雙液注漿技術(shù)在某串珠溶洞地層的運(yùn)用

謝志杰

（廣東省源天工程有限公司 廣州511340）

0 引言

廣州市花都區(qū)地質(zhì)多為典型的喀斯特地貌，巖溶地貌的整體性差，多溶洞或含泥、含沙溶腔，裂隙發(fā)育，夾層較多，在上部進(jìn)行建筑物施工極易造成塌方，且工后可能存在不均勻沉降的風(fēng)險(xiǎn)。在建筑工程施工時(shí)，遇到串珠類(lèi)型的溶洞，如不對(duì)溶洞進(jìn)行預(yù)處理會(huì)對(duì)工程產(chǎn)生較大危害［1～10］。本文結(jié)合具體工程實(shí)例，對(duì)串珠溶洞預(yù)處理方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，得出一些有益的結(jié)論，以期為類(lèi)似工程的預(yù)處理與施工提供參考。

1 工程概況

某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目位于廣州市花都區(qū)炭步鎮(zhèn)，在已關(guān)停的某發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)擬建規(guī)模為2×400 MW的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。場(chǎng)地圍墻內(nèi)占地呈倒梯型分布，北側(cè)邊界寬度約600 m，南側(cè)邊界寬度約300 m，南北方向?qū)挾燃s300 m。原發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)各上部建（構(gòu)）筑物已拆除，擬建建（構(gòu)）筑物主要有汽機(jī)房、燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、煙囪、集控樓、化水車(chē)間及其它附屬建（構(gòu)）筑物等。上部結(jié)構(gòu)設(shè)置為煙囪、精密儀器廠(chǎng)房，對(duì)后沉降及承載力要求較嚴(yán)格，工程樁主要采用沖孔灌注樁。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)本項(xiàng)目初勘及詳勘資料揭示，本次及前期勘測(cè)共272 個(gè)鉆孔，其中揭露有灰?guī)r的鉆孔256 個(gè)，在256 個(gè)鉆孔中有26 個(gè)鉆孔揭露土洞，有196 個(gè)鉆孔揭露溶洞，進(jìn)入可溶性巖石的總進(jìn)尺為3 109.6 m，溶洞的垂向總高度為1 264.0 m，溶洞多呈串珠狀分布，鉆孔見(jiàn)洞率為81.6%，線(xiàn)溶率為40.5%。 廠(chǎng)址為第四系土層坡殘積層覆蓋，未見(jiàn)巖溶漏斗、落水洞等地表巖溶形態(tài)，未發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地存在淺埋的暗河、廳堂或大型廊道式溶洞，但溶蝕基巖面起伏較大，地下巖溶以較大規(guī)模土洞、溶洞為主，綜合判斷，場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度為極強(qiáng)烈發(fā)育。根據(jù)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范（廣東省標(biāo)準(zhǔn)）:DBJ/T 15-136-2018》附錄C，累計(jì)指標(biāo)分為75 分，為易塌陷區(qū)，綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地的巖溶發(fā)育不穩(wěn)定。

初勘機(jī)詳勘256 個(gè)揭露灰?guī)r的鉆孔中有196 個(gè)鉆孔揭露溶洞，場(chǎng)地揭露的820 個(gè)溶洞，有370 個(gè)溶洞未充填，未充填溶洞總高度為451.5 m，259 個(gè)溶洞半充填，半充填溶洞總高度為462.6 m，191 個(gè)溶洞全充填，全充填溶洞總高度為349.9 m，大部分溶洞中為半充填及未充填，部分為全充填，充填物為軟塑～可塑狀粘性土，混灰?guī)r碎塊，塊徑一般2～8 cm。沉溶洞規(guī)模一般小～較大，個(gè)別地段較大，洞高0.20～7.00 m，平均1.86 m。溶洞多程串珠狀分布。場(chǎng)地典型串珠溶洞情況如圖1所示。

圖1 串珠溶洞典型情況Fig.1 Typical of Beaded Karst Cave

本工程場(chǎng)地大，施工范圍廣，且本工程場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)為強(qiáng)巖溶發(fā)育場(chǎng)地，溶洞、溶溝、溶槽、串珠溶洞數(shù)量多、容積大，而且還有繼續(xù)發(fā)展的可能，為了保證建設(shè)場(chǎng)地的安全，必須對(duì)影響樁基礎(chǔ)施工安全的所有土（溶洞）進(jìn)行溶洞預(yù)處理，確保工程施工安全，確保工程施工能保質(zhì)保量按期順利完工［1］。

3 注漿方案

3.1 采用雙液注漿的原因

本項(xiàng)目溶洞充填情況較好，超過(guò)95%的溶洞處于半充填及全充填狀態(tài)，袖閥管注漿壓力較大，水泥漿+水玻璃雙液漿可與溶洞內(nèi)充填物充分混合，形成較均勻穩(wěn)定的注漿體，能較好地對(duì)溶洞進(jìn)行加固填充。根據(jù)雙液注漿此特點(diǎn)，在大范圍的溶洞區(qū)域可分區(qū)，按由中間往四周注漿的順序進(jìn)行溶洞處理，達(dá)到漿液不外流過(guò)大又能滿(mǎn)足注漿效果的要求［1～3］。

