巖溶地質(zhì)條件下的管廊地基處理技術(shù)

張 勇

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，地下結(jié)構(gòu)物也在蓬勃發(fā)展，在巖溶地區(qū)修建地下結(jié)構(gòu)工程變得不可避免，而巖溶地質(zhì)條件下的地基穩(wěn)定處理成為整個(gè)工程非常重要的環(huán)節(jié)[1-4]。巖溶可以引起地基的變形塌陷，影響地下構(gòu)筑物使用，因此應(yīng)通過巖土工程勘探分析，結(jié)合當(dāng)?shù)厮挠涗浖疤幚斫?jīng)驗(yàn)，對(duì)巖溶發(fā)育的溶洞大小、形態(tài)、埋深、范圍及巖石的分布狀態(tài)、物理力學(xué)特性等內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而在結(jié)構(gòu)施工過程中，采取經(jīng)濟(jì)合理的巖溶處理措施[5-9]。

1 工程概述

1.1 項(xiàng)目概況

遼寧省本溪市威寧大街地下綜合管廊工程位于太子河新城地區(qū)，管廊西起沈本產(chǎn)業(yè)大道，東止于太子河梁家大橋，東西走向貫穿太子河新城（圖1），建設(shè)總長(zhǎng)度約6.07 km。

本工程綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)段采用平行三倉(cāng)布置形式，左側(cè)為電力倉(cāng)，中間為綜合倉(cāng)，右側(cè)為燃?xì)鈧}(cāng)。電力倉(cāng)凈高3.55 m，凈寬1.8 m；綜合倉(cāng)凈高3.55 m，凈寬4.3 m；燃?xì)鈧}(cāng)凈高3.55 m，凈寬1.6 m。

圖1 工程總體平面位置

1.2 工程地質(zhì)

地下管廊主體結(jié)構(gòu)正下方K2＋325.00～K3＋500.00段范圍存在大量溶洞，溶洞分布區(qū)在風(fēng)化石灰?guī)r巖層段，該區(qū)域鉆孔見洞率83.8%，線巖溶率72.2%，巖溶空間形態(tài)復(fù)雜，溶洞多呈串珠狀、葫蘆狀，多為無充填物的空洞或半充填，巖溶發(fā)育或巖石破碎，充填物多屬于石灰?guī)r溶蝕物，雜色，成分主要為黏性土、殘積土和全風(fēng)化石灰?guī)r，含少量沖積角礫和卵石。

1.3 地基沉降對(duì)管廊的影響

管廊建設(shè)總長(zhǎng)度約6.07 km，其中巖溶地段1.25 km，此范圍內(nèi)存在不同狀態(tài)的地下溶洞是管廊工程中最大的不穩(wěn)定因素，沉降量要求高是管廊的施工難點(diǎn)之一，因此對(duì)地基的要求就比較高，對(duì)溶洞等特殊地質(zhì)必須進(jìn)行加固處理。

管廊工程溶洞面標(biāo)高起伏差異大，大小變化不一，且無一定的規(guī)律。溶洞易形成貫通，與附近太子河形成水力聯(lián)系。溶洞部位承載力差，易使地基土失穩(wěn)。

溶洞區(qū)巖體承載力差，若處理不合理，易引起管廊不均勻沉降，造成管廊局部的應(yīng)力突增，引起管廊壁板跨中、角點(diǎn)破壞以及管廊底板拉應(yīng)力破壞，同時(shí)也易引起管廊節(jié)間連接變形縫拉裂破壞，產(chǎn)生水平位移差異，造成管廊連接施工縫的錯(cuò)動(dòng)，進(jìn)而引起地下管廊斷裂、下沉、地下水滲入等事故，造成管廊整體破壞。因此，巖溶地區(qū)管廊下溶洞處理應(yīng)引起施工人員的注意。

2 不良地基分析

為了詳細(xì)查明場(chǎng)地不良地質(zhì)條件的類型特征、分布范圍、成因、性質(zhì)等，評(píng)價(jià)不良地質(zhì)條件對(duì)本工程的危害程度，并提出防治措施，重點(diǎn)查明石灰?guī)r地區(qū)溶洞的位置、埋深、空間大小、形狀分布、穩(wěn)定性等，二次進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察，并且采用地勘和物探勘探進(jìn)行溶洞探察。

2.1 巖土工程勘探分析

現(xiàn)場(chǎng)勘探孔沿管廊基坑邊緣按“之”字形交叉布設(shè)，勘探孔間距為15 m，將管廊中心線投影間距控制在10 m之內(nèi)。勘探孔孔深滿足基坑開挖深度的2～3倍。由于該地段為石灰?guī)r地區(qū)，巖溶強(qiáng)發(fā)育，為探明巖溶分布情況，鉆孔深度達(dá)到25.0 m后終孔，或鉆孔至中風(fēng)化石灰?guī)r地層連續(xù)超過5 m且鉆孔深度不小于20 m后終孔。

