岩溶地区多层采空区地基处理技术

岩溶地区多层采空区地基处理技术

黄超

广州机施建设集团有限公司广东广州510150

摘要：通过对溶洞或采空区地基处理传统工艺进行优化改进，形成适用于高层建筑地基为岩溶地区多层采空区这种多层密集孔洞的地基处理技术。本文介绍了广州地区一保障房项目地下采空区所采用的地基处理技术，以供类似工程借鉴参考。

关键词：溶洞；岩溶；采空区；注浆；双液注浆；地基处理

ThetechnologyofgroundtreatmentformultilayergoafsinKarstRegion

HUANGchao

GuangzhouMechanizedConstructionGroupCo.，Ltd.Guangzhou510115，China

Abstract：Byoptimizingandimprovingthetraditionaltechnologyofthefoundationtreatmentofthekarstcaveorthegoaf,akindoffoundationtreatmenttechnologywhichissuitableforthehigh-risebuildingfoundationinthemultilayergoafsofKarstRegion,withsuchamulti-layerdenseholeundertheground,isformed.ThispaperintroducesthefoundationtreatmenttechnologyusedinoneaffordablehousingprojectinGuangzhou,whichcanbeusedasreferenceforsimilarprojects.

Keywords：cave；karst；goaf；grouting；two-shotgrouting；groundtreatment

1.前言

目前国内外对溶洞和采空区的地基处理技术已相对成熟，根据不同的孔洞采取的施工方法也不尽相同，大致可以分为以下几类。对于一般较小的溶洞，具体表现是漏浆量小，可采用抛碎石、砖块、粘土块、抛入成袋水泥、灌砂浆或混凝土等方法，从而造成结块，填堵溶洞，灌注桩施工采用膨润土护壁即可。遇到洞体较深或者采空区未填充的巷道时，这种孔洞容积较大，其具体表现是漏浆大且快，填堵孔洞的工程量较大，而且很难保证填充效果，一般采用施打护筒的方法，穿过孔洞使钢护筒底部支撑在溶洞底板或顶板上[1-2]。对于埋藏较深或较小的多层溶洞，通常采用静压化学灌浆法[2-3]，在穿过孔洞的桩周围均布多个灌浆孔进行注浆，先固结填充物，然后再进行灌注桩施工。

当存在多层较大溶洞、深层多层采空区等复杂地质情况时，这些常用方法很难达到预期的处理效果。采用碎石砖头或混凝土填充量很大，而且很难确保填充密实度，超长灌注桩为冲孔钻成孔时，孔壁容易在冲孔时或浇筑桩体混凝土时发生坍塌，导致孔洞贯通。采用多层钢护筒施工工艺较复杂，容易在护筒端部发生土体坍塌漏浆；采用全长钢护筒施工超长灌注桩时工程成本高。采用静压化学灌浆法施工时，在较大的注浆压力下多层密集孔洞极易贯通，注浆液扩散流失严重；超长灌注桩为冲孔钻成孔时，前期注浆形成的胶凝体和土体之间容易形成新的贯通裂隙。

2.工程概述

南方钢厂（二期）保障房项目所处位置的地貌单元属珠江三角洲冲洪积平原。根据地质勘探得知，采空区在整个场地内均有揭露，钻探揭露表面整体分为两层，其中第一层埋深一般为几米至二十几米，第二层埋藏埋深一般为三十几米至四十几米，采空区高度达18.20m。部分钻孔揭露有溶洞，溶洞在场地内零星分布。本工程基础采用冲孔桩，桩径为1000mm，设计参考桩长约16.13~55.22m，平均桩约34.22m，桩身混凝土强度等级为C35。

为保证工程的安全，设计单位对地基处理效果提出了以下三点要求：（1）可满足地基处理、基坑开挖以及基础施工等正常要求；（2）位于基础持力层下方的土体其承载力可满足作为地基基础持力层的要求；（3）周边场地在建筑建成后使用年限内不发生地陷等地质灾害。

3.施工关键技术及工艺要点

考虑到采空区、溶洞在施工区域分布范围广，存在竖向多层采空区，且延伸到场区外，本工程采空层加固处理遵循“先外后内，先大后小，先下后上，逐层处理”的原则进行施工流程安排。

图3-1外围封闭注浆示意图图3-2地基整体注浆处理效果图

3.1施工流程

（1）对于建筑范围外边界5m以内存在溶洞、采空区的区域进行注浆处理，形成有效的外围封闭。

（2）塔楼范围地下溶洞、采空区采用整体填充、灌浆加固。非塔楼区浅层（地下室底板底以下15米至现地面深度范围）采空区也采用整体填充加固，以避免基坑开挖时发生安全事故以及避免建筑物使用期间发生地面沉陷。

（3）除上述2种情况外，非塔楼范围地下采空区、溶洞仅对灌注桩周围一定范围进行填充、注浆加固，以满足成桩施工要求。

3.2施工工艺选择

（1）双液注浆：场区范围外围封闭注浆；塔楼范围外围封闭注浆；采空区“贯通大洞”隔断注浆；灌注桩贯穿多层大孔洞防护注浆。

图3-5袖阀管注浆示意图

（3）粗骨料填充：采空区/溶洞“大洞”粗骨料填充。

3.3双液注浆工艺参数

由于水玻璃在水下环境快速凝结的特性，双液注浆浆液中掺入水玻璃能快速形成胶凝体。本工程双液注浆为了保证注浆液在地下孔洞内的凝固效果和提高其凝固速度，其中水玻璃浆液的掺入量和浓度决定混合浆液凝固时间，一般凝固时间控制在1~3min之间。根据多次试验，确定其配比如下：

