旋挖鉆孔灌注樁施工遇串珠狀溶洞處理技術

程華仁

（武漢地質勘察基礎工程有限公司，湖北武漢 430050）

隨著城市建設的高速發展，建設項目選址有時無法規避溶洞發育地區；在巖溶地區進行的工程施工，特別是樁基施工，遭遇溶洞地層會造成護壁泥漿漏失，正常施工難以繼續，無法按常規工藝完成。必須先對溶洞進行有效處理，常規做法是先進行超前鉆施工勘察，查明溶洞的具體情況，按溶洞的不同類型，針對性地采取不同溶洞處理措施。結合我司承擔的湖北武昌溶巖地區某項目地基處理工程，施工區域地層存在著大量串珠狀溶洞。經對比分析，選用注漿施工技術對溶洞進行處理，取得了良好的效果，成本工期可控，順利完成了注漿處理和樁基施工任務。

1 溶洞的形成與分類

1.1 溶洞的形成機理

溶洞是可溶性巖石中因喀斯特作用所形成的地下腔隙[1]，是石灰巖地區地下水長期溶蝕的結果，溶蝕作用是一個漫長的地質過程，發育形成大小不同的腔洞體，溶洞發育常見在巖溶地區。

1.2 溶洞的幾種常見類型

溶洞按發育成的腔洞形態情況等進行分類。按溶洞的大小分類，可分為三種，a：小溶洞，洞高小于3m；b：大溶洞，洞高大于3m；c：裂隙、溶蝕。按洞內有無添充物進行分類，可分為三種，a：有充填，已填滿，包括亞砂土和亞粘土充填，有可塑、軟塑和流塑之分；b：半充填，有一半左右充填；c：無充填物，為空洞。按溶洞是否漏水進行分類，可分為三種，a：全漏水，與其它溶洞相連；b：半漏水；c：不漏水。按溶洞垂向數量進行分類，可分為二種，a：單個溶洞；b：多個溶洞或串珠狀溶洞。

1.3 溶洞地層對建設施工的不利影響

巖溶地區很容易發生因溶洞引起的地面沉降和裂縫。樁基礎施工遭遇溶洞，會造成護壁泥漿漏失、成孔困難和孔斜、卡鉆，混凝土嚴重超灌，進而造成項目進度、成本和質量目標失控，甚至發生地面塌陷等嚴重的安全事故。在以往工程實踐中，因溶洞引發的各類施工事故屢見不鮮。對溶洞如果處理不及時或采取措施不合適，也有可能引起地質災害，造成重大經濟損失，因此對溶洞進行加固處理至關重要。應按勘察鉆孔探明的溶洞具體情況，選用合理的技術手段進行處理。

2 溶洞地區樁基施工的常見處理辦法

2.1 常規成孔法（按照無溶洞地質狀況考慮）

施工地層發現溶洞存在，且溶洞內有充填物為可塑或軟塑的亞粘土，且溶洞不存在漏水情況；這時可忽略溶洞對旋挖施工的影響，而按照正常的施工工藝進行。旋挖鉆進成孔時，洞內的土質和溶洞外的土質沒有什么差別，可以按無溶洞的情況正常施工作業。

2.2 片石粘土填筑法[2]

溶洞內無充填或半充填，一般溶洞高度在3m 以內，但存在嚴重漏水，護筒內水頭高度難以保持時，可采用片石、粘土和整包水泥進行回填后鉆進，旋挖鉆機用小進尺干鉆，使回填物充分密實后再加泥漿，提高水頭至正常高度，等水泥初凝具有一定強度將漏漿處堵住后，繼續使用小進尺鉆進，形成人工泥石護壁。

對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，鉆進時采取投放片石、粘土和整袋水泥堵塞起到護壁作用，保證護壁泥漿不流失，使鉆孔順利通過巖溶區。如此反復多次回填，反復鉆進直至形成泥石護壁并不再漏漿為止。片石粘土填筑法施工有很多成功的溶洞處理案例，是一種比較成熟的溶洞處理施工技術。

2.3 鋼護筒跟進法

溶洞腔體高大于3m，單層或多層溶洞成垂直串珠狀，可采取鋼護筒跟進法施工。該方法就是一面鉆孔，一面接高護筒，并且將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內。