袖閥管注水泥漿需要的直徑較小，孔口直徑可控制在130 mm，終孔直徑在75 mm 左右，便于施工且符合本工程串珠溶洞的實(shí)際情況，根據(jù)超前鉆的溶洞情況，在溶洞處設(shè)置注漿孔。且可以利用樁基礎(chǔ)超前鉆鉆孔（直徑110～90 mm）來(lái)布置袖閥管，節(jié)省成本。雙液注漿充填土（溶）洞，可控制水泥漿的凝固時(shí)間，達(dá)到注漿量可控，質(zhì)量可靠［1～3］。

3.2 雙液注漿配比設(shè)計(jì)

注漿材料的凝結(jié)時(shí)間會(huì)影響漿液的擴(kuò)散半徑，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)，漿液擴(kuò)散半徑越遠(yuǎn)，因此注漿材料的凝結(jié)時(shí)間是注漿工程的重要參數(shù)指標(biāo)。

漿液的凝結(jié)時(shí)間與地下水含量有關(guān)，若地下水豐富，注漿材料會(huì)一定程度上被稀釋?zhuān)Y(jié)時(shí)間也相應(yīng)加長(zhǎng)。

本項(xiàng)目按注漿擴(kuò)散半徑為1.5～2.0 m 設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算確定漿液凝結(jié)時(shí)間為3 min。試驗(yàn)研究了水泥漿水灰比為1∶1，水玻璃濃度為40 Be'，分別和水1∶1、1∶5、1∶10 稀釋與水泥漿1∶1 組成雙液，各配比下的雙液注漿材料凝結(jié)時(shí)間如圖2所示。

圖2 水玻璃濃度對(duì)凝結(jié)時(shí)間的影響Fig.2 Effect of Concentration of Sodium Silicate on Setting Time

試驗(yàn)證明，隨著水玻璃稀釋濃度越小，漿液的凝結(jié)時(shí)間也更長(zhǎng)，在水玻璃濃度40 Be'按1∶10與水稀釋后，初凝時(shí)間約為3 min，與設(shè)計(jì)的初凝時(shí)間相同［2］。

根據(jù)項(xiàng)目試驗(yàn)情況，選用42.5R 復(fù)合硅酸鹽水泥漿+水玻璃（波美度Be=40，水玻璃∶水按1∶10 進(jìn)行稀釋?zhuān)┙M成的雙液漿，水泥漿的水灰比為1.0，注漿壓力按2.0～3.0 MPa 等參數(shù)進(jìn)行溶洞注漿，雙液在袖閥管注漿口匯合后灌注至底部，直至地面注漿孔翻漿為止，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景如圖3所示。

3.3 注漿孔布置及注漿順序

⑴注漿孔布置:對(duì)于樁間距不大于4 m 的的群樁基礎(chǔ)，可利用原有超前鉆鉆孔，埋入袖閥管進(jìn)行注漿。另外除原有超前鉆鉆孔外，應(yīng)在溶洞外圍約1.5～2.0 m處布置注漿孔。如群樁基礎(chǔ)樁間距過(guò)大，可在樁之間根據(jù)溶洞的大小及充填情況增加注漿孔。對(duì)于非群樁基礎(chǔ)，應(yīng)在樁中心兩側(cè)約1.0～1.5 m 距離各布置1個(gè)注漿孔。排氣孔應(yīng)根據(jù)溶洞的分布情況布置于溶洞中部位置，如圖4所示。

圖3 雙液注漿口Fig.3 Double Liquid Grouting Port

圖4 鉆孔（注漿孔）布設(shè)示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Drill Hole（Grouting Hole）Layout

⑵注漿順序:遵循由中間向外圍擴(kuò)散的原則，實(shí)際操作中分塊分區(qū)進(jìn)行注漿，確保揭露的溶洞注漿填滿(mǎn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿情況，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際注漿情況Fig.5 Actual Grouting on Site

4 工程實(shí)施效果

本項(xiàng)目采用雙液注漿后，抽芯檢測(cè)結(jié)果顯示溶洞充填率達(dá)到90%，后續(xù)工程樁沖孔施工中未發(fā)生溶洞塌方、樁身混凝土充盈系數(shù)過(guò)大情況，溶洞預(yù)處理達(dá)到預(yù)期效果，溶洞處理后抽芯現(xiàn)場(chǎng)照片，如圖6所示。

5 結(jié)論

⑴雙液注漿利用原來(lái)超前鉆孔為注漿孔，體現(xiàn)了較高的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。

圖6 溶洞處理后期抽芯現(xiàn)場(chǎng)Fig.6 The Core-pulling Site in the Later Stage of Karst Cave Treatment

⑵串珠溶洞預(yù)處理后，確保了工程樁施工安全和施工工期。

⑶雙液注漿順序由中間往四周擴(kuò)散，確保了注漿量及工程質(zhì)量，使溶洞填充率達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

⑷加入一定濃度的水玻璃使得漿液的凝固時(shí)間縮短，加快漿液凝結(jié)，適用于漏斗式溶洞和串珠溶洞注漿［2］。

⑸對(duì)于類(lèi)似工程的串珠溶洞，可以采用雙液注漿，以最大限度地節(jié)約工程造價(jià)，縮短工期、提高工程施工安全性。