廣州地區隱伏巖溶區溶土洞處理技術探索

摘要：廣花凹陷沉積巨厚的碳酸鹽巖，受該地質構造影響，在廣州地區發育了較多的溶土洞。依托廣州市白云沙亭崗新社區棚改項目，初步探索隱伏巖溶區溶土洞處理成套技術，提出了“試驗比對確定處理原則分區分塊處理處理結果檢測”的技術流程，系統闡述了樁基施工過程中遇溶土洞的處理技術要點及處理原則。研究成果可為廣州乃至廣東省其他巖溶區域溶洞處理、樁基施工等工程提供借鑒。

關鍵詞：隱伏巖溶區;試驗比對;處理技術;樁基施工我國是世界上巖溶地貌分布區域廣泛、分布面積較大、類型較多的國家之一［1］。廣花凹陷沉積巨厚的碳酸鹽巖，受該地質構造影響，在廣州地區發育了較多的溶土洞。處于隱伏巖溶區的溶土洞被風化物或殘積物充填，深埋于地下，成為隱蔽或半隱蔽的地質災害，形成潛伏的易發隱患，對工程建設危害性極大。長期以來，巖溶區地基處理一直是工程建設過程中的重點、難點問題。

基于國內外一些工程實踐，國內外學者在溶土洞處理技術上積累了較多的經驗。廖廣超針對高層建筑巖溶處理問題，提出了“先分區分塊，后點面結合”的處理方式［2］;黎秉林通過利用大型數值模擬軟件，驗證了所采取的勘察及注漿預處理方案的可行性［3］。相較于上述一些技術觀點，隱伏巖溶區溶土洞深埋于地下，上覆土層較厚，需要更為嚴格的技術手段進行處理［4］。本試驗依托廣州市白云沙亭崗新社區棚改項目，初步探索隱伏巖溶區溶土洞處理成套技術，為廣州市乃至廣東省其他巖溶區域溶洞處理、樁基施工等工程提供借鑒。

1工程概況

廣州市白云沙亭崗新社區棚改項目總用地面積約50萬m2，已納入國家和廣東省2018年棚戶區改造計劃，共棚改安置7 332套（戶），其中貨幣安置15戶，安置房7 317套、總建筑面積約68.3萬m2，以及配套基礎設施建設面積不少于31.77萬m2。通過對詳細勘察報告、物探報告、超前鉆勘察報告分析研究，主要得到以下信息：

（1） 溶洞內多全充填或半充填流、軟塑狀黏性土或松散砂土，少部分溶（土）洞為空洞，無充填物。施鉆過程中，絕大部分鉆孔鉆至石灰巖面時出現漏水現象。

（2） 溶洞洞高較大，其中50%以上的溶洞洞高大于5 m，且埋深較深，10%左右大于10 m，3～5 m間占比24%，小于3 m占比26%。

2溶土洞處理方案比選

2.1方案簡述

根據設計單位給出的1地塊1A棟、1D棟及1G棟圈定的處理范圍、以及詳細勘察、補充勘察資料和物探資料，結合現場情況，本次試驗擬采用3種處理方法，分別是吹砂后注純水泥漿、灌注C15素混凝土、注純水泥漿。

2.2參數要求

（1） 注漿孔孔徑為219 mm，灌砼孔孔徑為800 mm（使用旋挖機進行施工），吹砂孔孔徑219 mm（不同處理方式對應不同孔徑的排氣孔），鉆孔進入溶洞地面以下不少于0.5 m。

（2） 對于灌注水泥漿的注漿孔，注漿管采用PVC花管注漿，下至溶（土）洞底部上20～30 cm位置，灌注42.5R普通硅酸鹽水泥漿。

（3） 注漿壓力0.6～1.0 MPa，水泥采用42.5R級水泥普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5∶1～1∶1，注漿速度50～120 L/min［5］。

2.3注純水泥漿試驗

根據巖溶專項勘察顯示，該溶洞面積約為37.862 m2，平均洞高約為2.44 m，溶洞體積約為92.38 m3。注漿孔使用前期超前鉆施工預留孔位。注漿水泥采用42.5R級普通硅酸鹽水泥，注漿過程中水泥漿水灰比控制在0.8左右，注漿壓力控制在0.6～1.0左右，注漿速度50～120 L/min。

