溶洞處理施工技術的應用

【摘要】通過對白石窯大規模溶洞群的施工處理技術的闡述，掌握溶洞處理施工的工作要點，深入理解在不同工程地質條件下，不同類型溶洞的多種處理方法，精確選用適用于本工程的溶洞處理方法。深刻認識了在復雜地質條件下，大規模溶洞群施工處理綜合技術的應用，掌握溶洞處理施工工藝。【關鍵詞】溶洞；巖溶；先導孔；充填料；雙液漿；配比

1、工程概況北江（曲江烏石至三水河口）航道擴能升級工程白石窯樞紐船閘工程位于清遠市英德白石窯水電樞紐左岸。工程內容包括新建二線船閘和重建一線船閘，白石窯航電樞紐工程等別為二等，本船閘屬Ⅲ級船閘，船閘上、下閘首及閘室均為2級建筑物，上、下游導航墻及靠船墩為3級建筑物。新建白石窯二線船閘與一線船閘同位于左岸布置，二線船閘有效尺度采用220m×23m×4.5m，一線船閘有效尺度采用140m×23m×4.5m，一、二線船閘上下游共用引航道方案。二線船閘全年圍堰長937.15m ，結構組成為上游橫向土圍堰31.0m+單排地連墻30m +上游雙排地連墻基礎234.25m+船閘主體段格型地連墻411.65m+下游雙排地連墻 150.25m+下游單排地連墻30m+下游橫向土圍堰50.0m。2、工程區巖溶發育情況本工程區的地貌形態為峰林谷地，宏觀上為英德巖溶盆地的一部分，巖溶作用已經進入晚期階段。本工程區屬于強巖溶區。根據前期地質勘查資料，本工程巖溶發育強烈，地質條件非常復雜，二線船閘的巖溶鉆孔遇洞率88.2%，平均線巖溶率32.9%，本工程區屬于強巖溶區。本次主要探討在強巖溶地區，工程規模較大的情況下，大規模溶洞群的綜合處理技術的應用。3、溶洞處理需要達到的工程效果1）充填洞體內空隙，防止洞壁和基礎崩塌；2）堵塞溶洞與外界的直接漏水通道，防止泥漿流失； 3）加固洞內原充填欠固結的軟弱土體，防止軟弱土體在受附加應力及自重影響下產生較大的沉降變形，使洞內充填物與洞壁間產生過大的空隙；并且一定程度提高洞內填充物承載力特征值；4）確保地下連續墻順利成槽及成槽質量，保證地下連續墻施工安全；5）對超大型溶洞（溶洞洞高>10m）或靠近舊船閘位置地連墻進行預處理，采用灌漿和溶洞內充填素混凝土結合的方式適當擴大化處理，以保證連續墻施工安全。4、溶洞處理試驗1）試驗目的（1）試驗論證《溶洞處理試驗方案》的可行性、施工效果的可靠性以及經濟上的合理性；（2）確定合理的注漿孔技術參數，如注漿孔排數、排距、孔距、孔深等； （3）確定合理的施工參數，如注漿壓力、注漿材料與漿液配比、單位注灰量范圍、純水泥漿水灰比、雙漿液配合比、注漿設備、壓力管道及應用范圍等；（4）施工工效、進度分析等。2）第一階段施工（1）試驗段溶洞概況根據現場實際情況及原超前鉆孔位探測的溶洞高度及充填狀況不同，現擬在先完成超前鉆鉆探的二線船閘下游施工平臺上選取3個試驗段做溶洞處理和成槽試驗。3個試驗段溶洞概況如下：（2） BYZK-77試驗段試驗方法選擇及效果超前鉆BYZK-77試驗段槽段尺寸為1.2m×3m，擬對該處溶洞暫不處理，直接沖孔成槽，沖孔采用1臺SLZ-300型沖孔樁機。本試驗段沖孔前未進行溶洞處理，沖孔歷時10天，多次發生漏漿、塌孔及護筒周邊塌方現象。經多次回填黃土及塊石反復沖孔，仍未達到設計底高程，沖孔效率低。未達到預計處理效果。（3）BYZK-99試驗段試驗方法選擇及效果超前鉆BYZK-99孔，已探明的溶洞高度為5.6m，擬在該試驗段地連墻兩側距離墻邊線1.5m處，各布置一排3個探邊孔，進行邊界探測施工，探邊孔間距為2m，探邊孔兼作灌漿孔，探邊孔直徑為91mm，探邊孔深度按原超前鉆孔深原則設置，即達到地連墻底高程并保證3～5米入巖，與超前鉆BYZK-99孔相鄰的兩個鉆孔BYZK-98、BYZK-100也作為該段溶洞處理的探邊孔及灌漿孔。 前期注漿未按總量控制，漿液流速大，漿液流失嚴重；后期采用總量控制原則，達到總量即停止灌漿。本試驗段灌注水泥總量為275499.7kg，平均單位注灰量為4124.4kg/m，注漿壓力在0～0.59MPa之間，吸漿量在17.6～53.75L/min之間。溶洞處理后，對試驗段進行了抽芯檢測，根據抽芯芯樣，溶洞部位未見明顯水泥塊，證明溶洞處理效果不佳。隨后對該段進行成槽沖孔試驗，沖孔過程中，沖至溶洞部位多次發生漏漿、塌孔及護筒周邊塌方現象。