+400K13+900为岩溶地区发育段，上覆第四系冲洪积和残坡积物，岩性为亚粘土和中粗砂及砂砾。层厚211m。下部为中奥陶白云质灰岩。 场区大地构造位于郯庐断裂带和派生的北西向泰山、莲花山断裂之间，属莱芜盆地与新浦凸起的过渡带之中
4、，场区北西向和北东向两组构造发育，岩溶也多沿两组构造发育。青泥沟断层（F4）在里程K10+430穿过本区，经物探探测，断层破碎带宽9m左右。（2）水文地质条件 本区位于莱芜盆地，岩溶裂隙发育，四周为山地，地表入渗补给条件好，成为地下水埋藏丰富的地下水库，低洼地区为承压水，有众多的上升泉，成为莱钢的取水水源地，日均取水量2.16万m3，由于大量开采地下水，地下水位大幅度下降，本次勘探钻孔深40.3m处未见地下水位。据91年至97年的地下水观测资料记载，水位最大降幅达42m，为此，影响和改变了原有的水文地质特征。 地下水水质为弱腐蚀，为分解类碳酸型腐蚀，含有较多的CO2，化学成份与地表水有较大的差
5、别，虽然地表水补给条件较好，尚不足以改变地下水的化学特征，说明本区的地下岩溶水水量丰富。（3）岩溶发育特征岩溶的发育，与岩石的矿物化学成份、区域地质构造、地形地貌、地下水的补排条件和水的化学成份有着密切关系。本区地貌为盆地，地质构造受郯庐断裂构造和莱芜弧弧形断裂构造的控制，北西向和北东向两组节理发育。岩性为可溶性白云质灰岩，地下水含有较多的CO2，具有弱腐蚀性，为分解类碳酸型腐蚀。本区位于莱芜盆地，盆地四周山区地表水向盆地补给。当地表水沿两组节理裂隙渗入，水中的CO2对白云质灰岩CaC03具有溶蚀作用，在地下水补排过程中，沿着两组结构面发育成溶岩裂缝、溶槽、溶洞，形成目前岩溶发育特征。（4）岩
6、溶分布规律为了查清岩溶分布规律，西安建材地质工程勘察院进行了大量的地质勘察工作，提出了详细的地质勘察报告，中交第一公路勘察设计院提交了205线国道莱芜至新泰高速公路水源地岩溶地基处理报告。经查明，在青泥沟路段K10+400K13+900，地层岩性为中奥陶白云质灰岩、岩溶裂隙、溶槽、溶洞发育，上覆土层较薄，有的剥蚀成为地表水直接入渗通道。经调查在地表多处发现塌陷坑，其规模不大，塌陷坑一般23m，均为覆盖层塌陷。经地质勘探和物探查明，一般岩溶埋深510m，岩溶发育厚度1020m，溶洞高0.31.3m，充填为亚粘土和砂砾，该段为岩溶塌陷易发地段，应属岩溶土洞塌陷，为地质灾害危险性中等区。三、岩溶塌陷
7、成因分析本区岩溶塌陷，经地质调查，未发现大面积的岩体塌陷，而是在岩溶地区上覆土层的岩溶土洞塌陷。在岩溶发育地段，覆盖层较薄，或已遭到破坏，地表水汇集，入渗条件好，就易发生岩溶土洞塌陷。除此之外，岩溶塌陷还与地下水活动有关。在岩溶发育过程中，岩层表面为第四系覆盖，并充填岩溶空隙，在长期地表水入渗、地下水排泄活动中，在地下水活动区域内，一部分充填物被带走，形成渗流通道，逐渐向上发展。当上部土层较薄，地表水长期作用时，地表水沿岩溶通道产生渗流，使充填物在渗水作用下，土体发生潜蚀剥落，形成土洞，逐渐向地面发展，当土洞失去拱效应后，发生剪切破坏，地面土层将发生塌陷；与此同时受地下水活动影响，当地下水位波
8、动较大，也会加剧这一变化过程。特别由于莱钢取水，地下水大幅度下降，岩溶空腔内产生负压，使土体产生吸蚀剥落，更进一步加剧了岩溶地区土洞塌陷。 本区位于莱芜盆地，岩溶裂隙发育，四周为山地，地表入渗补给条件好，成为地下水埋藏丰富的地下水库，低洼地区为承压水，有众多的上升泉，成为莱钢的取水水源地。而莱钢日均取水量2.16万m3，在地下水开采过程中，区域地下水大幅度下降。因此该区地下水位变化比较剧烈。莱新高速公路水源地岩溶情况属盖层土体-薄顶板系统，且薄顶板破碎，溶洞埋深较大，地下水位剧烈波动，又受人工动静荷载作用（现已完成的路基），土体中土洞发育，因此存在路基塌陷隐患。四、 岩溶塌陷防治加固方案研究（
9、1）路基防治加固指导思想1）加固依据 莱新高速公路水源地路段，路经岩溶地区，地表岩溶洞隙发育，并有岩溶塌陷反应；在莱钢水源地大量抽吸地下水，引起地下水位大幅度下降，地表沉降，加剧了岩溶发育，为岩溶易发地段，需要进行防预和加固。2）作好路基排水。 在岩溶发育路段，为防止地表积水浸泡路基，形成入渗通道，产生潜蚀剥落，应做好路基排水设施，及早排除地表水。3）封闭岩溶入口。在岩溶土洞易发地段，进行加固处理，对岩溶入渗口进行封堵，防止地表水渗入引起潜蚀剥落，同时也防止地下水活动产生的吸蚀剥落。（2）路基防治加固范围1）加固原则 岩溶路基加固是一项复杂的隐蔽工程，既费钱又费工，既要保证道路的安全运行，又要
