岩体中软弱破裂带的灌浆加固技术

岩体中软弱破裂带的灌浆加固技术

直接加固变形岩体的脆弱性处理技术是根据变形岩体的脆弱性认识制定的。在岩质变形体中,在多数情况下,破裂带是具有连续结构面的粘土层或薄层粘土化的光滑面。但其上部滑体通常存在各种连通性好的裂缝,而且是地下水流向滑带的通道,成为降低破裂带抗剪强度的重要因素。因此,一般的岩质变形破裂带,可灌性比较好,当灌入一定的水泥浆后,技术效果和经济性都比较好。显然,水泥的颗粒较大,浆液呈悬浮状,当裂隙宽度<0.1mm时,可能产生停滞受阻,影响扩散半径。但我们已完成的一些滑坡勘察资料表明:变形岩体中的裂隙多在0.5mm以上,软弱破裂带的裂隙一般为0.15mm以上,地下水渗透情况良好,因此,对软弱破裂带采用静压灌注普通水泥浆技术,既可充填其裂缝,还能掺合其粘土类附膜或软弱层,固结后将会大大改善破裂带的抗剪强度及抗渗透性。在土质变形体破裂带中,静压灌浆的效果不好,采用高压旋喷注浆技术,以水泥浆拌合破裂带土体,形成地下固结体或连续挡墙,则可获得满意的效果。1高压旋喷工艺抗剪性能滑坡勘察资料表明,变形岩(土)体软弱破裂带抗剪强度测试数据如表1。我们采用水泥浆液、高压旋喷工艺在成都粘土层中灌注,取样实测,不同水泥含量试样的抗剪强度值如表2。通过上列对比,我们确认,采用灌浆固结改善软弱破裂带的力学性质,提高抗剪强度,能够抑制滑体变形继续产生,并随着灌浆固结的体积增加和固结体强度增加,使滑体的变形逐步减慢,趋于稳定。2调压器上盘滑体由于静压注浆浆液扩散半径小,不适宜于土体,在岩体中除极少数滑体较完整外,多数滑体为松散体,在滑体中浆液流散消耗很大,而软弱破裂带的间隙相对较小,吸浆量偏少。因此,对软弱破裂带的灌浆处理,主要选用旋喷注浆工艺。2.1旋喷孔段操作用于岩体滑坡的软弱破裂带及部分松散滑体的固结。施工工序流程:先以干钻为主成孔,钻孔直径一般为110mm。按设计要求,钻孔入滑床完整岩石0.3～0.5m,旋喷孔段由孔底至孔深1m处。其工艺流程:钻进成孔→插入注浆管消除岩屑、排走孔内泥浆→消除岩屑、排走孔内泥浆→旋喷压浆→拔出压浆管→清洗工具→回填压浆、注浆设备移位。主要工艺参数:旋喷注浆施工前,应进行试验,根据试验结果,确定其技术参数。喷嘴直径3mm,注浆压力15～25MPa,注浆量42～72L/min;提升速度13～26cm/min;旋转速度20r/min,水灰比0.67。2.2旋喷钻具及主要工艺参数用于土质滑坡的软弱破裂带及部分滑体固结。施工工序:钻进成孔→下放旋喷钻具→试喷→高压旋喷成桩→提出旋喷钻具→清洗旋喷钻具→旋喷机移到新孔位→旋喷钻具下入新孔。各工序的具体要求:钻孔直径为75～150mm,深度达到设计进入基岩0.5m以上,保证钻孔垂直。配用的水泥浆水灰比为1,并加入2%GM早强剂,部分桩掺入少量的粉煤灰。旋喷管要下至孔底进行试喷,检查风、水、浆液管路是否畅通。旋喷成桩时要按试桩取得的参数,由下而上边旋转喷射,边提升旋喷管成桩,各桩进行复喷。旋喷终了将旋喷钻具(喷管)提出孔外,及时冲干净。主要工艺参数:清水,流量80～120L/min,喷嘴个数1～2个,喷嘴直径2～3mm,由于施工中要求桩径>0.5m及土体强度不高,选用压力应>20MPa。空气,流量1～2m3/min,喷嘴个数1～2个,喷嘴间隙1～2mm,压力0.7MPa。