2.2 巖土工程物探分析

結(jié)合當(dāng)?shù)卣诘缆肥┕さ奶厥猸h(huán)境，采用地震映像法和地質(zhì)雷達(dá)法2種物探方法進(jìn)行勘察。當(dāng)物探斷面出現(xiàn)反射波同向軸上部上凸、下部下凹、能量變化（振幅突然減小）或同向軸雜亂現(xiàn)象時(shí)，推測(cè)這些位置均為巖溶溶洞（圖2）。

圖2 典型物探斷面示意

通過對(duì)需要處理溶洞的鉆探取樣，結(jié)合物探資料進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，物探成果能大致反映出溶洞的情況，但是在溶洞形狀、大小、埋深等方面有一定的出入；勘查的巖溶深度一般在10～30 m之間；多層巖溶或小規(guī)模巖溶所形成的巖溶群，僅能大致反映出整體邊界，且無法反映巖溶內(nèi)是否存在填充物質(zhì)。因此應(yīng)針對(duì)存在填充物巖溶的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而確定處理范圍。

3 溶洞處理方案

由于擬建場(chǎng)地石灰?guī)r分布區(qū)域溶洞發(fā)育強(qiáng)烈（圖3），為不良地質(zhì)條件，對(duì)地下管廊工程施工及運(yùn)營(yíng)有較大影響，個(gè)別孔位附近管廊基礎(chǔ)底與溶洞頂距離僅為0.4～2.5 m。針對(duì)全填充、部分填充和未填充3種類型溶洞，采用溶洞面注漿、C20超流態(tài)細(xì)石混凝土、雙液注漿處理等一種或多種聯(lián)合運(yùn)用的處理方法進(jìn)行處理。

圖3 物探和地勘推斷溶洞平面示意（紅色為溶洞范圍）

3.1 區(qū)別處理原則

3.1.1 全填充溶洞處理方案

全填充溶洞采用雙液注漿的方式處理。利用高壓注漿，通過注漿管將雙漿液均勻地注入溶洞地層中，漿液以充填、滲透和擠密等方式，使填充物被壓潰、劈裂、擠壓、水化和置換，趕走土顆粒間或巖石裂隙的水分和空氣后占據(jù)其位置，從而阻斷巖溶的連通通道，雙漿液與溶洞內(nèi)的充填物和砂漿連結(jié)成整體狀。

3.1.2 半填充、未填充溶洞處理方案

半填充、未填充溶洞采用C20超流態(tài)細(xì)石混凝土和雙液注漿聯(lián)合的施工方法。對(duì)較大空隙的溶洞，先采用C20超流態(tài)細(xì)石混凝土加雙液注漿2種相結(jié)合的形式進(jìn)行加固。

對(duì)較小空隙的溶洞，采用雙液注漿技術(shù)。在溶洞待加固區(qū)域的邊緣設(shè)置雙液注漿孔，在溶洞待加固區(qū)域內(nèi)設(shè)置單液注漿孔，由水泥和水玻璃制成的雙漿液一次性填充到雙液注漿孔。

雙漿液具有迅速凝固以及膠結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，雙漿液與溶洞內(nèi)的充填物和砂漿連結(jié)成整體形成溶洞待加固區(qū)域的止?jié){墻，從而阻斷巖溶的連通通道，達(dá)到分隔溶洞待加固區(qū)域的目的。

3.2 雙液注漿技術(shù)

3.2.1 雙液灌漿管

首先根據(jù)勘察設(shè)計(jì)給出的溶洞位置，測(cè)量人員用全站儀按施工方案坐標(biāo)點(diǎn)放出加固區(qū)域范圍，并用白灰標(biāo)出，在注漿范圍內(nèi)放出所有注漿孔位，并打設(shè)鋼筋或竹簽作為標(biāo)志。

進(jìn)行鉆機(jī)成孔施工前，施工場(chǎng)地周圍應(yīng)事先進(jìn)行平整，然后移動(dòng)鉆機(jī)至要施工的鉆孔處。鉆機(jī)用木方墊平穩(wěn)，保證在成孔施工過程中鉆機(jī)不會(huì)有較大的晃動(dòng)而影響成孔的質(zhì)量，最后用羅盤儀調(diào)整好鉆桿的垂直度以保證鉆孔垂直，再調(diào)節(jié)鉆機(jī)位置，使鉆頭對(duì)準(zhǔn)所要施工的孔位。

