巖溶地基處理實踐

王兆瑞

[摘要]本文結(jié)合工程實例，闡述了灌漿法在處理巖溶地基中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]巖溶；灌漿；地基處理

1引言

建在灰?guī)r上的建筑物常遇到巖溶問題，特別是兩種巖性成分相互交接的地帶更易出現(xiàn)溶隙、溶洞，溶洞、溶隙對地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)易造成不同程度的不利影響。本文結(jié)合某高層住宅的巖溶地基處理實例，較詳細地說明了采用灌漿法處理巖溶地基是比較理想的處理方法。

2巖溶地基地質(zhì)狀況概述

某高層住宅樓，建筑面積27000m2。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地上25層，設(shè)2層地下室，采用筏板基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)資料分析，本建筑物場地位于閃長巖侵入體與奧陶系灰?guī)r的接觸帶上，巖層形成時，巖漿多沿構(gòu)造破碎帶及相對軟弱的泥灰?guī)r順層侵入，其侵入接觸面很不規(guī)則，局部形成閃長巖與灰?guī)r的相互穿插侵入關(guān)系，在侵入過程中，閃長巖體及灰?guī)r均遭受到了嚴重的風化且灰?guī)r裂隙和溶洞比較發(fā)育。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場地部分鉆孔的巖芯表面可見小溶孔、小溶洞，部分溶洞內(nèi)有粘性土填充物，勘探揭露鉆孔中單孔沿豎向遇洞率為10～40％，最天溶洞

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及地質(zhì)雷達探測報告，本工程場地內(nèi)的4個巖溶發(fā)育區(qū)中，I、Ⅱ區(qū)巖溶非常發(fā)育，Ⅲ、Ⅳ區(qū)僅存在較深的溶洞。對I、Ⅱ區(qū)因溶洞較多較淺且溶隙很多，如果不對其進行地基處理，在上部荷載高1.8m，從整個場地看，巖溶發(fā)育很不均勻，為了進一步探明巖溶的發(fā)育情況，采用地質(zhì)雷達對場地范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育及巖性分布進行探測，為了提高探測精度，本次地質(zhì)雷達探測是在基槽開挖后進行的。根據(jù)地質(zhì)雷達的探測分析結(jié)果，整個場地巖溶分布很不均勻，分4個巖溶發(fā)育區(qū)，見圖1，巖溶發(fā)育總體上偏于場地一側(cè)，且在場地的邊緣部位巖溶非常發(fā)育，這對地基的強度、穩(wěn)定性都存在不利的影響，因而影響了上部結(jié)構(gòu)的安全，必須對巖溶發(fā)育區(qū)根據(jù)巖溶的發(fā)育程度進行相應(yīng)的處理。

3巖溶地基處理設(shè)計

3.1地基處理的目的及范圍。巖溶地基處理的主要目的是消除溶洞、溶隙、溶溝等對地基基礎(chǔ)的不利影響，重點是對溶洞的處理。本工程采用筏板基礎(chǔ)，對較小的不連續(xù)相鄰的溶洞，筏板基礎(chǔ)可跨越，對較深的孤立溶洞，當其上的巖體完整性好，只要溶洞直徑或?qū)挾刃∮谄渖蠋r層的厚度時可不處理。對巖溶發(fā)育強烈的區(qū)域，由于巖層內(nèi)溶隙明顯、遍布溶孔，內(nèi)含多個溶洞，必須對巖溶發(fā)育強烈的區(qū)域進行地基處理。作用下，因該巖層整體性差，易在巖體薄弱部位發(fā)生破壞，影響了地基的穩(wěn)定性，應(yīng)進行加固處理，洞I區(qū)可處理至基礎(chǔ)筏板下14m處，洞Ⅱ區(qū)可處理至筏板基礎(chǔ)下12m處；而Ⅲ、Ⅳ區(qū)溶隙不育且溶洞深度較大，溶洞頂部巖體的強度較高，溶洞直徑遠小于其上巖體的厚度，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范Ⅲ、Ⅳ區(qū)可不做地基處理；基礎(chǔ)筏板底20m以下深度處巖性較穩(wěn)定，溶洞不發(fā)育，不需進行地基處理。