水泥浆,流量80～120L/min,喷嘴个数1～2个,喷嘴间隙8～14mm,压力13～20MPa。提升速度,10～20cm/min。旋转速度,25～35r/min。施工前应先进行试桩确定各工艺参数,在施工同时,应进行抽样质量检查,其方法可采用开挖、钻孔取样、载荷试验等,进行全过程监控,及时调整。3绩效评估3.1变形点裂缝观测法变形体地面监测方法主要有:GPS卫星监测方法(我们在成都龙泉驿红砂坡滑坡及四川云阳宝塔滑坡采用此方法),地面排桩监测法(仪器法),简易地面变形点裂缝观测法(钢尺)等。3.2坡位、地形变化变形岩体地下监测方法主要是通过钻孔测斜仪对岩体地下的位移变形量监测和地下水的监测,监测岩体中地下水的水位、水质、水温变化及变形岩体地下垂向不同深度的位移变形量,以确定其应力集中部位和应变最大位置及次级变形的各级深度,采用深部位移监测滑坡的变形并寻找其主、次滑面,确定其滑坡性质。我们在云阳宝塔滑坡和康定白土坎滑坡治理勘查中已成功运用并取得很好的效果。对地下水的监测也能使地下水与变形岩体破坏变形的关系更加明确。4变形岩体及其脆弱破裂带的处理对变形岩体及其软弱破裂带应用灌浆处理技术,完成了多项滑坡治理工程,例举如下。4.1成都长安垃圾填埋场1号滑动及滑动4.1.1.滑坡体及基岩该场系固体废物卫生处置场,是成都市重点兴建工程之一。场内兴建运送垃圾公路,在里程K4+76～K5+27路段,因人工填土堆载高5～6m及地下水的影响而诱发滑坡,滑坡复活蠕变处于活动之中,严重影响场道的施工通行。对滑坡的勘察查明,滑坡体长91m,宽50m,厚度由南向北为2.20～10.53m,平均6m,体积约9000m3。主滑方向由北东向北西偏转,下滑推移距离1m,高度1.7m,造成路基条石保坎错开1.5m,涵洞发生断裂坍塌。滑坡体物质由第四系人工填土和残坡积层构成,表层结构松散,孔隙发育,透水性强。上部残坡积层粘土,呈硬塑—可塑状;中部碎粒岩块,风化强烈,裂隙发育,充填粘土及泥岩,与泥质粉砂岩之接触面为滑动带。滑动带之下的基岩呈微风化状态,岩石完整。滑带与岩层倾向一致。倾向80°～110°,倾角20°～30°。4.1.2滑拉裂滑坡根据滑坡规模、滑体厚度及现场地形条件,可知滑坡的形成机理为塑滑拉裂滑坡,并具滑体后部宽度大、前缘宽度小的特点。综合整治工程除排水系统修筑、路堤边坡及涵洞修复之外,主要措施是采用旋喷注浆固结滑坡后部的路基地段,滑坡前缘设置桩基组合抗滑桩挡墙。4.1.3主流膏体设计1路基填方滑带固结面由于场道路段正处于滑坡后部位置,采用旋喷注浆法,通过水泥浆液与岩土体混合、速凝、早强,可很快使路基填方部位的松散体与滑带及滑床固结,如图1所示。其作用是:部分滑体与滑床、路基组合形成新的固结体,可减少滑坡的推移力,提高路基的承载力;封堵滑坡后缘裂缝,减少地表水渗入滑体内部,可抑制滑坡蠕变,减少滑体的位移,改善抗滑桩的成孔安全条件和成孔质量。2旋喷注浆孔施工工程采用单管旋喷注浆法施工,加固范围为50m×8m,深度8～12m,旋喷孔呈梅花形布置,孔距1.5m,排距1.5m,共施工旋喷注浆孔137个,累计进尺1234.10m,灌注425号水泥176.3t,平均每米水泥耗量0.14t。