铁路路基岩溶注浆整治工程质量综合检测技术探讨

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  【摘 要】文章介绍了铁路路基岩溶注浆整治工程质量进行检测的流程,论述了资料采集要点及保障铁路路基岩溶注浆整治工程施工质量的基本原则,并对其岩溶注浆质量检测方法进行了分析探讨,最后结合实例,以贵州省贵阳市成都铁路局贵阳建设指挥部铁路客运专线西南片区一标段中极易塌陷区、易塌陷區各一段扩能改造路基岩溶病害整治工程为例,简要说明岩溶注浆整治工程的质量检测效果,以供参考借鉴。
  【关键词】铁路路基;岩溶注浆;综合检测
  一、资料采集
  1、布置
  面波法和电测深法均属于间接检测方法,为保证检测工作放在工程的重点部位并且便于资料相互对比印证,物探测线布置为:
  ①在线路中线位置布置一条面波法测线,点距7m。
  ②在线路中线位置布置一条电测深法测线,点距均5m,即与原勘察期间所做电测深点距相同。选取2个物探异常位置进行钻孔取芯和压水试验;在物探测线外随机抽取不少于该标段注浆总孔数的2%,即7个位置进行钻孔取芯,随后选取其中1个孔进行压水试验。
  2、设备
  面波法资料采集使用美国Geometrics公司生产的24道GEODE24工程地震仪;电测深法资料采集使用重庆地质仪器厂生产的DZD一2型电法仪;钻孔取芯使用KY一300地质回旋钻机和水泵;压水试验使用PW一150注浆泵、CJ—G3灌浆自动记录仪、25kW发电机及水车等设备。
  二、保障铁路路基岩溶注浆整治工程施工质量的基本原则
  为规范铁路路基岩溶整治施工,保障岩溶整治的质量,必须遵守以下原则。
  1、铁路路基岩溶整治注浆施工,应贯彻“探灌结合,分期整治,分序实施”的原则。充分利用注浆钻孔的勘探优势,进一步查清整治范围内隐伏岩溶的分布情况和发育特征,及时调整或优化整治范围、整治措施和施工工艺,提高路基岩溶注浆加固的效果。
  2、铁路路基岩溶整治注浆施工,在正式注浆施工前应选取试验段进行岩溶整治,通过试验段施工及时明确动态整治施工流程、规范钻孔注浆工艺,确保整治的有效性与针对性。
  3、为便于施工组织,当段落长度过长时(大于200m)可按200m长度划分施工单元,每个单元按分序施工要求施工。各标段岩溶路基整治的施工单元按照里程顺序及线路名称以“标段号+里程范围(公里桩)+单元顺序号”的方法统一编号,单元顺序号以200m划分,不足200m的划为一个单元,000-200m为01;200-400为2,依次类推;如DK26+435~DK26+520表示为“I26-3单元”。
  4、岩溶整治工程必须以保护植被、控制水土流失、保护生态环境为原则,正确处理好生态保护与项目建设的关系,落实环境保护和水土保持措施,促进铁路建设与环境保护和水土保持的协调发展。
  5、为有效控制质量和节约投资,铁路路基岩溶整治采用了“探灌结合,分期整治、分序实施”的动态整治模式。即首先进行一期工程设计与施工,充分利用并发挥注浆钻孔的勘探优势,通过探灌结合进一步探明岩溶发育情况,进而针对性的开展二期工程设计与施工。
  三、铁路路基岩溶注浆质量检测标准与方法
  1、标准
  1.1在质量检测与评判过程中应注意对其适用条件进行必要的验证。
  1.2进行电测深检查测时,应优先选取岩溶形态强烈发育地段布置,测线位置宜与整治前的测线重合。采用电测深法进行注浆前后物探异常对比测试,检测段落整治范围内无明显异常,可认为质量合格。
  1.3对某一整治段落当以上三种检测手段不能同时满足要求时,应根据实际情况进行综合分析是否合格。要求所有整治段落质量100%合格,否则应采取补充加强措施。
  2、方法