當樁孔穿過多個溶洞，并且均已成功造壁，在下面溶洞鉆進時，上面已形成的泥石護壁坍塌漏水，可以鋼護筒跟進到這個溶洞位置堵漏。

鋼護筒選擇。內護筒長度和內徑的確定：護筒長度由溶洞底至地面深度確定，單層護筒內徑在樁直徑加大10cm。多層護筒自內層護筒直徑上再加大10cm。鋼護筒要求成型直徑準確，連接順直，單個大溶洞用單層護筒，兩個大溶洞用雙層護筒。

用旋挖鉆進成孔鋼護筒跟進法施工時，要求鉆機成孔樁孔要豎直，無歪斜、縮徑。

鋼護筒跟進法可用于各種中大型溶洞，施工方法相對復雜，造價高。

2.4 混凝土回灌法

如樁孔出現反復漏漿，現場條件不允許采取鋼護筒跟進法和注漿法時，可采取回灌混凝土法，采取低標號混凝土灌注，澆筑樁孔間隔一定時間后采用正常成孔方法施工，當鉆穿溶洞漏漿時或遇到傾斜巖面時，填入低標號混凝土，繼續成孔。

混凝土回灌法適用于中小溶洞，有無填充物均可采用此方案。施工方法簡單，材料消耗大，成本相對較高，此種方法一般用在樁孔漏漿、堵漏困難的地方。

2.5 注漿法

施工地層溶洞層數較多，為串珠狀，土層中有較厚的砂層，溶洞漏漿嚴重會引起鉆孔孔壁塌方，這時對土洞、溶洞處理，可采用注漿法進行溶洞充填；注漿材料選用水泥漿，漿液配合比應通過工藝試驗確定。

注漿孔徑應根據地質條件鉆孔深度及注漿工藝確定，注漿孔徑不宜小于91mm。注漿壓力應綜合考慮上覆壓力、地層條件和漿液性能等因素。前期注漿壓力宜為0.2~0.5MPa，終止壓力宜為1~1.5MPa。注漿范圍不小于空洞和裂縫的空隙范圍。當空洞邊界巖體破碎，裂隙發育時，注漿范圍超出空洞范圍的寬度不應小于空洞高度的0.5 倍。注漿順序應按跳孔間隔注漿方式進行，宜先外圍后內部的施工方法。施工時應記錄注漿壓力和漿液流量。注漿過程中出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應查明原因并及時采取措施。注漿結束后，注漿孔應采用水泥漿封閉。待水泥漿液壓注作業結束，48h后開始正常鉆進施工。

注漿法施工可用于多層串珠狀溶洞，也可用于各種有填充物的溶洞，材料消耗較大，造價相對較高。

3 溶洞注漿施工技術特點

3.1 溶洞注漿技術的優點

3.1.1 提高固結力

注漿處理后，地層中添加了適量的水泥，水泥固化后形成堅硬的水泥土，這樣可大大提高土體抗壓能力，增加土體的固結力。同時注入水泥漿液將會填補溶洞的空洞部分，提高地層支撐能力，防止局部地面下沉。

3.1.2 降低滲透性

水泥漿液能夠填補溶洞內的空隙，將地下水流通的路徑阻塞，降低潛在的地下水位，從而有效防止地下溶洞導致成孔漿液流失。

3.1.3 提高地層穩定性

通過注漿技術，可以增強地下巖石的整體穩定性，從而有效解決巖溶地區容易造成的地面沉降和地裂縫等問題。

3.1.4 節約成本

利用注漿技術處理巖溶地區的溶洞，可以有效控制材料消耗，減少工期，節約造價，是一種具有高性價比的溶洞處理施工技術。

3.2 溶洞注漿技術的缺點

3.2.1 作業現場布置難度大

巖溶地區地貌復雜，周圍環境復雜，施工現場設備、管路布置難度較大；同時管路行程遠、壓力損失大，需要充分考慮現場安全和操作問題，現場靈活布置。

3.2.2 注漿操作時機把控難

在施工過程中，由于地下水條件的不同，對注漿開始和結束時機需要進行準確的把控，否則可能影響作業效果，造成注漿效果不佳的結果。

3.2.3 對環境影響較大

注漿作業過程中需要使用大量的水泥等材料，對周圍環境可能造成二次污染，容易引起環保問題。

4 溶洞注漿施工工程實例

4.1 工程概況

京東光谷南大健康智能產業園項目樁基工程位于武漢市江夏區，用地面積95017.5m2，構筑物總建筑面積223310m2；主要建筑物由4棟庫房、行車道及綜合樓組成，包括1#~2#雙層庫、3#~4#單層庫、5#倒班樓及6#門房。