經多次回填黃土及塊石反復沖孔，仍達到設計要求底高程，沖孔效率低，最終由于塌孔造成地面下陷，并且情況嚴重不得不終止沖孔。（4）BYZK-88試驗段試驗方法選擇及效果超前鉆BYZK-88孔，已探明的溶洞高度為13.4m，溶洞較大。擬在該試驗段地連墻兩側距離墻邊線1.5m處，各布置兩排探邊孔，探邊孔直徑為91mm，探邊孔深度按超前鉆孔深原則施工，即達到地連墻底高程并保證3～5米入巖，與超前鉆BYZK-88孔相鄰的兩個鉆孔BYZK-87、BYZK-89也作為該段溶洞處理的探邊孔及灌漿孔。 試驗首先對第一排中間孔首先灌注水泥砂漿，砂漿灌注量少，無法充填滿溶洞。隨后對外排孔進行雙液灌漿，內部孔灌注水泥漿的方法進行溶洞處理。該試驗段注漿采用總量控制原則，灌注水泥量總量為959430kg，外加劑（水玻璃）用量為1783.7kg，周邊孔平均單位注灰量為1397.7kg/m，平均單位外加劑用量為27.95kg，內部孔平均單位注灰量為3465.7kg/m。本試驗段溶洞段溶洞較大，原本考慮采用砂漿充填溶洞內部，節約灌漿量，試驗證明，灌注砂漿對于半充填溶洞不可行。在BYZK-99試驗段沖孔塌方的情況下，為確保施工安全，該試驗段放棄了沖孔試驗。3）第二階段施工（1）試驗段溶洞概況根據現場實際情況及超前鉆孔位探測的溶洞高度及充填狀況不同，現擬在完成超前鉆鉆探的二線船閘施工平臺上選取7個具有代表性試驗段做溶洞處理和成槽試驗。7個試驗段溶洞概況如下：（2）充填料配比參數及選用①充填粘性土和水泥混合料（充填料1）因施工特殊性及場地限制，根據現在實際情況回填料用量根據機械設備每次裝卸量進行統計，粘性土松散堆積密度取值1300kg/m3，投入相應袋裝水泥（每m3回填料合50～100kg水泥）。對溶洞內的充填物進行固結，避免反復的漏漿反復回填。漏漿嚴重、反復漏漿則應加大水泥投入量。適用情況：適用于半充填及全充填溶洞；快速漏漿的槽段。②充填塊石、粘性土及水泥混合料（充填料2）先導孔回填料若采用塊石、粘性土及水泥混合料（每m3回填料摻和50～100kg），塊石粒徑應大于200mm、不大于2/3孔徑，黃泥：塊石為3：1。塊石作為填縫材料，主要目的利用沖錘擠壓塊石，充實溶洞，達到堵漏的目的。適用情況：適用于串珠溶洞、空洞及大型溶洞的槽段。③充填低標號混凝土（充填料3）若參照上述①②配比參數進行多次充填溶洞仍無法達到堵漏效果或漏漿造成槽段導墻發生塌陷、鏤空，則及時采用低標號混凝土進行溶洞充填或對導墻周邊加固。5、溶洞處理方法總結1）先導孔施工由于溶洞有一定的不可預見性，大小填充情況各不相同。通過兩階段溶洞處理試驗，從工期及成本綜合考慮，確定溶洞處理和地下連續墻施工同步進行。針對溶洞較大的槽段先施工先導孔，先導孔施工至溶洞頂板后采用φ1200mm鋼護筒護壁。利用先導孔對溶洞進行充分的充填直至成孔過程不漏漿，然后進行地下連續墻成槽施工。充填料以塊石、粘土、袋裝水泥混合料（PC32.5R）及低標號素混凝土為主。先導孔的施工原理也可以理解為先處理后成槽，鋼護筒的目的在于沖破溶洞頂板泥漿流失后對孔壁的支護作用，防止漏漿引起的孔壁坍塌。2）針對半充填及全充填的中小型溶洞（溶洞洞高6m以下）：充填粘性土和水泥混合料，充填后仍無法正常進尺時，在上述充填物的基礎上增加塊石；3）針對大型溶洞（6m及以上）：利用先導孔+鋼護筒護壁方式，防止快速漏漿造成塌孔；4）針對串珠型溶洞、無充填溶洞或大型溶洞（溶洞洞高6m及以上）：充填塊石、粘性土及水泥混合料；5）針對超大型的半充填或無充充填溶洞（溶洞洞高10m及以上），或臨近結構物等重要部位的溶洞，或沖孔中出現反復漏漿、或導墻邊鏤空等情況，為確保臨近建筑物安全和施工安全，采用灌漿和充填低標號混凝土相結合的處理方式。6、結論截止目前為止，白石窯船閘工程一期全年圍堰地下連續墻溶洞處理已結束，基礎土石方開挖完成量過半，工程效果經受了實踐考驗。在地下連續墻施工過程中，共處理了336個大小及類型不同溶洞，其施工處理方法在充分論證的基礎上，進行逐孔處理?？傊笠幏度芏慈禾幚矸椒ǖ倪x取與施工，是針對不同溶洞，綜合采用充填粘性土、水泥混合料、塊石、素混凝土及灌注漿液等一項或多項施工技術的充分應用。以上，是我對本工程溶洞處理技術的一點淺見，希望能給予大家一點提示。作者簡介：鐘欽生（1962-），廣東人，工程師，主要從事水利水電工程施工。