10、控制工程投资和加固工期，在研究方案和确定加固范围内，必须两者兼顾。依据其岩溶地区的地质条件，其加固的原则是：对岩溶洞隙发育、上覆土层较薄、其厚度8m的路段进行封闭加固处理，其余路段做好路基排水处理。2）加固范围依据中交第一公路堪察设计研究院提供的资料，对下列8段进行加固处理。 K10+588K10+616段覆盖土层厚4m，强岩溶带厚15m，其中有小溶洞发育，分布全路基。 K10+695K10+753段岩溶上覆土层厚3.54.5m，岩溶带厚1315m，分布于全路基内。 K10+808K10+828段溶蚀带横跨路基，埋深6m左右，溶蚀带厚度10m左右。 K10+854K10+917段溶蚀带横跨路基
11、，埋深在7.311m之间，7.614.2m溶孔、溶洞发育，于8.5m及9.9m深处各有一个溶洞，高0.5m及0.3m，半充填，充填物为亚粘土和少量碎石，钻孔漏水。 K11+282K11+317段溶蚀带横跨路基，埋深在11m左右，11.3m深处有一个溶洞，高0.3m左右，半充填，充填物为亚粘土，钻孔漏水严重。 K11+589K11+601段溶蚀带横跨路基，埋深在9.5m左右，9.5m深处有一个溶洞，高0.25m左右，少量充填，充填物为亚粘土，钻孔漏水。 K13+360K13+370段溶蚀带的上覆土层厚8.5m，溶蚀、溶洞带厚22.5m。 K13+433K13+468段溶蚀带的上覆土层厚6.0m，
12、溶蚀、溶洞带厚13m。3）路基加固方案 通过岩溶塌陷的机理分析，认为该区为岩溶土洞塌陷。岩溶土洞塌陷和路基沉降，均与地表水浸泡渗入和地下水活动有关，因此只须对岩溶入渗口进行封闭处理，解决水平防渗问题，不需对整个岩溶带进行处理。在岩溶发育带或岩面上形成水平帷幕，加固体厚度35m，加固强度要求大于4MPa。 为了探索科学合理的加固处理方案，根据本地区岩溶发育特点和工程要求，从经济性和科学性考虑，进行了充填灌浆、托底灌浆和远喷距旋喷灌浆方案对比。4）远喷距高压旋喷灌浆试验 4.1.1 试验布置 在路基外侧布置一处地层状况与路基下覆地层情况相同的场地，孔位按梅花布置，孔距2m，孔深23m，开孔直径12
13、7mm。共分三组九孔布置。喷射的要求为：正常喷射一组；复喷一组；先用水割地层然后再正常喷射为一组。喷射过程中应按要求缓慢提升喷头以达到预定厚度。 4.1.2 试验参数远喷距旋喷灌浆试验技术参数 表41项目单位参数孔距m2.0高压水压力MPa3740流量L/min75压缩气压力MPa0.70.8流量m3/h60浆液比重1.6流量L/min80提升速度cm/min48摆动角度360o 4.1.3 试验流程远喷距旋喷灌浆施工工艺流程（图4-1）如下：高压水、压缩气钻孔下喷射管制浆喷射提升回灌结束定孔位 图4-1 远喷距旋喷灌浆工艺流程图 检验方法 开挖检验：待浆液凝结具有一定的强度后，即可开挖检查固
14、结体半径、形状和质量； 岩芯检查：从固结体中钻取岩芯，进行室内物理力学性能试验。在钻孔中做压水试验，测定其抗渗能力。 4.1.4 试验结果本试验按要求现场开挖，挖出桩头检测外观形态，同时测量桩径大小；旋喷体取样送实验室作有关抗压指标参数；在现场作压水实验取得旋喷体的渗透系数。经过现场开挖检验，成桩桩径为1.21.4m（各桩喷射工艺不同），桩身经取样观察，强度差别较大。试样的抗压强度，抗渗指标及弹性模量经实验室检测，数据基本满足要求。远喷距旋喷灌浆能形成连续均匀的防渗体，强度可满足设计的地基承载力的要求；因土层强度高，喷射直径只有1.21.4m，不能满足2m孔距的要求，需增加加固工程量。（5）
15、托底灌浆试验在高速公路路基上选取K10+695K10+753路段进行试验进行托底灌浆试验，所取试验段地基为岩溶发育的白云质灰岩，岩层中溶洞较多，且洞内填充物抗渗稳定性应较差，上覆土层较薄并有吸蚀剥落且溶洞顶板和土层有塌陷。 4.2.2 试验布置 在本试验段，按梅花形布孔，一序孔间距采用5.0m，二序孔间距采用2.5m。 4.2.3 试验参数 灌浆材料。425普通硅酸盐水泥，粘土、粉煤灰。 浆液配比。灌入材料及其配合比需要根据具体钻孔的可灌性，由现场决定和改变。通常要综合考虑以下几个方面的因素：岩、土体裂隙发育程度；钻孔时土层、基岩的漏水情况；岩、土层的钻进速度，是否有掉钻等现象；发现溶洞、土洞时，它们尺寸的大小以及是否有充填物及其情况。 此次采用的注浆材料采用水泥、粉煤灰，其配合比为3：7，水料比为0.50.