  地基岩溶注浆整治效果的检测方法与评价,目前国内暂时没有统一的标准,常用的质量检测方法有:钻孔取芯法、压水试验、物探检测法(其含电测探法、声波检测法、瞬态面波法、电磁波CT法等)。每种方法均有利有弊,存在一定局限性,因此采用几种方法结合起来综合评价较为准确且相对简单。比如采用电测探、瞬态面波法及电磁波CT等综合物探方法,辅以钻孔取芯、压注水试验,对注浆施工前后物性参数变化进行对比,根据注浆加固的目的和地层所能达到效果的反应等,来综合评价判定地基岩溶注浆整治质量。
  2.1钻孔取芯法
  钻孔取芯观察水泥结石充填情况是一个比较直观的方法,由于地质体的各向异性和不均匀性,注浆加固的充填区域和方向具有不确定性,加上裂隙的可注性具有一定的宽度界限(>0.2mm),钻孔取芯观察具有一定的偶然性。施工结束后,视工程的重要性和岩溶形态,按设计要求,在注浆孔间布置不少于5%的质量检测孑L,且每注浆段布置不得少于2孔,钻孔取芯具体标准按照《工程地质钻探标准》(CECS240:2008)执行,检查孔所取岩芯可见水泥结石体,并基本填满可见裂隙,较大的水泥结石体单轴抗压强度≥0.3MPa,即判定为注浆合格。
  2.2压水试验
  压水试验检测注浆效果是对注浆质量进行检测最直接的一种方法,通过注浆前后的压水试验对比,分析注浆前后的单位体积吸水率大小以及是否满足规范要求等,判定注浆充填密实程度,再综合其他检测方法进行验证,最后经综合分析得出结论。具体方法为在注浆孔间布置质量检测钻孔,孔数为注浆孔总数的2,且每个注浆段落不得少于2孔,压水试验具体方法参照《水利水电工程钻孔压水试验规程》(SI31—2003)执行,测定的渗透系数小于注浆施工前的1/10,视注浆施工合格。
  2.3物探检测法
  2.3.1电测探法。电测探法是目前物探检测中最常用的方法,在一般条件下可以基本定性地检测岩溶孔洞的注浆充填效果,其评价分析的基础为被注浆地层的电性差异,检测剖面在溶洞、土洞、溶蚀破碎带强烈发育等电性异常明显地段能较好的排查注浆充填情况,最大限度的避免检测范围内的空洞异常。电测探法~般采用声波测试手段进行辅助检测判断,两者结合进行充填密实性测试。高密度电法原理与常规电测探法是基本一致的。之所以称其为高密度,简单地说就是在进行电法测量时,将测点排的相当密集,一般只有几米的间距。   2.3.2声波检测法。声波测试是对高密度电法检测一种附属和辅助判断手段,其检测是采用单发双收装置。由发射换能器发射的超声波,经水耦合沿孔壁最佳路径传播,先后到达两接收换能器,通过仪器分别读取两接收换能器接收到的超声波到达时问,计算出声波时差及波速,根据介质中波速不同来判断注浆质量。
  2.3.3電磁波CT法。采用电磁波CT对岩溶洞穴的分布、土石界面的识别是较为有效的,特别是能直观地反映孔问地质条件的变化,这是其他方法所不具备的。但由于测试较为复杂,造价较高,未能大量使用,也为建立在统计数据基础上的定量分析带来一定的困难。故本项目未考虑采用该检测方法。
  2.3.4瞬态面波法。瞬态面波法根据岩土体注浆前后面波速度大小和面波频散曲线形态的变化进行综合分析评价,能定量检测岩溶注浆效果,并具有使用方便、灵活、劳动强度低等优点,可以大面积实施和规范化管理。采用瞬态面波法检测岩土体注浆效果时,合格的瞬态面波标准见表l(注:面波检测深度h≤25m)。
  四、综合评价
  综合某一标段上述四种检测方法资料的解释结果,根据不同情况可能得到该标段以下检测结论:①当四种资料判释岩溶注浆质量合格时,判定该标段岩溶注浆质量合格。②当所做物探仅局部地段显示存在低速或低阻异常,或者所做检测钻孑L仅少量孔存在钻孔取芯和压水试验显示注浆质量不合格时,应由施工单位在低速和低阻异常位置,以及钻孔取芯和压水试验资料显示注浆质量不合格孔位,采取重新注浆等补强措施,补强后进行复检工作。复检资料显示岩溶注浆质量合格时,方才可以判定该标段岩溶注浆质量合格,否则该标段应重新进行岩溶整治。③当所做物探地段普遍显示存在低速或低阻异常,或者所做检测钻孔普遍存在钻孔取芯和压水试验资料显示注浆质量不合格时,判定该标段岩溶注浆质量不合格,应重新进行岩溶整治。