A液：水：水泥：膨润土=0.8：1：0.03(80kg水：100kg水泥：3kg膨润土)。

B液：40Be°水玻璃：粉煤灰：水=0.25：0.5：0.5（25kg水玻璃：50kg粉煤灰：50kg水）。

为保证注浆效果，经施工现场试验，确定注浆参数如下：

a.注浆压力：0.2~0.4MPa。

b.注浆流量：90~135L/min。

c.孔位布置：1.5m×1.5m。

终止灌浆条件：a.若各节注浆时，流量小于10L/min，注浆压力超过2.0MPa，稳压时间3min，则可终止本孔灌浆。b.单节注浆量超过800L，仍满足不了a条件，应终止本节灌浆。记录下本节深度，逐步上提注浆管重复注浆直至完成本孔注浆，因不能满足终灌条件，可间歇2小时后再扫孔至超灌节部位进行重复注浆，直至满足a条件。

3.4袖阀管压密注浆工艺参数

（1）材料要求：浆液用纯水泥浆，水泥用32.5复合硅酸盐水泥，按50%掺入比（粉煤灰占掺入料总重量的比例）添加粉煤灰，浆液水灰比0.60。浆液凝固体立方强度不超过5.0MPa，且不少于1.0MPa。按上述参数要求预计每立方水泥浆材料用量为：水泥600kg/m3，粉煤灰600kg/m3，水800kg/m3，实际施工材料配比可根据注浆情况进行微调。

（2）注浆参数要求

根据相关理论分析可知，注浆扩散半径与注浆时间、裂隙宽度、注浆压力成正相关，而与岩体的阻力系数、弹性模量、裂隙长度、浆液黏度成负相关[4-5]，最终根据现场多次试验确定注浆参数如下：

a.注浆压力：一般0.3～0.5MPa（0.3MPa为开环压力）。

b.注浆流量：一般20～80L/min。当加固部位孔隙较大时成孔后首次注浆流量可能较大，但应注意控制流量，不宜超过100L/min。

c.孔位布置：1.5×1.5m。

（3）终止灌浆条件：a.若分节注浆时，流量小于10L/min，注浆压力超过1.5MPa，稳压时间2min，则可终止本孔灌浆；b.单节注浆量超过600L，仍满足不了a条件，应终止本节灌浆。记录下本节深度，逐步上提注浆管重复注浆直至完成本孔注浆。因不能满足终灌条件，可间歇24小时后再扫孔至超灌节深度部位进行重复注浆，直至满足a条件。

在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的返水、排气、冒浆情况。若周围注浆孔有浆液冒出，说明注浆效果好。若周围注浆孔没有反应，且注浆量过大，特别是在孔洞底部浆液流失过大时，应采用“间歇定量分序双液注浆法”进行注浆，以控制浆液扩散范围。

4.施工效果

该保障房项目中应用本技术解决了注浆过程中孔洞贯通造成的浆液扩散问题，节省了大量注浆材料，施工速度快。通过对注浆范围进行地基检测，可以看出其满足规范和设计要求，注浆处理效果好。

而且该技术解决了超长灌注桩穿过采空区、溶洞等多层密集孔洞地质土层时施工质量差的难题，灌注桩施工过程中无需特殊辅助措施，节省了大量钢护筒，施工速度快，经济效益显著。应用该技术后，施工过程中灌注桩混凝土浇筑时未出现混凝土浆料泄露的情况。

5.应用前景

本技术能够很好地处理常见的采空区、溶洞等地下孔洞工况，尤其是针对多层密集孔洞这种复杂的情况，该技术有其独特的优势。该技术不仅能保证地基处理的效果，而且工效高，节省成本；而且该技术可结合多层密集孔洞地质条件下高层建筑灌注桩基础施工，形成一套优化组合的超长灌注桩穿越多层密集孔洞地层的组合施工技术，能确保灌注桩施工质量好，工艺简单，工效高。总之，该技术具有施工质量好，工效高，节省成本等优点，应用范围广泛，有着良好的推广价值和应用前景。

参考文献

［1］肖机卫．钻孔灌注桩施工过程中坍孔的处理方法［J］．南方金属，2006，01：58-59．

［2］戴祖生，陈庆华．岩溶地区厚覆盖层钻孔灌注桩溶洞处理技术［J］．施工技术，2013，05：75-77．

［3］马竹茂．注浆技术在溶洞地基处理中的应用研究［J］．低碳世界，2016，23：82-83．

［4］谢涛锋，谢文兵，荆升国，等．地下工程劈裂注浆的数学模型研究［J］．现代隧道技术，2015，02：105-109．

［5］张庆松，张连震，刘人太，等．基于“浆–土”界面应力耦合效应的劈裂注浆理论研究［J］．岩土工程学报，2016，02：323-330．

作者简介：黄超（1986-），中级工程师，广州机施建设集团有限公司，主要从事建筑施工技术方面的应用与研究工作。