提高石灰?guī)r溶洞地區(qū)注漿合格率

賴冠軍

（廣東省源天工程有限公司 廣州511340）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，大型建筑基礎(chǔ)設(shè)施得到了進(jìn)一步的發(fā)展，地鐵車站、橋梁、大廈、船閘等建筑的數(shù)量日益增加，這對(duì)深基坑工程的質(zhì)量安全提出了更高的要求［1］。在清遠(yuǎn)樞紐二線船閘深基坑施工過(guò)程中，遇到土洞、溶洞、及溶溝等不良地質(zhì)的情況并不少見，由于溶洞處于地下其形狀、大小、高度、發(fā)育情況及填充物難以確定，給基坑圍護(hù)地連墻施工帶了很大安全隱患，從前期超前鉆資料顯示（見表1），溶洞處于較深位置，若沒有進(jìn)行合理的處理，將直接對(duì)工程的施工工期和質(zhì)量安全造成巨大影響：

⑴溶洞無(wú)充填易形成貫通，與附近河流形成水力聯(lián)系，一旦基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔水失效，易導(dǎo)致基坑失穩(wěn)；

⑵溶洞部位承載力差，易使深基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)；

⑶溶洞區(qū)巖板承載力不足，易被樁基頂穿從而導(dǎo)致基坑路面系統(tǒng)崩塌；

⑷溶洞區(qū)巖體承載力差，易引起主體結(jié)構(gòu)不均勻沉降，給船閘安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)隱患。

⑸廣東省政府要求本船閘工程于2019 年4 月通航，傳統(tǒng)溶洞處理工藝在埋深較深的石灰?guī)r溶洞地區(qū)處理工藝?yán)щy、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，不利于工期保障。

⑹溶洞處理效果直接影響地連墻的施工安全，而地連墻作為整改項(xiàng)目關(guān)鍵線路的重中之重，如果出現(xiàn)施工坍塌，后果不堪設(shè)想。

⑺溶洞處理一直以來(lái)對(duì)任何工程來(lái)說(shuō)都是施工難點(diǎn)，溶洞處理效果的好壞與施工企業(yè)的技術(shù)水平高低密切相關(guān)。

1 溶洞處理合格率影響因素分析及對(duì)策研究

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)《清遠(yuǎn)二線船閘初步設(shè)計(jì)工程地質(zhì)勘察報(bào)告》和現(xiàn)階段已完成的地連墻施工前超前鉆勘察報(bào)告資料統(tǒng)計(jì)，本工程溶（土）洞主要為半填充、全充填物溶洞，少量為無(wú)填充物溶洞。結(jié)合清遠(yuǎn)樞紐二線船閘工程地連墻溶洞處理專項(xiàng)方案，本工程連續(xù)墻一共449槽，其中，經(jīng)過(guò)超前鉆進(jìn)行地質(zhì)勘探后，共241個(gè)槽段發(fā)現(xiàn)溶洞或土洞，見洞率53.67%，施工孔數(shù)一共858 個(gè)，共有452 個(gè)發(fā)現(xiàn)溶洞或土洞，見洞率約52.68%（見圖1～圖2）。

表1 溶洞情況統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Karst Caves

針對(duì)前期溶洞處理40 個(gè)孔的溶洞處理施工效果標(biāo)貫試驗(yàn)進(jìn)行12個(gè)孔位檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)處理的溶洞為8 個(gè)孔，合格率只有66.7%，項(xiàng)目部從40個(gè)不合格孔數(shù)查找原因統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)承載力為72%，漏漿率為17%，坍塌率為11%（見 表2、圖3）。

圖1 基坑內(nèi)部地連墻現(xiàn)場(chǎng)全景Fig.1 Panoramic View of Ground Connecting Wall Inside the Foundation Pit

圖2 溶洞土洞所占比例Fig.2 Proportion of Karst Caves Occupied by Soil Caves

圖3 不合格溶洞土洞孔數(shù)原因統(tǒng)計(jì)Fig.3 Statistics on the Number of Unqualified Karst Cave Soil Holes

