高層建筑地基基礎溶洞處理分析

文／梁楊飛 廣西壯族自治區國有三門江林場 廣西柳州 545006

引言：

由于溶洞地基是比較復雜工程地基，因此在實施鉆孔灌注樁基礎時，應加強各個工序質量控制，明確各個工序施工要點，既能加快鉆孔灌注樁施工速度，而且對于提升基礎綜合強度，為后續作業活動有序進行奠定基礎。

1.溶洞地基處理辦法

1.1 填墊法

填墊法主要分為充填、換填、挖填、襯砌等多種類型。對于裸露洞穴，其上部附加荷載較小時，應采用充填方法。底層采用塊石、片石作填充物，中間用碎石，上部填土或水泥，以保證地下水正常流動，形成天然反濾層。對于已經填滿洞穴，如其物理機械性能較差，則應采取換填方法。應將孔洞內填充物清理干凈，然后用塊石、片石、砂、混凝土等材料重新填充。對于淺埋洞穴，要開挖或爆破。若發現有坍塌軟土，應進行開挖。在填埋過程中，填入塊石、片石、砂等，再用粘性土層進行加固，即挖填法。該方法適合于輕質建筑，并估計地下水再次被挖空可能性。此外，為改善墻體強度與整體性，在填入大塊石、片石填料時，注水泥漿點十于重大工程地基下面或附近溶洞、土洞，清除洞牛軟土后，將鋼筋打入洞內裂縫，進而采用水泥漿填充洞內，并將水泥漿注滿周圍裂縫，使其與周圍裂縫形成一體，并堵塞地下水。對于溶洞、裂隙、溝、槽、石芽等突出物，會造成基礎沉降不均勻，將突出物挖出后，用30～50cm 沙土進行鋪墊。

1.2 加固法

加固法一般由灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等組成。對于具有較大深度的溶洞，應采取密鉆注漿技術進行加固。根據溶洞含水量與處理目標，選用合適材料。充填時可用黏土、砂石、混凝土、水泥砂漿等；在進行防滲時，可采用水泥、瀝青等作為帷幕，按先外后中、后地下水上游、下游灌漿順序；在充填、補強時，應先用快干物料或沙粒等填充孔隙，并在初始壓強情況下，防止漿液大量溢出加固區域。洞頂薄、裂縫多、洞夸大情況下，頂板強度不足以承受上部荷載時為保證地下水暢通，在條件允許情況下，可采取附加支撐來減小洞跨，即頂柱法。通常在洞口填漿砌塊，以填充洞頂與支墩作為輔助支撐。強夯法具有省工省料，經濟、快速覆蓋形溶洞區大范圍土洞與崩塌問題的優勢，可從根本上解決工程中整體巖體穩定問題。夯擊法通常采用1～8 次夯擊，夯點距3m。在沒有地下水情況下，可連續進行二次夯擊，但在夯擊期間，若夯錘突然下陷，則表明其底部存在隱蔽坑穴，可進行隨夯、填筑或沙礫土施工。在軟土深度較大溶洞土洞中，應采用擠壓式方法，采用砂柱、石灰柱、松土樁、混凝土樁、鋼管等進行鉆孔灌注，可使基礎穩定、強度得到改善。

1.3 跨越法

跨越法主要涵蓋板跨、梁跨法、拱跨法等。針對深度大、孔徑較窄、孔徑較大的溶洞，可根據建筑物特性及地基受力狀況采用混凝土或鋼筋混凝土板進行頂蓋，即“板跨法”。對于已埋深但處于基礎持力層中小范圍坍塌或土洞，可采用彈性基礎梁或鋼筋混凝土梁來穿越土洞或坍塌。在地下建筑物邊墻、塹式擋墻、堤式坡腳擋墻與橋墩、橋臺等基礎上，一般都是洞身較寬、深度較大、洞型復雜或有水流巖石基礎[1]。

