喀斯特地貌岩溶区天然地基处理方法和探讨

喀斯特地貌岩溶区天然地基处理方法和探讨

侯可，程斌，宋中辉

中建二局第三建筑工程有限公司    广东省深圳市   518034

【摘要】结合一工程实例，探讨在喀斯特发育地貌天然地基施工时，由于地理环境复杂，无法简单的通过某种施工方法，使岩溶区天然地基地基整体结构稳定和满足承载力。经过反复论证验证优化，通过对岩溶区采取多种措施施工加固，最终认定高压旋喷注浆法符合进度、质量、安全、成本等要求，成功解决了工程问题，可为类似工程提供参考。

【关键词】喀斯特地貌; 岩溶;  天然地基；高压旋喷注浆

0 引言

岩溶区所存在的工程地质问题主要为岩溶地基变形破坏、土洞及地表塌陷、岩溶地基的稳定性、岩溶渗漏、隧道涌水等。土洞和溶洞发育是岩溶区的主要岩土工程地质问题，再加上岩溶区水文地质条件的复杂性，岩溶地下水水位和流动性受时间变化影响大，存在岩溶塌陷甚至引发地面塌陷的风险，对工程建设和施工安全有较大影响。

以本工程天然地基处治为例，提出并实践了覆盖型强发育岩溶区天然地基处治的方法与思路，为类似工程地质情况岩溶区相似类型工程提供参考。

 1 工程概况

1.1 工程地质

已建广州市某项目，其周边为居住建筑和道路，距离湖泊较近。上覆土层为人工填土、冲击层、残积层，下伏基岩为石灰

岩，岩溶是主要的不良地质，岩溶形态表现为溶洞或溶沟，岩溶发育强烈，属覆盖型岩溶。场地地下水主要为覆盖层孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水，地下水量较丰富。

1.2 案例工程概况

本工程已建多栋约120m高的超高层住宅塔楼，2层地下室，为框架剪力墙结构。一级工程重要性等级，二级场地等级，甲级勘察等级。本工程的地基形式是天然基础+平板式筏型基础+少部分灌注桩+抗浮锚杆，上覆土层为人工填土、冲积层、残积层，下伏基岩为石炭系灰岩，根据地勘资料和大开挖显示，局部地下室区域存在溶洞，地下水与湖水有一定的水力联系。

1.3 地质情况

钻探过程中存在漏水现象，勘察期间测得混合地下水位埋深在0.07米至2.95米之间，混合地下水位标高在6.73米至8.14米之间。

中风化岩最薄处为0.20米，见于ZKxx号孔；最厚处为12.60米，见于JKx号孔；平均厚度为3.47米。微风化灰岩浅灰色、灰白色，隐晶质结构，层状构造，风化微弱，方解石脉充填，局部裂隙面含炭质，岩芯呈短柱状-柱状，节长5-100cm，锤击声脆，局部少量见溶蚀现象及石英晶洞。场地所有钻孔均揭露；最薄处为0.60米，见于ZKxx号孔；最厚处为14.06米，见于ZKx号孔；平均厚度为7.63米。微风化岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级属Ⅲ类。溶洞竖向大小最小为0.20米，见于ZKxx号孔；最大为12.60米，见于ZKx号孔；平均高度为4.3米。

场地中第1层是杂填土，第2层粉质粘土的承载力特征值为190kPa，第3层粉砂的承载力特征值为100kPa，第4层细砂的承载力特征值为120kPa，第5层粗砂的承载力特征值为200kPa，第6层粉质粘土的承载力特征值为190kPa，第7层中风化灰岩的的承载力特征值为2000kPa，第8层微风化灰岩的的承载力特征值为6000kPa。该建筑基础埋深11.4m，塔楼基础绝大部分坐落在第8层微风化灰岩上，承载力特征值满足地基基础设计要求，可采用天然地基。其他不符合区域根据设计要求进行换填或施工桩基础。

