溶洞處理施工技術(shù)的應(yīng)用

【摘要】通過(guò)對(duì)白石窯大規(guī)模溶洞群的施工處理技術(shù)的闡述，掌握溶洞處理施工的工作要點(diǎn)，深入理解在不同工程地質(zhì)條件下，不同類型溶洞的多種處理方法，精確選用適用于本工程的溶洞處理方法。深刻認(rèn)識(shí)了在復(fù)雜地質(zhì)條件下，大規(guī)模溶洞群施工處理綜合技術(shù)的應(yīng)用，掌握溶洞處理施工工藝。【關(guān)鍵詞】溶洞；巖溶；先導(dǎo)孔；充填料；雙液漿；配比

1、工程概況北江（曲江烏石至三水河口）航道擴(kuò)能升級(jí)工程白石窯樞紐船閘工程位于清遠(yuǎn)市英德白石窯水電樞紐左岸。工程內(nèi)容包括新建二線船閘和重建一線船閘，白石窯航電樞紐工程等別為二等，本船閘屬Ⅲ級(jí)船閘，船閘上、下閘首及閘室均為2級(jí)建筑物，上、下游導(dǎo)航墻及靠船墩為3級(jí)建筑物。新建白石窯二線船閘與一線船閘同位于左岸布置，二線船閘有效尺度采用220m×23m×4.5m，一線船閘有效尺度采用140m×23m×4.5m，一、二線船閘上下游共用引航道方案。二線船閘全年圍堰長(zhǎng)937.15m ，結(jié)構(gòu)組成為上游橫向土圍堰31.0m+單排地連墻30m +上游雙排地連墻基礎(chǔ)234.25m+船閘主體段格型地連墻411.65m+下游雙排地連墻 150.25m+下游單排地連墻30m+下游橫向土圍堰50.0m。2、工程區(qū)巖溶發(fā)育情況本工程區(qū)的地貌形態(tài)為峰林谷地，宏觀上為英德巖溶盆地的一部分，巖溶作用已經(jīng)進(jìn)入晚期階段。本工程區(qū)屬于強(qiáng)巖溶區(qū)。根據(jù)前期地質(zhì)勘查資料，本工程巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，地質(zhì)條件非常復(fù)雜，二線船閘的巖溶鉆孔遇洞率88.2%，平均線巖溶率32.9%，本工程區(qū)屬于強(qiáng)巖溶區(qū)。本次主要探討在強(qiáng)巖溶地區(qū)，工程規(guī)模較大的情況下，大規(guī)模溶洞群的綜合處理技術(shù)的應(yīng)用。3、溶洞處理需要達(dá)到的工程效果1）充填洞體內(nèi)空隙，防止洞壁和基礎(chǔ)崩塌；2）堵塞溶洞與外界的直接漏水通道，防止泥漿流失； 3）加固洞內(nèi)原充填欠固結(jié)的軟弱土體，防止軟弱土體在受附加應(yīng)力及自重影響下產(chǎn)生較大的沉降變形，使洞內(nèi)充填物與洞壁間產(chǎn)生過(guò)大的空隙；并且一定程度提高洞內(nèi)填充物承載力特征值；4）確保地下連續(xù)墻順利成槽及成槽質(zhì)量，保證地下連續(xù)墻施工安全；5）對(duì)超大型溶洞（溶洞洞高>10m）或靠近舊船閘位置地連墻進(jìn)行預(yù)處理，采用灌漿和溶洞內(nèi)充填素混凝土結(jié)合的方式適當(dāng)擴(kuò)大化處理，以保證連續(xù)墻施工安全。4、溶洞處理試驗(yàn)1）試驗(yàn)?zāi)康模?）試驗(yàn)論證《溶洞處理試驗(yàn)方案》的可行性、施工效果的可靠性以及經(jīng)濟(jì)上的合理性；（2）確定合理的注漿孔技術(shù)參數(shù)，如注漿孔排數(shù)、排距、孔距、孔深等； （3）確定合理的施工參數(shù)，如注漿壓力、注漿材料與漿液配比、單位注灰量范圍、純水泥漿水灰比、雙漿液配合比、注漿設(shè)備、壓力管道及應(yīng)用范圍等；（4）施工工效、進(jìn)度分析等。2）第一階段施工（1）試驗(yàn)段溶洞概況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及原超前鉆孔位探測(cè)的溶洞高度及充填狀況不同，現(xiàn)擬在先完成超前鉆鉆探的二線船閘下游施工平臺(tái)上選取3個(gè)試驗(yàn)段做溶洞處理和成槽試驗(yàn)。