巖溶地基處理實(shí)踐

王兆瑞

[摘要]本文結(jié)合工程實(shí)例，闡述了灌漿法在處理巖溶地基中的具體應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]巖溶；灌漿；地基處理

1引言

建在灰?guī)r上的建筑物常遇到巖溶問題，特別是兩種巖性成分相互交接的地帶更易出現(xiàn)溶隙、溶洞，溶洞、溶隙對(duì)地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)易造成不同程度的不利影響。本文結(jié)合某高層住宅的巖溶地基處理實(shí)例，較詳細(xì)地說明了采用灌漿法處理巖溶地基是比較理想的處理方法。

2巖溶地基地質(zhì)狀況概述

某高層住宅樓，建筑面積27000m2。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地上25層，設(shè)2層地下室，采用筏板基礎(chǔ)。根據(jù)地質(zhì)資料分析，本建筑物場(chǎng)地位于閃長(zhǎng)巖侵入體與奧陶系灰?guī)r的接觸帶上，巖層形成時(shí)，巖漿多沿構(gòu)造破碎帶及相對(duì)軟弱的泥灰?guī)r順層侵入，其侵入接觸面很不規(guī)則，局部形成閃長(zhǎng)巖與灰?guī)r的相互穿插侵入關(guān)系，在侵入過程中，閃長(zhǎng)巖體及灰?guī)r均遭受到了嚴(yán)重的風(fēng)化且灰?guī)r裂隙和溶洞比較發(fā)育。

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地部分鉆孔的巖芯表面可見小溶孔、小溶洞，部分溶洞內(nèi)有粘性土填充物，勘探揭露鉆孔中單孔沿豎向遇洞率為10～40％，最天溶洞

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)報(bào)告，本工程場(chǎng)地內(nèi)的4個(gè)巖溶發(fā)育區(qū)中，I、Ⅱ區(qū)巖溶非常發(fā)育，Ⅲ、Ⅳ區(qū)僅存在較深的溶洞。對(duì)I、Ⅱ區(qū)因溶洞較多較淺且溶隙很多，如果不對(duì)其進(jìn)行地基處理，在上部荷載高1.8m，從整個(gè)場(chǎng)地看，巖溶發(fā)育很不均勻，為了進(jìn)一步探明巖溶的發(fā)育情況，采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)場(chǎng)地范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育及巖性分布進(jìn)行探測(cè)，為了提高探測(cè)精度，本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是在基槽開挖后進(jìn)行的。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)分析結(jié)果，整個(gè)場(chǎng)地巖溶分布很不均勻，分4個(gè)巖溶發(fā)育區(qū)，見圖1，巖溶發(fā)育總體上偏于場(chǎng)地一側(cè)，且在場(chǎng)地的邊緣部位巖溶非常發(fā)育，這對(duì)地基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性都存在不利的影響，因而影響了上部結(jié)構(gòu)的安全，必須對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)根據(jù)巖溶的發(fā)育程度進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3巖溶地基處理設(shè)計(jì)

3.1地基處理的目的及范圍。巖溶地基處理的主要目的是消除溶洞、溶隙、溶溝等對(duì)地基基礎(chǔ)的不利影響，重點(diǎn)是對(duì)溶洞的處理。本工程采用筏板基礎(chǔ)，對(duì)較小的不連續(xù)相鄰的溶洞，筏板基礎(chǔ)可跨越，對(duì)較深的孤立溶洞，當(dāng)其上的巖體完整性好，只要溶洞直徑或?qū)挾刃∮谄渖蠋r層的厚度時(shí)可不處理。對(duì)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)域，由于巖層內(nèi)溶隙明顯、遍布溶孔，內(nèi)含多個(gè)溶洞，必須對(duì)巖溶發(fā)育強(qiáng)烈的區(qū)域進(jìn)行地基處理。作用下，因該巖層整體性差，易在巖體薄弱部位發(fā)生破壞，影響了地基的穩(wěn)定性，應(yīng)進(jìn)行加固處理，洞I區(qū)可處理至基礎(chǔ)筏板下14m處，洞Ⅱ區(qū)可處理至筏板基礎(chǔ)下12m處；而Ⅲ、Ⅳ區(qū)溶隙不育且溶洞深度較大，溶洞頂部巖體的強(qiáng)度較高，溶洞直徑遠(yuǎn)小于其上巖體的厚度，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范Ⅲ、Ⅳ區(qū)可不做地基處理；基礎(chǔ)筏板底20m以下深度處巖性較穩(wěn)定，溶洞不發(fā)育，不需進(jìn)行地基處理。