表2 調(diào)查階段溶洞處理標(biāo)貫效果檢測(cè)驗(yàn)收Tab.2 Test and Acceptance of Standard Crossing Effect of Karst Cave Treatment in the Investigation Stage

1.2 發(fā)現(xiàn)問題

項(xiàng)目部針對(duì)前期施工情況進(jìn)行整合、總結(jié)，除去施工要素人材機(jī)等一些簡(jiǎn)單易解決的問題外，發(fā)現(xiàn)溶洞合格率較低有2大主要原因：①理論值與實(shí)際值相差大；②注漿的配比選用不當(dāng)［2］。

⑴本工程的注漿孔分布方式是以地連墻中軸線左右兩邊3 m 分布，以此截取了W33 槽的注漿情況進(jìn)行對(duì)比。以雙液漿（水玻璃∶水泥漿）進(jìn)行四邊封閉溶洞，再往中間注射單液漿，水泥水玻璃雙液漿的配比是水泥漿與水玻璃的體積比為4∶1，水玻璃比重為1.125 g/mL，水泥漿水灰質(zhì)量配比為0.8∶1，注漿壓力控制在0.1～0.4 MPa，注漿速度為30～70 L/min。經(jīng)計(jì)算單液漿的最大理論值=4×6×1.9=45.6 t，實(shí)際施工使用51.09 t水泥，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)抽檢水泥水玻璃雙液漿的配比是水泥漿與水玻璃的體積比為3.3∶1，水玻璃比重為1.17 g/mL，水泥漿水灰質(zhì)量配比為0.7∶1，注漿壓力控制在0.3～0.8 MPa，注漿速度為30～70 L/min，所以實(shí)際噸位值的不穩(wěn)定性對(duì)注漿施工預(yù)算、操作、效果的影響非常大［3］。

W33 槽注漿孔分布如圖4 所示，單液漿工程量如表3所示。

現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查分析得出結(jié)論1：理論值與實(shí)際值相差大是主要原因。

圖4 W33槽注漿孔分布Fig.4 Routing Hole Distribution of W33 Slot

表3 W33槽單液漿工程量Tab.3 W33 Tank Single Liquid Slurry Engineering Quantity

⑵經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)施工早期雙液注漿配比的出現(xiàn)偏差，雙液漿配比為水泥∶水∶水玻璃=1∶1.38∶0.3，其原因?yàn)樗ＡШ窟^(guò)高，不滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，易出現(xiàn)以下情況：①水泥水玻璃剛攪拌30 s就產(chǎn)生初凝反應(yīng)，在攪拌池硬化無(wú)法進(jìn)行攪拌或者無(wú)法輸送至溶洞區(qū)域；②雙液漿在輸送漿液的過(guò)程中導(dǎo)致注漿管堵管現(xiàn)象（見圖5）。

圖5 雙液漿施工遇阻現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 Scene of Double Liquid Grout Construction Encountering Obstacles

因此，雙漿液漿的配比人嚴(yán)格控制，對(duì)注漿施工及效果起決定性的影響，需嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的配比進(jìn)行注漿，才能提高施工效率和注漿效果。

現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查分析得出結(jié)論2：注漿的配比選用是主要原因。

以上2 個(gè)問題對(duì)注漿的效果影響非常大，解決這2個(gè)問題是提高注漿合格率的重要途徑。

1.3 解決措施

1.3.1 對(duì)策實(shí)施1：理論值與實(shí)際值相差較大

由于雙液漿的注漿量較難估算、誤差大，項(xiàng)目部進(jìn)行了小區(qū)域單液漿施工工程量的理論值與實(shí)際值的調(diào)查對(duì)比，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域的單液漿實(shí)際施工工程量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值的最大值，針對(duì)此情況QC 小組展開討論，由于石灰?guī)r溶洞處于地下較深，其大小、洞高和填充物松緊情況難以確定，根據(jù)超前鉆及標(biāo)貫試驗(yàn)，確定據(jù)以下幾點(diǎn)原因：