3個(gè)試驗(yàn)段溶洞概況如下：（2） BYZK-77試驗(yàn)段試驗(yàn)方法選擇及效果超前鉆BYZK-77試驗(yàn)段槽段尺寸為1.2m×3m，擬對(duì)該處溶洞暫不處理，直接沖孔成槽，沖孔采用1臺(tái)SLZ-300型沖孔樁機(jī)。本試驗(yàn)段沖孔前未進(jìn)行溶洞處理，沖孔歷時(shí)10天，多次發(fā)生漏漿、塌孔及護(hù)筒周邊塌方現(xiàn)象。經(jīng)多次回填黃土及塊石反復(fù)沖孔，仍未達(dá)到設(shè)計(jì)底高程，沖孔效率低。未達(dá)到預(yù)計(jì)處理效果。（3）BYZK-99試驗(yàn)段試驗(yàn)方法選擇及效果超前鉆BYZK-99孔，已探明的溶洞高度為5.6m，擬在該試驗(yàn)段地連墻兩側(cè)距離墻邊線1.5m處，各布置一排3個(gè)探邊孔，進(jìn)行邊界探測(cè)施工，探邊孔間距為2m，探邊孔兼作灌漿孔，探邊孔直徑為91mm，探邊孔深度按原超前鉆孔深原則設(shè)置，即達(dá)到地連墻底高程并保證3～5米入巖，與超前鉆BYZK-99孔相鄰的兩個(gè)鉆孔BYZK-98、BYZK-100也作為該段溶洞處理的探邊孔及灌漿孔。 前期注漿未按總量控制，漿液流速大，漿液流失嚴(yán)重；后期采用總量控制原則，達(dá)到總量即停止灌漿。本試驗(yàn)段灌注水泥總量為275499.7kg，平均單位注灰量為4124.4kg/m，注漿壓力在0～0.59MPa之間，吸漿量在17.6～53.75L/min之間。溶洞處理后，對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行了抽芯檢測(cè)，根據(jù)抽芯芯樣，溶洞部位未見(jiàn)明顯水泥塊，證明溶洞處理效果不佳。隨后對(duì)該段進(jìn)行成槽沖孔試驗(yàn)，沖孔過(guò)程中，沖至溶洞部位多次發(fā)生漏漿、塌孔及護(hù)筒周邊塌方現(xiàn)象。經(jīng)多次回填黃土及塊石反復(fù)沖孔，仍達(dá)到設(shè)計(jì)要求底高程，沖孔效率低，最終由于塌孔造成地面下陷，并且情況嚴(yán)重不得不終止沖孔。（4）BYZK-88試驗(yàn)段試驗(yàn)方法選擇及效果超前鉆BYZK-88孔，已探明的溶洞高度為13.4m，溶洞較大。擬在該試驗(yàn)段地連墻兩側(cè)距離墻邊線1.5m處，各布置兩排探邊孔，探邊孔直徑為91mm，探邊孔深度按超前鉆孔深原則施工，即達(dá)到地連墻底高程并保證3～5米入巖，與超前鉆BYZK-88孔相鄰的兩個(gè)鉆孔BYZK-87、BYZK-89也作為該段溶洞處理的探邊孔及灌漿孔。 試驗(yàn)首先對(duì)第一排中間孔首先灌注水泥砂漿，砂漿灌注量少，無(wú)法充填滿溶洞。隨后對(duì)外排孔進(jìn)行雙液灌漿，內(nèi)部孔灌注水泥漿的方法進(jìn)行溶洞處理。該試驗(yàn)段注漿采用總量控制原則，灌注水泥量總量為959430kg，外加劑（水玻璃）用量為1783.7kg，周邊孔平均單位注灰量為1397.7kg/m，平均單位外加劑用量為27.95kg，內(nèi)部孔平均單位注灰量為3465.7kg/m。本試驗(yàn)段溶洞段溶洞較大，原本考慮采用砂漿充填溶洞內(nèi)部，節(jié)約灌漿量，試驗(yàn)證明，灌注砂漿對(duì)于半充填溶洞不可行。在BYZK-99試驗(yàn)段沖孔塌方的情況下，為確保施工安全，該試驗(yàn)段放棄了沖孔試驗(yàn)。3）第二階段施工（1）試驗(yàn)段溶洞概況根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及超前鉆孔位探測(cè)的溶洞高度及充填狀況不同，現(xiàn)擬在完成超前鉆鉆探的二線船閘施工平臺(tái)上選取7個(gè)具有代表性試驗(yàn)段做溶洞處理和成槽試驗(yàn)。