廣州地區(qū)隱伏巖溶區(qū)溶土洞處理技術(shù)探索

摘要：廣花凹陷沉積巨厚的碳酸鹽巖，受該地質(zhì)構(gòu)造影響，在廣州地區(qū)發(fā)育了較多的溶土洞。依托廣州市白云沙亭崗新社區(qū)棚改項(xiàng)目，初步探索隱伏巖溶區(qū)溶土洞處理成套技術(shù)，提出了“試驗(yàn)比對確定處理原則分區(qū)分塊處理處理結(jié)果檢測”的技術(shù)流程，系統(tǒng)闡述了樁基施工過程中遇溶土洞的處理技術(shù)要點(diǎn)及處理原則。研究成果可為廣州乃至廣東省其他巖溶區(qū)域溶洞處理、樁基施工等工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隱伏巖溶區(qū);試驗(yàn)比對;處理技術(shù);樁基施工我國是世界上巖溶地貌分布區(qū)域廣泛、分布面積較大、類型較多的國家之一［1］。廣花凹陷沉積巨厚的碳酸鹽巖，受該地質(zhì)構(gòu)造影響，在廣州地區(qū)發(fā)育了較多的溶土洞。處于隱伏巖溶區(qū)的溶土洞被風(fēng)化物或殘積物充填，深埋于地下，成為隱蔽或半隱蔽的地質(zhì)災(zāi)害，形成潛伏的易發(fā)隱患，對工程建設(shè)危害性極大。長期以來，巖溶區(qū)地基處理一直是工程建設(shè)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)問題。

基于國內(nèi)外一些工程實(shí)踐，國內(nèi)外學(xué)者在溶土洞處理技術(shù)上積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。廖廣超針對高層建筑巖溶處理問題，提出了“先分區(qū)分塊，后點(diǎn)面結(jié)合”的處理方式［2］;黎秉林通過利用大型數(shù)值模擬軟件，驗(yàn)證了所采取的勘察及注漿預(yù)處理方案的可行性［3］。相較于上述一些技術(shù)觀點(diǎn)，隱伏巖溶區(qū)溶土洞深埋于地下，上覆土層較厚，需要更為嚴(yán)格的技術(shù)手段進(jìn)行處理［4］。本試驗(yàn)依托廣州市白云沙亭崗新社區(qū)棚改項(xiàng)目，初步探索隱伏巖溶區(qū)溶土洞處理成套技術(shù)，為廣州市乃至廣東省其他巖溶區(qū)域溶洞處理、樁基施工等工程提供借鑒。

1工程概況

廣州市白云沙亭崗新社區(qū)棚改項(xiàng)目總用地面積約50萬m2，已納入國家和廣東省2018年棚戶區(qū)改造計(jì)劃，共棚改安置7 332套（戶），其中貨幣安置15戶，安置房7 317套、總建筑面積約68.3萬m2，以及配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)面積不少于31.77萬m2。通過對詳細(xì)勘察報(bào)告、物探報(bào)告、超前鉆勘察報(bào)告分析研究，主要得到以下信息：

（1） 溶洞內(nèi)多全充填或半充填流、軟塑狀黏性土或松散砂土，少部分溶（土）洞為空洞，無充填物。施鉆過程中，絕大部分鉆孔鉆至石灰?guī)r面時(shí)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

（2） 溶洞洞高較大，其中50%以上的溶洞洞高大于5 m，且埋深較深，10%左右大于10 m，3～5 m間占比24%，小于3 m占比26%。

2溶土洞處理方案比選

2.1方案簡述

根據(jù)設(shè)計(jì)單位給出的1地塊1A棟、1D棟及1G棟圈定的處理范圍、以及詳細(xì)勘察、補(bǔ)充勘察資料和物探資料，結(jié)合現(xiàn)場情況，本次試驗(yàn)擬采用3種處理方法，分別是吹砂后注純水泥漿、灌注C15素混凝土、注純水泥漿。

2.2參數(shù)要求

（1） 注漿孔孔徑為219 mm，灌砼孔孔徑為800 mm（使用旋挖機(jī)進(jìn)行施工），吹砂孔孔徑219 mm（不同處理方式對應(yīng)不同孔徑的排氣孔），鉆孔進(jìn)入溶洞地面以下不少于0.5 m。

（2） 對于灌注水泥漿的注漿孔，注漿管采用PVC花管注漿，下至溶（土）洞底部上20～30 cm位置，灌注42.5R普通硅酸鹽水泥漿。

（3） 注漿壓力0.6～1.0 MPa，水泥采用42.5R級水泥普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5∶1～1∶1，注漿速度50～120 L/min［5］。

2.3注純水泥漿試驗(yàn)

根據(jù)巖溶專項(xiàng)勘察顯示，該溶洞面積約為37.862 m2，平均洞高約為2.44 m，溶洞體積約為92.38 m3。注漿孔使用前期超前鉆施工預(yù)留孔位。注漿水泥采用42.5R級普通硅酸鹽水泥，注漿過程中水泥漿水灰比控制在0.8左右，注漿壓力控制在0.6～1.0左右，注漿速度50～120 L/min。