  五、实例
  1、工程概况
  贵州地区地质复杂,岩溶路基比例较大、风险程度高。各项目沿线碳酸盐岩广泛分布,岩溶弱~强烈发育,局部地段岩溶地面塌陷现象严重,其中易、极易塌陷区严重影响铁路运营安全,是决定铁路工程成败的关键因素之一。为有效控制质量和节约投资,选择贵州省贵阳市成都铁路局贵阳建设指挥部铁路客运专线西南片区一标段中极易塌陷区、易塌陷区各一段扩能改造工程为案例进行概述。该铁路客运专线一标段里程范围一是D1K545+500~D1K547+298,溶蚀盆地与孤峰地貌,设计采用两序钻孔注桨施工,Ⅰ序钻孔间距7m,Ⅱ序在Ⅰ序孔间布孔(图1);二是D1K585+000~D1K587+000,溶蚀平原地貌,设计采用沿左中线和右中线两排注浆孔,孔距5m(图2)。对两个试验段(点)进行资料收集与分析,对岩溶发育形态进一步细化,分析可能存在的溶洞、溶槽、溶蚀管道、岩溶漏斗等以及地下水运动规津。
  2、设计对质量评价要求
  2.1注浆施工质量检测的单项指标合格点数达到检测总点数的90%,且不合格点不集中分布&不合格指标与合格标准的差值不大于合格标准的20%,其他指标合格,可判定为检测点注浆施工质量合格。
  2.2综合分析后检测点的注浆施工质量100%合格,可判定为注浆质量合格。
  3、注浆质量检测
  3.1压水试验
  共选取三段进行压水试验,每段四个钻孔,按文献【6】提供的方法进行。三段里程分别为:D1K545+500~D1K547+298,D1K585+000~D1K586+000,D1K586+000~D1K587+000。注浆前后的试验结果如表1。
  从表1看出,D1K545+500~D1K547+298段注浆前平均吕容值为62.82,注浆后平均吕容值为7.29;D1K585+000~D1K586+000段注浆前平均吕容值为132.70,注浆后平均吕容值为4.90;D1K586+000~D1K587+000段注浆前平均吕容值为242.84,注浆后平均吕容值为7.76。压水试验结果表明,三段岩溶地基注浆处理后,地基渗透性大幅度降低,注浆效果明显。
  3.2面波检测
  瞬态瑞雷波法已开始应用于地下洞穴勘探及注浆检测,大量的工程实践证明其勘探效果良好,注浆检测符合实际,具有很广的应用前景。图3为试验段而波测试结果,其中,(a)为D1K547+025左中线5m处,(b)为D1K585+450右中线。图3(a)显示了注浆前后地层波速的变化,由此看出,注浆后地层波速大幅度提高,如在设计注浆加固深度位置,注浆前地层波速值为582m/s,注后提至665m/s,波速提高14.3%;设计深度下2m,波速值由590m/s提高至750m/s,提高了27.1%;设计深度上2m,波速值由310m/s提高到440m/s,提高41.9%。注浆后波速值明显提高,波速提高率12.0%一45.0%注浆效果明显。图3(b)显示了该点注浆后的地层波速,与图3(a)对比,该点地层波速值高于图3(a)注浆后地层波速值,由此可知,该点注浆效果明显。
  结束语
  综上所述,通过对贵州省贵阳市成都铁路局贵阳建设指挥部铁路客运专线西南片区一标段中极易塌陷区、易塌陷区各一段扩能改造路基岩溶病害整治工程中,对极易坍陷区,采用两序注浆方法;对易坍陷区,采用沿左右中线两排注浆孔方法,施工顺利,效果良好。同时通过压(注)水试验结果表明,试验段岩溶注浆处理后,吕容值由注浆前的62.82~242.84降低到4.90~7.76,地层渗透系数大大降低。瞬态而波测试表明,注浆后地层波速大幅度提高,提高率为12%~45%,注浆效果明显,具有推广和应用价值。
  参考文献:
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