根據《京東江夏地塊巖土工程勘察資料》顯示[3]，本工程地質土層主要為：雜填土、素填土(Qml)、粉質粘土(Q4al)、粉質粘土夾碎石(Q3al+pl)、紅粘土(Qel)、灰巖（較破碎）(P1q)、灰巖（較完整）(P1q)。擬建工程場地屬巖溶強發育場地，基巖為灰巖，溶洞見洞率為39.4%，洞內充填物均為可塑狀的粘性土夾灰巖碎塊，半充填—全充填，鉆進有漏水現象。

4.2 基礎施工方案

本項目基礎形式為旋挖鉆孔灌注樁、強夯地基處理及CFG 樁，樁基施工主要施工區域為巖溶地區。根據規范要求，必須進場施工勘察及溶洞注漿處理后進行樁基施工；超前鉆施工時，發現溶洞后可立即進行注漿處理；要求對施工區域樁孔位置進行施工勘察，對需要注漿的溶洞采取注漿封閉基巖溶洞，停待48h后，按常規旋挖作業進行成孔施工。

經測算比選，注漿法施工成本最低，工期可控，確定對溶洞采取注漿加固法施工處理。

4.3 需要溶洞注漿孔的判定

根據施工勘察資料分析溶洞充填、埋深、高度及空間分布橫向分布情況，按照工程設計文件，對樁基及獨立基礎下的溶洞需要進行處理，樁基礎溶洞注漿處理判定方式為[4]：

（1）一般空洞及半填充溶洞：對于高度超過1m 的空洞及半填充溶洞，采用注漿法進行溶洞填充預處理，其余的不處理，具體點位按施工勘察完成報告標識圖進行。

（2）對于全填充溶洞，可不進行處理。

獨立基礎下的溶洞處理方案嚴格按規范進行。

（1）對于在規范要求的邊緣區域發現溶洞的采取調整基礎寬度的辦法避免處理。

（2）對于全填充溶洞，根據填充物的物理指標驗算地基承載力，滿足要求的可不處理。

（3）在規范規定深度范圍內的一般空洞及半填充溶洞，采用注漿法進行溶洞填充預處理。

4.4 成孔作業

根據勘察報告顯示的溶洞區域，按樁位圖一樁一孔進行布置，勘察鉆機采用XY-1/GK-200鉆機；超前鉆施工孔位居中布置。對于出現的滿足注漿要求的溶洞樁孔時，利用施工勘察鉆孔埋設注漿管，采用袖閥管水泥注漿處理。

4.5 注漿管安裝

根據施工勘察探查取得的洞體邊界數據，對于需要注漿處理的孔在溶、土洞頂板以上的部位用實管，在溶、土洞范圍內使用花管，注漿管底部加注漿器，注漿器用生膠帶纏繞封閉。注漿管采用直徑25mm、壁厚3mm 的鋼管，每個孔內放置注漿管3 根（用二備一）。對于無充填的溶洞，注漿管下至土溶洞頂板下0.5m，對于半充填/全充填的溶洞，注漿管下至溶洞底。

將實、花管根據要求連接后，在管內注滿清水檢查密封性能。然后立即將注漿管沿鉆孔下至設計標高，上端露出地面40cm 左右，并加蓋上悶蓋。為保證順利下管，管中要保證注滿清水，做好防注漿管上浮的措施。注漿管孔口處應進行封孔，保證止漿效果，同時為加強止漿效果，可在孔壁間隙靠近地面1~2m范圍內充填水泥砂漿加固，封孔完成6~8h后方可進行注漿施工。

4.6 注漿漿液配制

根據溶洞面積及高度估算預配制漿液的體積，按水灰比計算出所需的水泥和水的用量，在攪拌機內加入計算好的用水量，邊攪拌邊加入計算好的水泥用量，攪拌均勻后倒入儲漿池內備用。