3.2地基處理方案。根據(jù)巖溶地基的發(fā)育特點(diǎn)及溶洞的分布情況，采用靜壓灌漿法處理巖溶地基是非常合適的。灌漿法是采用氣壓、液壓或電化學(xué)原理，把某些能固化的漿液注入各種介質(zhì)的裂縫或空隙中，以改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)，以達(dá)到防滲、堵漏、加固、糾正建筑物偏斜等目的，灌漿法應(yīng)用范圍廣泛，可用于處理砂基、砂礫石地基、溶洞、斷層及軟弱夾層地基，還可用于一般地基、震動(dòng)基礎(chǔ)及對(duì)已有建筑物的修補(bǔ)等。

對(duì)巖溶灌漿的漿液，應(yīng)注重可灌性。可采用純水泥漿、水泥砂漿、水泥砂漿+石子等多種漿液。注漿材料中加入砂、石子是一種很經(jīng)濟(jì)的漿液。為了防止?jié){液擴(kuò)散過遠(yuǎn)而流至非需處理的區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況加入適量的促凝劑，如水玻璃等。

灌漿方案的選擇除應(yīng)考慮地基處理的可靠性、經(jīng)濟(jì)性外，還應(yīng)注重施工的可易性，即提高灌漿效率，縮短地基處理的周期，加快建筑物的整體施工進(jìn)度。在鉆孔布置、灌漿方式等方面應(yīng)按上述原則考慮。根據(jù)巖溶地基溶洞、溶隙多發(fā)育且在灌漿壓力下巖層結(jié)構(gòu)不變形的特點(diǎn)，可采用單管靜壓劈裂灌漿，即在靜壓作用下對(duì)巖體內(nèi)的溶洞、溶隙充填水泥類漿料，待漿料固結(jié)后與巖體形成整體，而由高的灌漿壓力引起的水力劈裂，可增加巖層的可灌性和漿液到達(dá)的距離，因?yàn)樵诹严毒W(wǎng)中可產(chǎn)生新的相互連通，從而提高灌漿的效果。灌漿方式采用自下而上分段灌漿。灌漿時(shí)應(yīng)根據(jù)鉆孔揭示的巖溶發(fā)育情況，有溶洞處，當(dāng)洞內(nèi)無填充物時(shí)，采用較濃漿液，可在漿液中添加級(jí)配石子，當(dāng)洞內(nèi)有填充物時(shí)，應(yīng)根據(jù)填充物的類型、性能及填充程度，可采用提高灌漿壓力，漿液由稀到濃等方法灌注；有溶隙處，采用較稀的漿液，采用較高注漿壓力；無溶洞、溶隙處可加快灌漿速度。這樣既保證了灌漿質(zhì)量，又提高灌漿速度。

灌漿鉆孔布置方式是很重要的。鉆孔布置方式直接影響灌漿的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。鉆孔布置過密，則鉆孔多，鉆巖進(jìn)尺長(zhǎng)，鉆孔費(fèi)用高且加長(zhǎng)了施工周期；鉆孔布置過疏，則鉆孔間較大的溶洞得不到處理，影響巖溶地基處理的質(zhì)量。因此，應(yīng)對(duì)鉆孔布置方式進(jìn)行優(yōu)化，找出最適合本工程的鉆孔布置方式。本工程I、Ⅱ巖溶發(fā)育區(qū)由于其巖溶發(fā)育較強(qiáng)烈，除較大溶洞外，還含有小的溶孔及溶隙，地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果僅提供了較大溶洞的粗略位置，如果直接對(duì)其提供位置進(jìn)行鉆孔灌漿，有可能漏掉對(duì)一些溶洞的處理，無法保證巖溶地基處理的質(zhì)量。由于本工程采用鋼筋混凝土筏板基礎(chǔ)，板厚1.2m，對(duì)巖層的較小溶洞可跨越，可采用均布鉆孔灌漿方案，鉆孔直徑為110mm，采用梅花形布置，鉆孔間距取1.5m，這樣僅僅是溶洞直徑小于1.5m且整個(gè)溶洞處于4個(gè)鉆孔之間的孤立溶洞得不到灌漿，其余的溶洞都能探到且能進(jìn)行灌漿處理，采用此種鉆孔布置，較大溶洞各孔間可相互補(bǔ)充灌漿，有利于保證灌漿質(zhì)量。I、Ⅱ巖溶區(qū)的鉆孔深度分別為14m及12m。

本次灌漿處理按鉆孔與灌漿流水作業(yè)方式實(shí)施，以利于縮短施工周期。對(duì)I巖溶區(qū)，靠近基礎(chǔ)邊處溶洞外伸范圍不詳，宜先對(duì)該處進(jìn)行灌漿處理，以形成漿體隔離帶，便于控制內(nèi)部灌漿孔的灌漿量，降低灌漿成本。內(nèi)部區(qū)域灌漿時(shí)可采用跳躍式灌注方式，即沿鉆孔隔一灌一，直至全部鉆孔灌漿完成。按此種灌漿順序可增大灌漿的密實(shí)度，提高灌注質(zhì)量。