鉆機(jī)就位后即可進(jìn)行成孔施工，確定溶洞分布土層深度的位置，采用地質(zhì)200型鉆機(jī)成孔，鉆孔孔徑200 mm，孔深≥10 m，注漿管應(yīng)進(jìn)入溶洞底0.5 m，注漿鋼管直徑為75 mm、壁厚為6 mm，管壁上鉆φ4 mm@100 mm花眼作為出漿孔，花眼位置要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉆孔記錄確定，注漿管與井壁之間用M10水泥砂漿封孔（圖4）。

3.2.2 雙液注漿技術(shù)參數(shù)

以現(xiàn)場(chǎng)19#溶洞作為試驗(yàn)段，灌漿自動(dòng)記錄儀上顯示了各種雙液注漿技術(shù)參數(shù)。

溶洞灌漿水泥采用P.O 42.5水泥，注漿流量為20～50 L/min；注漿壓力為0.10～0.9 MPa。灌漿壓力在0.10 MPa時(shí)開始逐漸升高，通過漿液填充溶洞空隙直到飽滿為止，達(dá)到0.9 MPa后穩(wěn)壓15 min立即結(jié)束；經(jīng)過設(shè)計(jì)要求與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定雙漿液配合比，水泥凈漿與水玻璃的體積比為1.0∶0.7。

3.2.3 灌漿設(shè)備

溶洞灌漿采用灌漿泵灌注，灌漿自動(dòng)記錄儀進(jìn)行記錄。雙液注漿泵是將易凝固的物質(zhì)或混合料向巖層或土壤的裂隙及空腔進(jìn)行注射，以防止其滲漏，堅(jiān)固基礎(chǔ)；雙液注漿泵適用于單、雙液注漿，可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的需要合理選擇。雙液注漿泵具有性能穩(wěn)定、壓力排量可調(diào)、體積小、質(zhì)量輕、易解體搬運(yùn)、工作可靠、泵送壓力高、料缸耐磨、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

3.2.4 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計(jì)壓力下，灌漿孔停止吸漿，繼續(xù)灌注10 min立即結(jié)束。

3.3 特殊應(yīng)對(duì)措施

3.3.1 處理灌漿堵管的措施

由水泥和水玻璃制成的雙漿液一次性填充到雙液注漿孔，雙液漿具有迅速凝固以及膠結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)。雙液注漿比單液注漿復(fù)雜，其漿液配合比是否合理是堵管故障發(fā)生與否的主要原因之一，現(xiàn)場(chǎng)通過調(diào)控漿液配合比，同時(shí)盡量縮短2種漿液混合管路的長(zhǎng)度，有效降低了灌漿中途出現(xiàn)堵管故障的概率。

若雙液注漿突然停止，應(yīng)立即停止水玻璃攪拌槽，用清水沖洗灌漿管路，保障暢通。

3.3.2 灌漿時(shí)的監(jiān)測(cè)措施

壓力注漿需密切監(jiān)測(cè)和觀察管廊基坑地基沉降、既有道路裂縫、圍護(hù)墻位移、土體位移裂縫等現(xiàn)象。若發(fā)生上述現(xiàn)象，立即停止灌漿，查找原因，及時(shí)調(diào)整灌漿壓力和灌漿量等施工參數(shù)，灌漿量與灌漿壓力要經(jīng)過19#溶洞反復(fù)試驗(yàn)，最終確定現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工參數(shù)，以保證管廊地基的穩(wěn)定性和建筑物的安全。

3.3.3 鉆孔取芯

根據(jù)設(shè)計(jì)文件規(guī)定，灌漿結(jié)束28 d后現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)鉆孔取芯（圖5），檢測(cè)雙液灌漿與溶洞加固區(qū)空腔填充物固結(jié)在一起后的整體密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度，確定滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。取芯數(shù)量按總孔數(shù)的1%進(jìn)行抽查，且不小于5點(diǎn)，如取芯固體達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則應(yīng)進(jìn)行二次補(bǔ)灌漿，注漿后要求管廊地基承載力不小于130 kPa。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)鉆孔取芯

4 結(jié)語

本溪市威寧大街地下綜合管廊實(shí)施范圍自沈本產(chǎn)業(yè)大道至太子河梁家大橋，在管廊實(shí)施范圍內(nèi)經(jīng)過物探和地勘鉆孔取芯顯示存在一定數(shù)量的地下溶洞，溶洞區(qū)巖體承載力差，易引起管廊不均勻沉降。在工程施工初期，溶洞采用C20超流態(tài)細(xì)石混凝土、水泥漿液等處理措施，效果不理想且施工難度較大；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后采用雙液注漿技術(shù)，施工、記錄簡(jiǎn)單方便，鉆孔取芯結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求，保證了管廊地基的穩(wěn)定性和建筑物的安全，解決了溶洞地質(zhì)條件下地下綜合管廊沉降要求高的難題。