⑴工人注完雙液漿封閉后馬上進(jìn)行單液漿填充施工，雙液漿未完全凝固形成封閉狀態(tài)就受到?jīng)_擊導(dǎo)致水泥漿流失；

⑵注漿泵壓力過(guò)大，流速過(guò)快，在地下性質(zhì)較脆的石灰?guī)r受壓過(guò)大出現(xiàn)溶洞區(qū)域坍塌，破開雙液漿屏障，造成水泥漿流失；

⑶注漿量沒有限制，沒有間歇性施工，無(wú)法給水泥提供穩(wěn)定的凝固環(huán)境，造成重復(fù)施工，浪費(fèi)水泥用量。

針對(duì)存在問題，工程部討論后提出了3條解決措施：

⑴規(guī)范施工班組雙液漿與單液漿施工的間隔時(shí)間，雙液漿注漿施工完成后，由于本工程地下水充足，對(duì)水泥漿的流動(dòng)和稀釋有影響，雙液漿注漿施工完成后，必須隔24 h 后方可進(jìn)行單液漿施工，給予雙液漿凝固硬化的時(shí)間。

⑵本工程溶洞注漿施工使用的是250 型號(hào)的泥漿泵，此型號(hào)的泵一共有低、中、高3個(gè)檔位，分別對(duì)應(yīng)的壓力是0.8～1.8 MPa、1.8～2.8 MPa、2.8～4.0 MPa。為了確保不對(duì)地下巖溶區(qū)造成太大影響和水泥的浪費(fèi)，規(guī)定使用中速檔位進(jìn)行單液漿注漿施工，控制流速和壓力，使水泥能有效地填滿溶洞。

⑶利用全自動(dòng)化注漿后臺(tái)和流量計(jì)進(jìn)行數(shù)額設(shè)置，限定注漿水泥用量，并且提出單孔單次注漿量不得超過(guò)25 t 水泥的施工準(zhǔn)則，若單孔單次注漿量達(dá)到25 t 時(shí)，須立即停止注漿，滿24 h 后方可進(jìn)行二次注漿，以控制水泥用量來(lái)提高施工效果。

經(jīng)對(duì)策實(shí)施后，選取E20 槽段進(jìn)行理論值與實(shí)際值的對(duì)比。E20 槽注漿孔分布如圖6 所示，單液漿工程量如表4所示。

圖6 E20槽注漿孔分布Fig.6 Grouting Hole Distribution of E20 Slot

表4 E20槽單液漿工程量Tab.4 E20 Tank Single Slurry Bill of Quantities

對(duì)策落實(shí)情況檢查：通過(guò)落實(shí)對(duì)策，在現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，此措施實(shí)施后，不但完善了施工標(biāo)準(zhǔn)，而且將水泥用量控制在理論值之內(nèi)，提高了施工效率，確保注漿效果穩(wěn)定。

1.3.2 對(duì)策實(shí)施2：注漿的配比選用不當(dāng)

⑴雙液?jiǎn)喂茏{

此方式是指在地面形成1 個(gè)攪拌池，水泥與水玻璃一起在這個(gè)攪拌池進(jìn)行攪拌，再由1 臺(tái)泵進(jìn)行抽送至溶洞區(qū)域。常出現(xiàn)的問題是水泥與水玻璃在人為或客觀因素的情況下，過(guò)早的在攪拌池產(chǎn)生反應(yīng)，造成堵管、攪拌機(jī)攪拌不動(dòng)等后果，給施工造成巨大困難［4］。

⑵雙液漿配比不科學(xué)

在施工早期，雙液漿配比為水泥∶水∶水玻璃=1∶1.38∶0.3（質(zhì)量比）。此配比經(jīng)試驗(yàn)檢查，發(fā)現(xiàn)水玻璃添加量過(guò)大，造成雙液漿初凝時(shí)間（30 s）過(guò)快，更容易造成堵管，無(wú)法通過(guò)泵輸送到溶洞注漿區(qū)域。