7個(gè)試驗(yàn)段溶洞概況如下：（2）充填料配比參數(shù)及選用①充填粘性土和水泥混合料（充填料1）因施工特殊性及場(chǎng)地限制，根據(jù)現(xiàn)在實(shí)際情況回填料用量根據(jù)機(jī)械設(shè)備每次裝卸量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，粘性土松散堆積密度取值1300kg/m3，投入相應(yīng)袋裝水泥（每m3回填料合50～100kg水泥）。對(duì)溶洞內(nèi)的充填物進(jìn)行固結(jié)，避免反復(fù)的漏漿反復(fù)回填。漏漿嚴(yán)重、反復(fù)漏漿則應(yīng)加大水泥投入量。適用情況：適用于半充填及全充填溶洞；快速漏漿的槽段。②充填塊石、粘性土及水泥混合料（充填料2）先導(dǎo)孔回填料若采用塊石、粘性土及水泥混合料（每m3回填料摻和50～100kg），塊石粒徑應(yīng)大于200mm、不大于2/3孔徑，黃泥：塊石為3：1。塊石作為填縫材料，主要目的利用沖錘擠壓塊石，充實(shí)溶洞，達(dá)到堵漏的目的。適用情況：適用于串珠溶洞、空洞及大型溶洞的槽段。③充填低標(biāo)號(hào)混凝土（充填料3）若參照上述①②配比參數(shù)進(jìn)行多次充填溶洞仍無(wú)法達(dá)到堵漏效果或漏漿造成槽段導(dǎo)墻發(fā)生塌陷、鏤空，則及時(shí)采用低標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行溶洞充填或?qū)?dǎo)墻周邊加固。5、溶洞處理方法總結(jié)1）先導(dǎo)孔施工由于溶洞有一定的不可預(yù)見(jiàn)性，大小填充情況各不相同。通過(guò)兩階段溶洞處理試驗(yàn)，從工期及成本綜合考慮，確定溶洞處理和地下連續(xù)墻施工同步進(jìn)行。針對(duì)溶洞較大的槽段先施工先導(dǎo)孔，先導(dǎo)孔施工至溶洞頂板后采用φ1200mm鋼護(hù)筒護(hù)壁。利用先導(dǎo)孔對(duì)溶洞進(jìn)行充分的充填直至成孔過(guò)程不漏漿，然后進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工。充填料以塊石、粘土、袋裝水泥混合料（PC32.5R）及低標(biāo)號(hào)素混凝土為主。先導(dǎo)孔的施工原理也可以理解為先處理后成槽，鋼護(hù)筒的目的在于沖破溶洞頂板泥漿流失后對(duì)孔壁的支護(hù)作用，防止漏漿引起的孔壁坍塌。2）針對(duì)半充填及全充填的中小型溶洞（溶洞洞高6m以下）：充填粘性土和水泥混合料，充填后仍無(wú)法正常進(jìn)尺時(shí)，在上述充填物的基礎(chǔ)上增加塊石；3）針對(duì)大型溶洞（6m及以上）：利用先導(dǎo)孔+鋼護(hù)筒護(hù)壁方式，防止快速漏漿造成塌孔；4）針對(duì)串珠型溶洞、無(wú)充填溶洞或大型溶洞（溶洞洞高6m及以上）：充填塊石、粘性土及水泥混合料；5）針對(duì)超大型的半充填或無(wú)充充填溶洞（溶洞洞高10m及以上），或臨近結(jié)構(gòu)物等重要部位的溶洞，或沖孔中出現(xiàn)反復(fù)漏漿、或?qū)呯U空等情況，為確保臨近建筑物安全和施工安全，采用灌漿和充填低標(biāo)號(hào)混凝土相結(jié)合的處理方式。6、結(jié)論截止目前為止，白石窯船閘工程一期全年圍堰地下連續(xù)墻溶洞處理已結(jié)束，基礎(chǔ)土石方開(kāi)挖完成量過(guò)半，工程效果經(jīng)受了實(shí)踐考驗(yàn)。在地下連續(xù)墻施工過(guò)程中，共處理了336個(gè)大小及類型不同溶洞，其施工處理方法在充分論證的基礎(chǔ)上，進(jìn)行逐孔處理?？傊?，大規(guī)范溶洞群處理方法的選取與施工，是針對(duì)不同溶洞，綜合采用充填粘性土、水泥混合料、塊石、素混凝土及灌注漿液等一項(xiàng)或多項(xiàng)施工技術(shù)的充分應(yīng)用。以上，是我對(duì)本工程溶洞處理技術(shù)的一點(diǎn)淺見(jiàn)，希望能給予大家一點(diǎn)提示。作者簡(jiǎn)介：鐘欽生（1962-），廣東人，工程師，主要從事水利水電工程施工。