2 地基处理

2.1 处理方案选取

鉴于本工程区域岩溶发育强烈，水文、地质条件复杂， 抗浮锚杆施工过程中出现抗浮锚杆桩位涌水、塌孔、地表塌陷等现象，施工安全风险大，成孔周期长、效率低，成桩质量不可控，再结合案例溶洞所在节点位置处在本工程关键线路上并且制约建设进度的情况，本项目根据以上地质情况，立即进行了超前钻勘探。以溶洞点为中心每间隔700mm详勘溶洞具体分布情况。超前钻显示，场地的土洞、溶洞属于活动性土洞、溶洞，在现状条件下，以及地下水条件变化的情况下，土洞、溶洞均会继续发展，尤其是土洞甚至会有加快发展的可能。岩溶发育对基础稳定性和桩基础施工影响较大。溶洞顶部和侧边岩层厚度较薄，其稳定性较差，还有土洞，对地基基础危害更大，当土洞上部荷载增加，或由地下水流动条件改变时，会加快土洞的发展扩大。

根据影响地基稳定性的位置、尺寸、埋深、基岩的稳定性、水文地质状况等进行整体综合分析，对症下药，为了保证本工程的质量和安全，对塔楼地基存在溶洞、土洞部位采取合适施工方法进行压力注浆施工。高压注浆施工完成后，抽芯注浆体的连续性一般，综合判定该处岩溶地基处理检测结果不符合试验标准及设计要求。经过五方主体责任单位论证，最终岩溶地基处治方法综合考虑采取高压旋喷注浆法。

高压旋喷注浆施工技术具有其他地基加固施工法无法比拟的优势特点: ①高压旋喷钻机的操作和维修简单; ②几乎适用于所有复杂地层; ③高压旋喷灌浆的工作效率高； ④操作更加的安全; ⑤对周边建筑物地基无扰动。

2.2 施工技术原理

高压喷射注浆是利用钻机钻孔，在土层的预定位置把带有喷嘴的注浆管插上后，以高压设备使浆液成为20Mpa以上的高压射流，土体被从喷嘴中喷射出来的浆液冲击破坏。部分细小的土料被浆液带出水面，其余土粒在喷射流的重力，离心力和冲击力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例有规律地重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体与周围环境一起构成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的变形，达到地基加固的目的。高压旋喷注浆施工工艺流程：测放桩位→引孔钻机就位→钻进成孔→清孔→移钻→插入高喷管→高喷作业→回灌。

2.3 高压旋喷加固处理方案

让土洞、溶洞的空腔能填充密实高压是旋喷注浆处理的目的，充填物质可以与周围地质固结成一个整体，且具有一定的强度，断开洞体与地下水、溶隙水的水力联系，使其停止发育，以保证地基的稳定性和建筑物的安全，使处理后的洞体土体强度提高，减少地基沉降量，确保地基的稳定性。

根据孔位分布图，钻孔取芯至溶洞底部位以下50cm，再采用高压旋喷清洗溶洞—高压孔底注浆—孔口压力灌浆方法对基底溶洞进行处理。

采用高压水进行高压旋喷清洗基底溶洞部位，使其溶洞内水与泥质物混合，并通过返渣的方法将其清洗出地表外，然后采用42.5R普通硅酸盐水泥配制水泥浆，通过钻杆对溶洞进行旋喷注浆，并通过孔位注入浓浆，替换出溶洞空腔里的水，再通过孔口压力注浆的方法使其扩散，从而达到处理溶洞充填的目的。溶洞大面积处理前，提前通过试处理确定施工工艺效果及标准，并抽取孔芯样品检验强度合格后方可大面积施工（注浆体芯样抗压强度不小于5Mpa）。

2.4 天然地基处理效果

高压旋喷注浆施工完成后，经过地基承载力试验，地基饱满度和承载力均满足规范和设计要求，且地下水明显减少，在主体施工完成后3年沉降数据观测均为符合要求，证明高压旋喷注浆技术在加固喀斯特发育地貌地质时是安全可靠的。

3 结语

本文以广州市某项目工程地基处理为例，基坑大开挖过程中提前插入，仔细观察地质情况，发现溶洞，及时与设计部门取得沟通，确定处理方案，消除溶洞对地基与基础的不利影响。结合高压旋喷注浆的施工工艺，简要论述了高压旋喷注浆对喀斯特发育地貌地质地基加固技术，满足了天然地基承载力和稳定性的使用要求，改善了天然地基环境，为今后类似地质工程提供了经验参考。

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