1.4 樁基法

在溶洞、塌陷漏斗深度大、多層溶洞發育情況下，可采用樁基法；基巖波動性較弱、厚度較大且不易清除情況下，應采取鉆孔或沖孔灌注法、爆擴樁，根據工程要求可作支撐樁或摩擦樁，樁頭錨入基巖中；在采用鉆孔灌注樁情況下，樁尖應與地基進行錨固。部分情況下采用人工挖孔方法，應在開挖過程中設置防護墻。

2.高層建筑基礎溶洞處理工藝及保障措施——以KY 某高層商住樓為例

2.1 案例概述

KY 某高層商住樓其結構形式為：上層為框架核心筒體，10 層為轉換層，轉換層之下為商用，轉換層之上為居民，而居住為躍層，即在每一層樓面上都有大開口；但因處于熔巖區，在中心筒附近筏基下面數m 處有一管狀、不規則管狀溶洞，其結構與溶洞分布如圖1：

圖1 結構布置圖

從地質結構上看，該地塊為KY 向斜東南翼溶蝕型緩坡。出露地層為獅子山組一期下層，巖性以灰巖、泥質白云巖、泥頁巖夾灰巖為主。本地區巖群是單斜產層，產狀為：290，傾角70～50。現場及周邊地區沒有發現大規模斷裂活動構造帶。但場位于羅莊—香港路—延安路—內環路-丁口-白楊洞之間一條巨型溶洞管線上方，這條管線穿過中心筒體，對場地穩定產生很大影響。由于該區域位于溶洞強烈發育區域，其下層為可溶硬巖體與軟質巖，地質環境十分復雜。對工程地質不良影響最大的是硬巖型溶洞問題與軟巖類破裂區。

（1）溶洞：位于響水洞地下河通道徑流區，周圍巖石以石灰巖為主，大部分為中厚層狀，只有部分是薄層狀。這一地區巖性節理比較發育。由于該巖溶洞穴在場地區域呈胃形，且巖層厚度大，巖層厚度為4～7m，因此其穩定性不佳，應通過計算與分析來進行詳細研究。同時，在現場勘查中發現，該溶洞圍巖主要是中厚型石灰巖，溶洞中崩塌物質很少，而洞壁巖體相對完整。

（2）薄層泥巖夾灰巖破裂帶：以核心筒西部為中心。由于其是薄層構造，節理與層間裂縫都比較發育。

2.2 溶洞地基鉆孔灌注樁基礎施工方法

2.2.1 準備工作

溶洞地基鉆孔灌注樁基礎施工前，應做好相應基礎工作。對基礎數據進行整理，采用綜合地球物理方法，對地基覆蓋土層、溶洞大小、溶洞規模等進行詳細分析，并按地面施工規范要求，對鉆孔灌注樁數量、直徑、深度等進行詳細分析，以保證計算準確性。做好施工人員、設備與材料進場協調，盡量減少進場矛盾，保證施工工作順利進行。在正式施工之前，還要進行現場清理，清理出場地內枯葉、碎石、垃圾及場地平整，為下一步樁放樣工作打下堅實基礎[2]。

2.2.2 樁位放線

在進入樁位放線工作階段后，對已完工設計圖紙進行深入研究，并對圖紙上標注內容進行梳理，并確定樁位起點，然后按順序進行放線。在具體樁位置放線時，還將采用RTK-GPS、全站儀、水平儀等設備，并根據需要進行設備調試，直到達到要求才能投入使用。每個取樣點都有一根短小鋼筋，上面標注至少30cm 鋼筋，上面還涂著紅色顏料，以增加樁眼警惕性。對已完成放樣樁位，應按照規定進行復查，及時補充遺漏、錯誤內容，以保證放線正確性。

2.2.3 護筒預埋

在護筒結構預埋過程中，要根據收集到數據，對鋼護筒深度、鋼護筒內徑等進行分析，并利用電腦技術對參數進行調整。在此期間，還應充分考慮到巖體埋藏深度與地下水矛盾，對溶洞進行降雨或封堵，以避免出現突水問題。在埋管時，采用的“機械化+人工”方法，為增加套管埋入穩定性，套管頂端應高于地面30cm，而套管內埋入深度不得小于150cm。