3.2地基處理方案。根據(jù)巖溶地基的發(fā)育特點及溶洞的分布情況，采用靜壓灌漿法處理巖溶地基是非常合適的。灌漿法是采用氣壓、液壓或電化學原理，把某些能固化的漿液注入各種介質(zhì)的裂縫或空隙中，以改善地基的物理力學性質(zhì)，以達到防滲、堵漏、加固、糾正建筑物偏斜等目的，灌漿法應(yīng)用范圍廣泛，可用于處理砂基、砂礫石地基、溶洞、斷層及軟弱夾層地基，還可用于一般地基、震動基礎(chǔ)及對已有建筑物的修補等。

對巖溶灌漿的漿液，應(yīng)注重可灌性?？刹捎眉兯酀{、水泥砂漿、水泥砂漿+石子等多種漿液。注漿材料中加入砂、石子是一種很經(jīng)濟的漿液。為了防止?jié){液擴散過遠而流至非需處理的區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)場情況加入適量的促凝劑，如水玻璃等。

灌漿方案的選擇除應(yīng)考慮地基處理的可靠性、經(jīng)濟性外，還應(yīng)注重施工的可易性，即提高灌漿效率，縮短地基處理的周期，加快建筑物的整體施工進度。在鉆孔布置、灌漿方式等方面應(yīng)按上述原則考慮。根據(jù)巖溶地基溶洞、溶隙多發(fā)育且在灌漿壓力下巖層結(jié)構(gòu)不變形的特點，可采用單管靜壓劈裂灌漿，即在靜壓作用下對巖體內(nèi)的溶洞、溶隙充填水泥類漿料，待漿料固結(jié)后與巖體形成整體，而由高的灌漿壓力引起的水力劈裂，可增加巖層的可灌性和漿液到達的距離，因為在裂隙網(wǎng)中可產(chǎn)生新的相互連通，從而提高灌漿的效果。灌漿方式采用自下而上分段灌漿。灌漿時應(yīng)根據(jù)鉆孔揭示的巖溶發(fā)育情況，有溶洞處，當洞內(nèi)無填充物時，采用較濃漿液，可在漿液中添加級配石子，當洞內(nèi)有填充物時，應(yīng)根據(jù)填充物的類型、性能及填充程度，可采用提高灌漿壓力，漿液由稀到濃等方法灌注；有溶隙處，采用較稀的漿液，采用較高注漿壓力；無溶洞、溶隙處可加快灌漿速度。這樣既保證了灌漿質(zhì)量，又提高灌漿速度。

灌漿鉆孔布置方式是很重要的。鉆孔布置方式直接影響灌漿的可靠性和經(jīng)濟性。鉆孔布置過密，則鉆孔多，鉆巖進尺長，鉆孔費用高且加長了施工周期；鉆孔布置過疏，則鉆孔間較大的溶洞得不到處理，影響巖溶地基處理的質(zhì)量。因此，應(yīng)對鉆孔布置方式進行優(yōu)化，找出最適合本工程的鉆孔布置方式。本工程I、Ⅱ巖溶發(fā)育區(qū)由于其巖溶發(fā)育較強烈，除較大溶洞外，還含有小的溶孔及溶隙，地質(zhì)雷達的探測結(jié)果僅提供了較大溶洞的粗略位置，如果直接對其提供位置進行鉆孔灌漿，有可能漏掉對一些溶洞的處理，無法保證巖溶地基處理的質(zhì)量。由于本工程采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，板厚1.2m，對巖層的較小溶洞可跨越，可采用均布鉆孔灌漿方案，鉆孔直徑為110mm，采用梅花形布置，鉆孔間距取1.5m，這樣僅僅是溶洞直徑小于1.5m且整個溶洞處于4個鉆孔之間的孤立溶洞得不到灌漿，其余的溶洞都能探到且能進行灌漿處理，采用此種鉆孔布置，較大溶洞各孔間可相互補充灌漿，有利于保證灌漿質(zhì)量。I、Ⅱ巖溶區(qū)的鉆孔深度分別為14m及12m。

本次灌漿處理按鉆孔與灌漿流水作業(yè)方式實施，以利于縮短施工周期。對I巖溶區(qū)，靠近基礎(chǔ)邊處溶洞外伸范圍不詳，宜先對該處進行灌漿處理，以形成漿體隔離帶，便于控制內(nèi)部灌漿孔的灌漿量，降低灌漿成本。內(nèi)部區(qū)域灌漿時可采用跳躍式灌注方式，即沿鉆孔隔一灌一，直至全部鉆孔灌漿完成。按此種灌漿順序可增大灌漿的密實度，提高灌注質(zhì)量。