（1） 第一次注漿施工

注漿位置為1GZ1，當(dāng)附近的1GZ2孔口開始冒漿后，判定該孔注漿量≤5 L/min，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿。注漿時(shí)間約117 min 27 s，注漿量為14 120 L。

（2） 第二次注漿施工

注漿位置為1GZ2，當(dāng)1GZ3孔口開始冒漿并且注漿壓力開始升高至1 MPa以上時(shí)，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿，并在1GZ1孔口進(jìn)行復(fù)注，當(dāng)注漿壓力開始升高至1 MPa以上時(shí)，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿。注漿時(shí)間約為152 min 51 s，注漿量為19 906 L。

（3） 第三次注漿施工

注漿位置為1GZ4，當(dāng)注漿壓力開始升高至1 MPa以上時(shí)，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿。同時(shí)在1GZ2孔口進(jìn)行復(fù)注，當(dāng)注漿壓力開始升高至1 MPa以上時(shí)，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿。注漿時(shí)間約為204 min 19 s（扣除中午暫時(shí)注漿時(shí)間），注漿量為23 799 L。

（4） 第四次注漿施工

注漿位置為1GZ3，當(dāng)注漿壓力開始升高至1 MPa以上時(shí)，繼續(xù)注漿10 min后停止注漿。注漿時(shí)間約為84 min 1 s，注漿量為14 772 L。同時(shí)進(jìn)行1GZ4孔位的復(fù)注，并在1GZ3停注約2 h后進(jìn)行復(fù)注。注漿時(shí)間約為86 min 53 s，注漿量約為12 499 L。

該溶洞容量約為92.38 m3，本次注漿總量為85 096 L，即85.096 m3，純水泥漿注漿試驗(yàn)情況較好，基本完成預(yù)定目標(biāo)［6］。

2.4吹砂后注純水泥漿

根據(jù)巖溶專項(xiàng)勘察顯示，該溶（土）洞由1AZK1、1AZK2、1AZK3 3個(gè)鉆孔揭露。溶洞范圍面積約27.586 m2，洞高為5.39 m～6.45 m，洞頂埋深28.53～29.75 m，溶洞體積約為177.8 m3，溶洞內(nèi)100％半填充，填充物為軟塑狀粘性土。溶土洞處理前需提前進(jìn)行吹砂孔成孔（吹砂孔孔徑219 mm）。使用砂漿泵和地泵進(jìn)行吹砂作業(yè)，預(yù)埋管管底下至溶洞頂板下20～30 cm。1AZ1、1AZ2、1AZ3為原超前鉆孔位。其中，1AS1終孔深度31.96 m，溶洞范圍31.8～35 m，洞高3.2 m，埋管深度33 m;1AS3終孔深度39.22 m，溶洞范圍35.7～39 m，洞高3.3 m，埋管深度37 m;1AS2終孔深度38.81 m，溶洞范圍32.85～38.3 m，洞高5.45 m，埋管深度35.85 m。

首先通過對預(yù)埋管中壓送空氣，孔內(nèi)開始返出泥漿水，但附近孔位均未感受到氣體排出，持續(xù)時(shí)間為30 min。接著對1AS2孔進(jìn)行清孔作業(yè)，向預(yù)埋管中壓送空氣，孔內(nèi)開始返出泥漿水，但附近孔位同樣無氣體排出，持續(xù)時(shí)間為30 min。

經(jīng)過重復(fù)上述作業(yè)后，由于3個(gè)吹砂孔位均無法順利排氣，經(jīng)現(xiàn)場研究后，終止本次吹砂試驗(yàn)。

該溶洞容量約為177.8 m3，本次吹砂總量為1.056 m3，由此可見，吹砂試驗(yàn)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足本次溶洞處理技術(shù)要求。

2.5灌注C15素混凝土試驗(yàn)

根據(jù)熔巖專項(xiàng)勘察顯示，該范圍土洞共有1DZK5、1DZK9、1DZK14、1DZK15、1DZK16這幾個(gè)鉆孔揭露。溶洞面積約155.687 m2，洞高2.74～8.4 m，洞頂埋深29.97～33.6 m，溶洞體積約為777.48 m3，溶洞100％填充，填充物為軟塑性黏性土、砂粒、巖碎塊。溶土洞處理前需提前用旋挖機(jī)進(jìn)行灌砼孔成孔（孔徑800 mm）。使用導(dǎo)管法灌注C15素混凝土，導(dǎo)管底下至溶洞頂板下20～30 cm。1DG1孔深36.5 m，溶洞范圍為29.4～36.3 m，洞高6.9 m；1DG2孔深36.2 m，溶洞范圍為30.6～36.1 m，洞高5.5 m；1DG3孔深27.2 m，溶洞范圍為24.5～27.1 m，洞高2.6 m。