2.2.4 鉆孔

（1）根據鉆具安裝要求，進行鉆具中軸線、樁位點與鉆頭中心軸線一致性，誤差不超過1mm，保證鉆具安裝的可靠性。

（2）鉆井中，在初期階段鉆井速度不能超過300r/分鐘，在鉆井條件穩定后，可將鉆井速率調節到500～800 轉/分鐘，從而保證鉆井作業順利進行。

（3）通過洞口進入到穩定層時候，清孔可充分利用掏渣筒功能，在清理完畢后，可進行下一步工作。

2.2.5 鋼筋

進入施工現場施工工作：首先，按照規定進行鋼筋籠制造，鋼筋籠材料應按照操作規程進行。同時，在鋼筋籠施工中，還應按照“主筋—箍筋—加強筋—定位筋”施工順序來進行。

（1）為提高整體結構穩定性，采用1.5～2.0m 間距進行加固。

（2）連接部位，會采用焊接與螺栓固定等方式進行處理，但不能超過50%連接，相鄰焊接節點高度不能低于50cm。

（3）開始、結束端安裝定位筋，利用吊車將其放入鋼筋籠內，整個過程平穩，降低因碰撞而造成結構變形，保證裝配效果穩定性。

2.2.6 澆筑

在混凝土澆筑之前，應在指定位置預先埋好灌漿管，管子起始點與井眼底部相隔50cm，并在初步密封性與穩固性測試后，就會堵住洞口，等到正式澆筑時候才能開啟。混合后混凝土會被泵入到鉆孔中，在灌注初期要保持緩慢灌漿速度，9m 見方混凝土需停頓15～20 分鐘，以此才能保證混凝土自然下沉，從而提高混凝土質量。在澆注時，還要進行振搗，使振搗深度保持在混凝土液面以下1.0m以下，并隨澆注高度升高而逐漸升高，直至全部灌漿工作結束。

2.3 溶洞地基鉆孔灌注樁基礎質量控制措施

2.3.1 樁身垂直度控制

由于溶洞區域巖層硬度不均，有時呈波狀分布，因而在鉆井中，由于巖層性質、巖芽、溶溝、漏斗等因素影響，很可能造成鉆柱傾斜，從而影響成孔傾角。因此，在施工過程中，應嚴格控制鉆井速度，特別是在溶洞、傾斜巖面等部位，要按照綜合物探技術要求，合理地調節鉆井速度，保證鉆井速度能夠在縱向上平穩地進行。在鉆頭發生傾斜情況下，應及時調整，并在此基礎上適當拓寬機械底座，以改善結構穩定性。同時還要對鋼索受力進行分析，以客觀地判斷出有沒有出現偏孔，從而提高鉆探結果垂直度[3]。

2.3.2 持力層施工質量控制

根據已有施工經驗，在實際工程中應注意：（1）根據先期鉆井技術所獲得整理數據，獲取相應柱形圖，參照巖面標高，在工程進尺達到0.5m 時，對鉆渣巖層特征進行調整，從而優化后續工藝參數。（2）在進入持力層后，還應加強對進尺控制，以保證其在合理范圍內，保證最后工作質量。（3）如獲得數據不夠精確，則可在這個時候將鉆頭放入樁孔中，然后對樁基進行鉆探，看看有沒有足夠持力層。

2.3.3 樁底持力層質量控制

溶洞基礎持力層以基巖為主，在溶洞影響下，基巖還存在著石芽、漏斗、溝槽等不良巖體。在不利地形條件下，樁基承載力難以滿足規定要求，容易造成工程事故。為保證樁基持力層質量，還應注意：（1）在進行鉆孔前應事先進行勘測，一般采用超前鉆孔進行鉆孔，并進行多次鉆孔，最后確定鉆孔深度。（2）在完成終孔工作后，還要仔細地對鉆頭獲得鉆渣進行詳細分析，并對評價結果與數據一致性進行討論，達到要求后才能進行下一步工作。

2.3.4 清孔質量控制

在完成成孔工作后，及時進行清孔，其功能是迅速清除孔底沉積物，并能重新掌握泥漿比重。在實際操作中需要使用專門清孔設備來清除孔洞內雜質。同時，為獲得精確檢測效果，還應對鉆井液特性進行實時監控。