4.7 注漿孔位順序

注漿順序采取由外到內約束—開放型方式，即先注溶洞最外側后注內側，隔孔交替進行，以控制漿液擴散范圍，保證注漿效果。

4.8 注漿施工

注漿設備機組主要設備為注漿泵，配套設備為水泥罐和漿液攪拌機。

用注漿泵注漿，注漿壓力不宜太大，前期注漿壓力宜為0.2~0.5MPa，終止壓力宜為1~1.5MPa。使漿液填滿溶洞或滲透到填充物內，然后固結。水泥采用PO42.5 水泥，水泥漿液水灰比0.4~0.6[4]。當達到以下條件即可停止注漿：

（1）當孔口開始翻漿且注漿量小于15L/min。

（2）發現注漿范圍附近地面有上抬的趨勢時，立即停止注漿。

（3）發生竄漿或漿液漏失嚴重時，立即停止注漿。

注漿方式采取后退式分段注漿工藝，即在注漿帶內由孔底自下而上進行注漿，每次注漿段長0.5m，注完第一段漿段后，上提注漿芯管，進行第二注漿段注漿施工。

在芯管拔出長度大于一節管長時，停注拆取該節芯管及接頭，將接頭接在未拔出的芯管上繼續注漿，依此進行直至完成注漿。

注漿過程中如需暫停注漿時，應將注漿芯管提升0.4m，向孔內注清水后再停止注漿，這樣既保持管路暢通，又保證注漿不受注水影響。

為保證注漿效果，一般采用重復注漿方法。兩次注漿時間間隔為6~10h,注漿3次，滿足終孔壓力時停止注漿，并用水泥砂漿進行封孔處理。

注漿過程中做好注漿記錄，記錄實際孔位、孔深、孔內地下物、涌水等，當發現與地質報告不符時，分析具體情況進行改進，修正注漿作業參數。

4.9 現場施工存在問題與解決措施

由于項目場區大，注漿距離遠：注漿施工時，注漿距離增加，注漿壓力可能不足，影響注漿效果。針對措施是注漿施工做好注漿后臺的位置布置，注意觀察注漿泵的注漿壓力情況，可適當增加注漿壓力，避免因為距離過遠，造成注漿壓力不夠，影響注漿效果。

地面冒漿問題：現場注漿施工時，注漿液從其他位置冒出，分析主要原因為溶洞內存在破碎帶，施工時，隨著漿液的注入，壓力增大，水泥漿液從其他勘察孔內返出，造成材料浪費。針對措施是對施工勘察孔進行孔口封堵處理，并采用間歇停注、多次復注的方法處理。

4.10 樁基施工成樁

設計要求注漿施工完成后應停待48h，待漿液初凝固，結具備一定強度后方可進行后續成樁作業。樁基施工設備選用SR285旋挖鉆機，泥漿護壁成孔，現場實際作業情況一般是在注漿結束后停待了7~15d進行正常旋挖鉆進，漿液無漏失情況發生。

鋼筋籠制安與混凝土灌注作業按正常工藝流程進行，不再贅述。最后統計，混凝土灌注方量存在1.5%輕微超方。

4.11 施工總結

本項目共投入施工勘察鉆機18 臺套，注漿設備采用BW150壓漿泵2套，樁基施工采用1臺SR285旋挖鉆機。溶洞區樁基礎施工歷時50d，順利完成區內的所有溶洞的勘察超前鉆孔、溶洞注漿和旋挖施工任務。其中施工勘察鉆進完成進尺約1734.7m，溶洞注漿水泥用量591.5t；完成直徑900mm 和700mm 的鉆孔灌注樁施工122根，灌注混凝土量934m3。樁基施工結束后進行了十三組靜載試驗，檢測結果表明，單樁承載力和沉降值均滿足設計和規范要求。表明注漿處理完全達到了設計要求的加固效果。

5 結語

綜上所述，注漿施工作為一種工藝成熟的施工技術，溶洞注漿處理作為一種重要的解決巖溶地區溶洞處理的有效技術手段，特別在巖溶地區的多層串珠狀溶洞處理極具成效。溶洞注漿施工設備和注漿材料容易取得，在降低治理成本方面具有很大的優勢，是巖溶地區溶洞處理的一種重要技術措施。注漿處理在地基處理中應用廣泛，具有一定的推廣價值。但必須注意，溶洞注漿技術有其局限和適應溶洞類型，適用于串珠狀溶洞處理，不能有效處理其他全漏水的大溶洞。