解決措施為：

⑴雙液雙管匯合注漿

在地面形成2 個(gè)攪拌池，1 個(gè)進(jìn)行水泥攪拌，1 個(gè)進(jìn)行水玻璃攪拌，利用2臺(tái)泵進(jìn)行抽送，在孔口形成匯合輸送到溶洞區(qū)域。這種方式減少了水玻璃和水泥產(chǎn)生反應(yīng)后在地面滯留的時(shí)間，不用太多考慮水玻璃與水泥的配比問題，解決了因配比問題導(dǎo)致的機(jī)械運(yùn)行不良的難題，有效的提高溶洞處理注降施工的效率，優(yōu)化施工［5］。

⑵適當(dāng)修改雙液漿配比

經(jīng)過(guò)之前雙液漿配比的效果反應(yīng)，再加上施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，QC 小組斷定1∶1.38∶0.3 的配比存在問題。為此，施工方、監(jiān)理與業(yè)主一起在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了雙液漿配對(duì)，通過(guò)了對(duì)水玻璃特性的研究和施工設(shè)備的可行性，經(jīng)三方討論達(dá)成統(tǒng)一意見，最終決定配比為1∶1.38∶0.16（12 s初凝）。經(jīng)此配比實(shí)施后，施工效率大大提高，水泥和水玻璃用量減少，溶洞處理效果顯著［6］。

對(duì)策落實(shí)情況檢查：通過(guò)落實(shí)對(duì)策，在現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，施工現(xiàn)場(chǎng)按制定對(duì)策實(shí)施，效果良好，達(dá)到對(duì)策目標(biāo)。

1.4 檢查效果

本工程對(duì)注漿效果檢測(cè)使用的是標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)如下：采用隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)不小于10擊。

2017 年5 月10 號(hào)對(duì)已施工區(qū)域隨機(jī)挑選5 個(gè)溶洞處理孔進(jìn)行標(biāo)貫檢測(cè)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見表5）。

從表5可以看出，經(jīng)優(yōu)化后的施工技術(shù)，溶洞處理的合格率達(dá)到100%，并且對(duì)注漿區(qū)域進(jìn)行抽芯檢測(cè)，所抽取的效果十分良好。

1.5 鞏固措施

通過(guò)本項(xiàng)目溶洞處理施工，項(xiàng)目部加強(qiáng)質(zhì)量管理，溶洞處理的驗(yàn)收合格率得到明顯提升。在后續(xù)的鞏固工作中，繼續(xù)采用以上施工方法，保證材料質(zhì)量及使用方式正確；科學(xué)規(guī)范地使用施工設(shè)備；加強(qiáng)人員管理；在此施工配比的基礎(chǔ)上追求更科學(xué)、更利于施工效果的配比。能夠更有效地提高施工效率，優(yōu)化施工方式，保證施工效果，為后續(xù)地連墻施工和基坑開挖奠定安全質(zhì)量基礎(chǔ)，并且在以后的施工中，推廣和發(fā)揚(yáng)此施工方法［7］。

表5 施工檢測(cè)驗(yàn)收Tab.5 Construction Inspection and Acceptance

2 結(jié)語(yǔ)

本文提出的巖溶層地下連續(xù)墻槽壁附近溶洞封閉的施工方法，克服現(xiàn)有技術(shù)中注漿配比理論依據(jù)不足，造成護(hù)壁泥漿和混凝土的大量浪費(fèi)，污染周邊環(huán)境等主要缺陷，并且針對(duì)地下連續(xù)墻附近區(qū)域存在巖溶地質(zhì)問題。該施工技術(shù)能夠減少水泥用料，節(jié)約工程資源，縮短水泥水玻璃漿液凝結(jié)時(shí)間，提高施工效率，保護(hù)周邊環(huán)境，保證注漿漿體凝結(jié)后的強(qiáng)度，確保工程安全進(jìn)行［8］。采用本文提出的施工技術(shù)可有效防止護(hù)壁泥漿滲漏至周圍巖溶洞穴，比傳統(tǒng)施工方法節(jié)省更多的泥漿用量，有效防止混凝土滲漏至周圍地下洞穴，保護(hù)周邊環(huán)境，并且可加快施工進(jìn)程，顯著提高了工程的經(jīng)濟(jì)效益。