（1） 第一次注漿施工

注漿位置為1GZ1，當附近的1GZ2孔口開始冒漿后，判定該孔注漿量≤5 L/min，繼續注漿10 min后停止注漿。注漿時間約117 min 27 s，注漿量為14 120 L。

（2） 第二次注漿施工

注漿位置為1GZ2，當1GZ3孔口開始冒漿并且注漿壓力開始升高至1 MPa以上時，繼續注漿10 min后停止注漿，并在1GZ1孔口進行復注，當注漿壓力開始升高至1 MPa以上時，繼續注漿10 min后停止注漿。注漿時間約為152 min 51 s，注漿量為19 906 L。

（3） 第三次注漿施工

注漿位置為1GZ4，當注漿壓力開始升高至1 MPa以上時，繼續注漿10 min后停止注漿。同時在1GZ2孔口進行復注，當注漿壓力開始升高至1 MPa以上時，繼續注漿10 min后停止注漿。注漿時間約為204 min 19 s（扣除中午暫時注漿時間），注漿量為23 799 L。

（4） 第四次注漿施工

注漿位置為1GZ3，當注漿壓力開始升高至1 MPa以上時，繼續注漿10 min后停止注漿。注漿時間約為84 min 1 s，注漿量為14 772 L。同時進行1GZ4孔位的復注，并在1GZ3停注約2 h后進行復注。注漿時間約為86 min 53 s，注漿量約為12 499 L。

該溶洞容量約為92.38 m3，本次注漿總量為85 096 L，即85.096 m3，純水泥漿注漿試驗情況較好，基本完成預定目標［6］。

2.4吹砂后注純水泥漿

根據巖溶專項勘察顯示，該溶（土）洞由1AZK1、1AZK2、1AZK3 3個鉆孔揭露。溶洞范圍面積約27.586 m2，洞高為5.39 m～6.45 m，洞頂埋深28.53～29.75 m，溶洞體積約為177.8 m3，溶洞內100％半填充，填充物為軟塑狀粘性土。溶土洞處理前需提前進行吹砂孔成孔（吹砂孔孔徑219 mm）。使用砂漿泵和地泵進行吹砂作業，預埋管管底下至溶洞頂板下20～30 cm。1AZ1、1AZ2、1AZ3為原超前鉆孔位。其中，1AS1終孔深度31.96 m，溶洞范圍31.8～35 m，洞高3.2 m，埋管深度33 m;1AS3終孔深度39.22 m，溶洞范圍35.7～39 m，洞高3.3 m，埋管深度37 m;1AS2終孔深度38.81 m，溶洞范圍32.85～38.3 m，洞高5.45 m，埋管深度35.85 m。

首先通過對預埋管中壓送空氣，孔內開始返出泥漿水，但附近孔位均未感受到氣體排出，持續時間為30 min。接著對1AS2孔進行清孔作業，向預埋管中壓送空氣，孔內開始返出泥漿水，但附近孔位同樣無氣體排出，持續時間為30 min。

經過重復上述作業后，由于3個吹砂孔位均無法順利排氣，經現場研究后，終止本次吹砂試驗。

該溶洞容量約為177.8 m3，本次吹砂總量為1.056 m3，由此可見，吹砂試驗方案遠遠不能滿足本次溶洞處理技術要求。

2.5灌注C15素混凝土試驗

根據熔巖專項勘察顯示，該范圍土洞共有1DZK5、1DZK9、1DZK14、1DZK15、1DZK16這幾個鉆孔揭露。溶洞面積約155.687 m2，洞高2.74～8.4 m，洞頂埋深29.97～33.6 m，溶洞體積約為777.48 m3，溶洞100％填充，填充物為軟塑性黏性土、砂粒、巖碎塊。溶土洞處理前需提前用旋挖機進行灌砼孔成孔（孔徑800 mm）。使用導管法灌注C15素混凝土，導管底下至溶洞頂板下20～30 cm。1DG1孔深36.5 m，溶洞范圍為29.4～36.3 m，洞高6.9 m；1DG2孔深36.2 m，溶洞范圍為30.6～36.1 m，洞高5.5 m；1DG3孔深27.2 m，溶洞范圍為24.5～27.1 m，洞高2.6 m。