2.4 常遇事故及處理措施

2.4.1 漏漿、塌孔

產生這種問題的原因有：由于巖體不夠致密，致使巖體中泥沙迅速流失，進而形成滲水現象，嚴重時，會對鉆孔中泥漿比重產生不利影響，進而發生塌孔問題。在具體施工中，還應注意到：對易發生崩塌地層，應預先準備好加固后鋼護筒，必要時采用兩個套管，以保證井壁穩定，防止井壁崩塌。預先備好片石、粘土、水源，并對已有滲漏問題進行處理，以減少因滲漏造成不利影響。針對塌孔問題，在鉆孔鉆機底部鋪設鋼板，以此可增大鉆孔承壓范圍，一旦發生塌孔問題，就能及時將鉆機移動，保證現場工人與機器安全。

2.4.2 偏孔性

產生這種問題主要原因是巖面傾斜、起伏大、巖體傾斜不合理，容易產生偏孔。為解決這類問題，技術人員應對鉆井數據進行全面整理，以確定該地區有可能存在偏孔部位，并對存在問題進行及時糾正，以保證鉆井成果可靠性。在開挖至頂板時，采用小行程法進行鉆孔，同時還應加強對進尺速度監控，以保證鉆井工藝合理。如是“半巖半空”，則應在正式施工之前進行灌漿，出現較大問題，則采用澆筑混凝土方法，直到混凝土強度達到規定程度，才能進行下一步工作。

2.4.3 卡鉆、掉鉆、埋鉆

產生這種問題原因有：一是鉆頭主繩斷裂或松動，使鉆頭掉入井內；二是由于鉆孔速度過快，鉆孔中片石沒有得到及時處理，造成卡鉆問題；三是鉆頭掉入井中沒有得到及時處置，造成鉆進問題。針對這類問題，應及時進行老化、破損主繩更換，下鉆之前也要進行質量檢驗，達到規定后才能使用，同時要注意用小沖擊鉆進，等壓實后才能正常鉆進，避免鉆頭進尺太大而被壓碎。

2.4.4 混凝土流失

造成這種問題主要原因是：在灌注混凝土時候，其橫向壓力超過泥漿橫向壓力，從而將泥漿混凝土擠壓到溶洞之中，造成混凝土損失，甚至造成斷裂。為解決這些問題，在特殊施工工藝中，保證混凝土輸送連續性，從而實現一次灌注樁成形。在灌漿時，還應適當增大管道深度，一般不小于3m，并對灌漿樁混凝土表面進行標高測量，以減少出現滲漏可能性[4]。在混凝土澆筑完畢后，還應在1～3個小時內反復測定樁頂標高，若出現較大沉降量，應及時進行補注，以提高成樁效果可靠性。

2.4.5 鋼筋籠

造成這一問題原因是：鋼筋籠在下落時未考慮到溶洞環境，造成鋼筋籠卡殼現象。針對這一問題，在具體處理時，應根據溶洞情況，將鋼筋籠慢慢放入，若有卡殼現象，可采用多次抬升緩慢下壓方法使鋼筋籠下沉，以防止鋼筋籠被卡死。如還不能松開，那就慢慢抬起，確認被卡住位置，然后采取相應措施，然后慢慢放下，以此才能保證鋼筋籠的安全[5-6]。

結語：

綜上，文章以高層建筑地基基礎溶洞處理分析進行研究。做好各種施工前準備工作首先，在進行樁基施工之前，要召集有關鉆機與施工管理人員，開一次技術會議，將一些具有操作性工程項目施工方案發給大家；其次，就是在溶洞樁基附近，準備一些片石、粘土與部分水泥。同時，要對巖溶地區做一次全面調查。隧道工程是比較隱秘工程，一旦遇到巖溶，就會給工程建設造成很大困難。任何環節疏忽，都有可能導致工程坍塌、漏漿、鉆進等事故，影響工程整體建設，同時也會影響工程使用壽命與安全。