4巖溶地基處理方案的實(shí)施

4.1灌漿材料。水泥：采用425#普通硅酸鹽水泥；砂：采用質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂，粒徑不大于2.5mm，細(xì)度模數(shù)不大于2.0，SO3含量小于1％，含泥量、有機(jī)物含量均不大于3％；石子：采用質(zhì)地堅(jiān)硬的石材，粒徑分別為2～5mm、5～12mm、12～25mm，含泥量不大于3％；水玻璃：模數(shù)為3，25，濃度為40波美度。

4.2灌漿的施工工藝。灌漿施工流程為：鉆機(jī)就位－鉆孔－下灌漿管到底－灌漿－拔灌漿管－鉆孔回灌－封孔。鉆孔時(shí)應(yīng)認(rèn)真做好鉆探記錄，并做好巖層性質(zhì)的描述。對(duì)裂隙發(fā)育區(qū)采用水灰比為1：1～0.6：1的水泥漿進(jìn)行劈裂灌漿；對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)采用水：

砂：水泥比為(1～0.7)：(0.3～0.5)：(0.5～1)的水泥砂漿進(jìn)行劈裂+充填灌漿，對(duì)較大溶洞采用拋填級(jí)配石子+水泥砂漿進(jìn)行劈裂+充填灌漿。灌漿時(shí)必須根據(jù)鉆孔沿豎向的溶洞分布調(diào)節(jié)漿液的成分。漿液濃度以隨灌漿過程由小到大的原則進(jìn)行控制。灌漿壓力采用0.2～1.5MPa，可隨著灌注率的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)鉆孔揭露有溶洞而實(shí)際灌漿量較小時(shí)，應(yīng)在該孔邊補(bǔ)加鉆孔進(jìn)行灌漿。灌注I洞區(qū)基礎(chǔ)邊處外伸溶洞時(shí)宜在灌漿中加入促凝劑以加速漿料的固結(jié)，摻入量為水：水玻璃=6：1～4：1。鉆孔回灌：第一次灌漿結(jié)束待水泥砂漿初凝后，用灌漿管直接灌入1：0.5：1的水泥砂漿進(jìn)行補(bǔ)灌。終灌標(biāo)準(zhǔn)：在規(guī)定的壓力下(0.3～1.5MPa)，當(dāng)灌注率小于0.4L／Min時(shí)持續(xù)60分鐘，或在灌注率小于1L／Min時(shí)持續(xù)90分鐘，或灌注率小于2L／Min時(shí)持續(xù)120分鐘，三者滿足其一即可終止灌漿。

4.3灌漿質(zhì)量控制。由于灌漿施工為地下隱蔽工程，施工質(zhì)量的控制非常關(guān)鍵。施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照既定的施工工藝進(jìn)行，認(rèn)真做好灌注記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)會(huì)同甲方、設(shè)計(jì)、監(jiān)理各方共同協(xié)商解決。為了檢驗(yàn)巖溶發(fā)育區(qū)較大灌漿量的鉆孔的溶洞范圍，在I巖溶區(qū)灌漿量較大的鉆孔外緣布置了3個(gè)鉆孔并進(jìn)行了灌漿對(duì)比，得知非巖溶發(fā)育區(qū)的灌漿量遠(yuǎn)小于巖溶發(fā)育區(qū)的灌漿量，排除了大灌漿量鉆孔的灌漿不徹底及溶洞延伸的可能性。

4.4特殊情況處理。冒漿、漏漿處理：采用表面封堵、添加促凝劑、低壓泵送、濃漿限量、限流間歇灌漿等方法處理。

跑漿：灌漿段注入量大，灌漿難以結(jié)束時(shí)，可采用添加促凝劑、濃漿、間歇灌漿、填充級(jí)配粗骨料等方法進(jìn)行灌漿，直至灌漿結(jié)束。

串漿：如串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)灌漿，應(yīng)一泵灌一孔，否則應(yīng)將串漿孔塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再進(jìn)行掃孔，而后復(fù)鉆和灌漿。

4.5工程量統(tǒng)計(jì)。對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)灌漿完成鉆探進(jìn)尺1055m，水泥用量約209t，粗細(xì)骨料用量80 m3，化學(xué)添加劑用量3.3m3。其中最大灌注量鉆孔折干水泥用量為18.85t，粗細(xì)骨料用量4.2 m3，水泥漿灌注量14m3。可見巖溶灌漿處理的造價(jià)是較低的。

5結(jié)束語

本工程巖溶地基經(jīng)過灌漿處理，消除了巖溶發(fā)育區(qū)內(nèi)溶洞、溶隙對(duì)地基基礎(chǔ)的不利影響，現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)已封頂，地基沉降觀測(cè)點(diǎn)的最大沉降量為5mm，說明經(jīng)過灌漿處理的效果是不錯(cuò)的，巖溶地基采用灌漿處理是比較理想的處理方法。