4巖溶地基處理方案的實施

4.1灌漿材料。水泥：采用425#普通硅酸鹽水泥；砂：采用質(zhì)地堅硬的天然砂，粒徑不大于2.5mm，細度模數(shù)不大于2.0，SO3含量小于1％，含泥量、有機物含量均不大于3％；石子：采用質(zhì)地堅硬的石材，粒徑分別為2～5mm、5～12mm、12～25mm，含泥量不大于3％；水玻璃：模數(shù)為3，25，濃度為40波美度。

4.2灌漿的施工工藝。灌漿施工流程為：鉆機就位－鉆孔－下灌漿管到底－灌漿－拔灌漿管－鉆孔回灌－封孔。鉆孔時應(yīng)認真做好鉆探記錄，并做好巖層性質(zhì)的描述。對裂隙發(fā)育區(qū)采用水灰比為1：1～0.6：1的水泥漿進行劈裂灌漿；對巖溶發(fā)育區(qū)采用水：

砂：水泥比為(1～0.7)：(0.3～0.5)：(0.5～1)的水泥砂漿進行劈裂+充填灌漿，對較大溶洞采用拋填級配石子+水泥砂漿進行劈裂+充填灌漿。灌漿時必須根據(jù)鉆孔沿豎向的溶洞分布調(diào)節(jié)漿液的成分。漿液濃度以隨灌漿過程由小到大的原則進行控制。灌漿壓力采用0.2～1.5MPa，可隨著灌注率的大小進行調(diào)節(jié)。當鉆孔揭露有溶洞而實際灌漿量較小時，應(yīng)在該孔邊補加鉆孔進行灌漿。灌注I洞區(qū)基礎(chǔ)邊處外伸溶洞時宜在灌漿中加入促凝劑以加速漿料的固結(jié)，摻入量為水：水玻璃=6：1～4：1。鉆孔回灌：第一次灌漿結(jié)束待水泥砂漿初凝后，用灌漿管直接灌入1：0.5：1的水泥砂漿進行補灌。終灌標準：在規(guī)定的壓力下(0.3～1.5MPa)，當灌注率小于0.4L／Min時持續(xù)60分鐘，或在灌注率小于1L／Min時持續(xù)90分鐘，或灌注率小于2L／Min時持續(xù)120分鐘，三者滿足其一即可終止灌漿。

4.3灌漿質(zhì)量控制。由于灌漿施工為地下隱蔽工程，施工質(zhì)量的控制非常關(guān)鍵。施工過程中應(yīng)嚴格按照既定的施工工藝進行，認真做好灌注記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)會同甲方、設(shè)計、監(jiān)理各方共同協(xié)商解決。為了檢驗巖溶發(fā)育區(qū)較大灌漿量的鉆孔的溶洞范圍，在I巖溶區(qū)灌漿量較大的鉆孔外緣布置了3個鉆孔并進行了灌漿對比，得知非巖溶發(fā)育區(qū)的灌漿量遠小于巖溶發(fā)育區(qū)的灌漿量，排除了大灌漿量鉆孔的灌漿不徹底及溶洞延伸的可能性。

4.4特殊情況處理。冒漿、漏漿處理：采用表面封堵、添加促凝劑、低壓泵送、濃漿限量、限流間歇灌漿等方法處理。

跑漿：灌漿段注入量大，灌漿難以結(jié)束時，可采用添加促凝劑、濃漿、間歇灌漿、填充級配粗骨料等方法進行灌漿，直至灌漿結(jié)束。

串漿：如串漿孔具備灌漿條件，可以同時灌漿，應(yīng)一泵灌一孔，否則應(yīng)將串漿孔塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再進行掃孔，而后復(fù)鉆和灌漿。

4.5工程量統(tǒng)計。對巖溶發(fā)育區(qū)灌漿完成鉆探進尺1055m，水泥用量約209t，粗細骨料用量80 m3，化學添加劑用量3.3m3。其中最大灌注量鉆孔折干水泥用量為18.85t，粗細骨料用量4.2 m3，水泥漿灌注量14m3。可見巖溶灌漿處理的造價是較低的。

5結(jié)束語

本工程巖溶地基經(jīng)過灌漿處理，消除了巖溶發(fā)育區(qū)內(nèi)溶洞、溶隙對地基基礎(chǔ)的不利影響，現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)已封頂，地基沉降觀測點的最大沉降量為5mm，說明經(jīng)過灌漿處理的效果是不錯的，巖溶地基采用灌漿處理是比較理想的處理方法。