3抗剪强度验算单孔固结有效直径0.6～0.8m,固结体的极限抗压强度一般达到6～8MPa,抗剪强度C值168kpa,摩擦角φ值25.3°,固结体积达1000m3,可减少滑体后部下滑推力,使滑坡稳定系数趋近1,滑体也趋于暂时稳定。4.2实现铁路轨道走廊走廊的护坡管理4.2.1天马山滑坡图7金堂滑坡位于达成铁路金堂隧道口右侧,滑坡前缘为路基长拉沟,施工中因拉槽开挖,深达6～8m,形成临空面,开挖弃土置于滑坡体上加载,雨季来临在地下水和地表水的共同作用下,土体抗剪强度降低而诱发。滑坡前缘长170m,横向宽约60m,外形呈圆椅状,周界明显,前缘凸起,滑舌推倒右侧挡土墙后,局部地段已达左侧挡土墙。土体局部呈软塑—流塑状。中后部有多条弧形裂缝和滑坡平台,中部桔子林倾斜成“醉汉”林,后缘民房开裂成危房。滑坡表土潮湿,地下水位为0.5～2m。滑坡处于发展破坏阶段,后果严重。地质勘察资料表明,该滑坡地处龙泉驿背斜西北部,出露基岩为白垩系下统天马山组泥岩和泥质粉砂岩互层,地层产状倾向北。倾角8°～10°。上覆为第四系全新统成都粘土,自由膨胀率为40%～50%,厚度约8m。在成都粘土与基岩强化带处具有明显的软弱滑面(带),滑体顺基岩面形成牵引式滑移,滑体量为62.4×104m3,如图2所示。4.2.2挡土墙注浆施工金堂滑坡的治理,除结合滑坡面设置排水盲沟、滑体前缘修建重力式路堑挡土墙及墙背反滤层等工程措施综合治理外,主要是采用旋喷注浆成桩加固滑坡滑动带,改善滑动带土体特性,提高抗剪强度,稳定滑坡为主的工程措施。旋喷注浆设计的内容包括:1)采用水泥浆液,有效成桩直径按0.5m设计,桩体允许抗剪强度按170kPa设计(90天龄期)。2)注浆孔横向布置10排,第1～3排按梅花形布置,第4～10排按网格点布置,间距1.2m,如图3所示。3)为保证挡土墙基坑临时开挖边坡的稳定和加固后滑体不沿注浆成桩顶部滑动,第1～3排全孔注浆,第4排注浆长度采用3m,第5～10排采用2m,底部至基岩内0.5m。4)旋喷注浆设计参数:浆液水灰比1;早强缓凝剂掺入量按水泥用量的2%计;注浆压力20MPa。5)设计施工技术要求:注浆从两端开始,成排施工。注浆施工前应做现场试验,根据试验结果调整各项设计参数,选择最佳施工工艺。注浆成桩直径和长度是影响工程安全的主要因素,要求按桩底面以上2m范围内复喷2次。4.2.3锚桩支护施工后的质量测试和滑坡治理的现场试验工程施工从1994年10月8日开始,至1995年1月18日全面结束。共施工导孔1008个,进尺5986m,旋喷成桩1008根,总长5901.28m,工程质量良好。1)在滑坡前缘开挖检查旋喷成桩2根,桩体实测直径为0.5～0.7m,桩体垂直,无断裂、凹陷及夹层。1995年3月18日,对1—57、2—106、1—29桩体进行了物探检查,检查结果是旋喷桩桩体形成直径约为0.6m,与桩周围的土体结合紧密,质量良好,单桩水平允许抗剪强度为195kPa以上。2)成桩后20天,在5根旋喷桩和桩外土层2处作动力触探,测试其承载力。结果证明,滑带原土体承载力由基本值80～100kPa提高到400kPa左右。3)成桩后60天作钻孔深度取样试验共5组,测试结果是平均抗剪强度341MPa,为设计要求抗剪强度的2倍。内摩擦角由20°提高到47°,平均抗压强度2.5MPa,达到设计要求。4)滑坡治理是在动态条件下施工的,为此,