（1） 第一次灌注砼施工

第一次灌注砼施工，孔號(hào)為1DG1?；炷凉嘧⑶笆褂脺y繩進(jìn)行孔深測量，測繩讀數(shù)為33 m（成孔深度36.5 m）。實(shí)際灌注混凝土量約3.8 m3后，混凝土液面上升3.6 m至溶洞頂板。同理對1DG2、1DG3進(jìn)行上述作業(yè)，發(fā)現(xiàn)3次灌砼施工總量為14 m3，而該溶洞容量約為777.48 m3。由此可見，灌砼試驗(yàn)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足本次溶洞處理技術(shù)要求。

結(jié)合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合考慮現(xiàn)場實(shí)際條件，最終確定以注純水泥漿的方式進(jìn)行溶土洞處理［7］。

3溶土洞處理

3.1溶土洞處理方法選擇

（1） 對全填充溶洞，采用袖閥管注漿處理。

（2） 對連通性較好或串珠狀溶洞，應(yīng)采用雙液漿或者灌注素混凝土方法進(jìn)行處理。

3.2注漿孔布置

注漿管宜進(jìn)入溶洞頂板以下0.3～0.5 m，施工單位可根據(jù)現(xiàn)場試灌情況調(diào)整。灌注水泥漿時(shí)，注漿管應(yīng)達(dá)到溶洞或土洞底部。泥砂漿或純水泥漿的注漿孔孔徑110～130 mm，排氣孔孔徑不小于90 mm，袖閥管所需的管徑為Φ50，吹砂所需的管徑為Φ300，灌注混凝土所需孔徑為Φ300。灌注砂漿的注漿孔附近布置1～3個(gè)排氣孔，排氣孔距離注漿孔2 m左右，終孔孔徑不小于90 mm，呈“品”字型（見圖1）。

3.3注漿壓力及配比

（1） 對于灌注水泥砂漿的注漿孔，先泵送水泥砂漿（采用108～127鋼管，壁厚4 mm），注漿壓力0.3～0.5 MPa（周邊壓力小，中央壓力大，如灌注的水泥砂漿超過50 m3/孔，待砂漿初凝后再注，直至灌滿，達(dá)到注漿壓力要求）。

（2） 對排氣孔注漿時(shí)，應(yīng)采用花管及普通水泥漿進(jìn)行，水灰比為0.8～0.5，注漿壓力為0.3 MPa，若水泥漿灌注大于50 m3，應(yīng)立即采用雙液漿封堵。

（3） 在對大型或特大型溶洞注漿時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行摸邊孔施工。同時(shí)，對已知范圍的溶土洞，應(yīng)加密摸邊孔并注雙液漿。雙液漿應(yīng)加入配比2%的水玻璃，水灰比為1∶1.注漿壓力為0.2 MPa。

3.4注漿順序及注漿控制

按先周邊孔，再中央孔的順序進(jìn)行注漿（見圖2），采用間歇式注漿，每次注漿量不超過50 m3，待固結(jié)后再進(jìn)行下一次注漿。若兩次注漿未滿的孔，考慮使用雙液漿或擴(kuò)孔后灌注素混凝土。注漿速度為30～70 L/mm。

4處理效果分析

處理效果主要借助注漿體抽芯法檢測。注漿體在漿液固結(jié)完成后，達(dá)到檢測周期時(shí)，采用抽芯法對其進(jìn)行檢測。抽芯比例為總注漿孔數(shù)的1%，注漿孔總數(shù)為5 363個(gè)，抽芯孔總數(shù)為121個(gè)，抽芯檢測揭露注漿孔均為全填充，且填充較飽滿，均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

通過上述檢測成果可知，溶土洞先處理、后樁基施工的技術(shù)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過數(shù)據(jù)比對，溶土洞處理后灌注樁超灌量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于處理前超灌量，因溶土洞處理而實(shí)際產(chǎn)生的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合同清單價(jià)格，經(jīng)濟(jì)效益成果顯著［8］。

5結(jié)論

根據(jù)隱伏巖溶區(qū)的溶土洞特點(diǎn)，總結(jié)了一套適用于樁基施工的溶土洞處理技術(shù)。技術(shù)流程主要為“試驗(yàn)比對確定處理原則分區(qū)分塊處理處理結(jié)果檢測”。通過上述技術(shù)分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1） 深層小溶洞（洞高＜1 m，埋深＞25 m）可不做處理，對于無填充及半填充的溶洞，應(yīng)邊施工邊處理。

（2） 溶洞注漿開始前，進(jìn)行摸邊鉆孔施工，摸邊孔同樣用于注漿施工，對于連通性較好的溶洞，溶洞邊界可采用雙液漿或低標(biāo)號(hào)混凝土封邊。

（3） 在完成方案比選后，應(yīng)嚴(yán)格控制注漿材料、注漿壓力、注漿順序等注漿工藝參數(shù)。若遇到周邊地質(zhì)條件差異過大的情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)整注漿方案，以確保后續(xù)樁基施工科學(xué)、高質(zhì)量的進(jìn)行。

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作者簡介：歐陽煜，男，江西撫州人，一級建造師，本科，主要從事巖土工程及水工環(huán)地質(zhì)專業(yè)工作。