（1） 第一次灌注砼施工

第一次灌注砼施工，孔號為1DG1?；炷凉嘧⑶笆褂脺y繩進行孔深測量，測繩讀數為33 m（成孔深度36.5 m）。實際灌注混凝土量約3.8 m3后，混凝土液面上升3.6 m至溶洞頂板。同理對1DG2、1DG3進行上述作業，發現3次灌砼施工總量為14 m3，而該溶洞容量約為777.48 m3。由此可見，灌砼試驗方案遠遠不能滿足本次溶洞處理技術要求。

結合上述試驗數據，綜合考慮現場實際條件，最終確定以注純水泥漿的方式進行溶土洞處理［7］。

3溶土洞處理

3.1溶土洞處理方法選擇

（1） 對全填充溶洞，采用袖閥管注漿處理。

（2） 對連通性較好或串珠狀溶洞，應采用雙液漿或者灌注素混凝土方法進行處理。

3.2注漿孔布置

注漿管宜進入溶洞頂板以下0.3～0.5 m，施工單位可根據現場試灌情況調整。灌注水泥漿時，注漿管應達到溶洞或土洞底部。泥砂漿或純水泥漿的注漿孔孔徑110～130 mm，排氣孔孔徑不小于90 mm，袖閥管所需的管徑為Φ50，吹砂所需的管徑為Φ300，灌注混凝土所需孔徑為Φ300。灌注砂漿的注漿孔附近布置1～3個排氣孔，排氣孔距離注漿孔2 m左右，終孔孔徑不小于90 mm，呈“品”字型（見圖1）。

3.3注漿壓力及配比

（1） 對于灌注水泥砂漿的注漿孔，先泵送水泥砂漿（采用108～127鋼管，壁厚4 mm），注漿壓力0.3～0.5 MPa（周邊壓力小，中央壓力大，如灌注的水泥砂漿超過50 m3/孔，待砂漿初凝后再注，直至灌滿，達到注漿壓力要求）。

（2） 對排氣孔注漿時，應采用花管及普通水泥漿進行，水灰比為0.8～0.5，注漿壓力為0.3 MPa，若水泥漿灌注大于50 m3，應立即采用雙液漿封堵。

（3） 在對大型或特大型溶洞注漿時，應先進行摸邊孔施工。同時，對已知范圍的溶土洞，應加密摸邊孔并注雙液漿。雙液漿應加入配比2%的水玻璃，水灰比為1∶1.注漿壓力為0.2 MPa。

3.4注漿順序及注漿控制

按先周邊孔，再中央孔的順序進行注漿（見圖2），采用間歇式注漿，每次注漿量不超過50 m3，待固結后再進行下一次注漿。若兩次注漿未滿的孔，考慮使用雙液漿或擴孔后灌注素混凝土。注漿速度為30～70 L/mm。

4處理效果分析

處理效果主要借助注漿體抽芯法檢測。注漿體在漿液固結完成后，達到檢測周期時，采用抽芯法對其進行檢測。抽芯比例為總注漿孔數的1%，注漿孔總數為5 363個，抽芯孔總數為121個，抽芯檢測揭露注漿孔均為全填充，且填充較飽滿，均能達到設計要求。

通過上述檢測成果可知，溶土洞先處理、后樁基施工的技術帶來了較好的經濟效益，經過數據比對，溶土洞處理后灌注樁超灌量遠遠低于處理前超灌量，因溶土洞處理而實際產生的費用遠遠低于合同清單價格，經濟效益成果顯著［8］。

5結論

根據隱伏巖溶區的溶土洞特點，總結了一套適用于樁基施工的溶土洞處理技術。技術流程主要為“試驗比對確定處理原則分區分塊處理處理結果檢測”。通過上述技術分析，得出以下幾點結論：

（1） 深層小溶洞（洞高＜1 m，埋深＞25 m）可不做處理，對于無填充及半填充的溶洞，應邊施工邊處理。

（2） 溶洞注漿開始前，進行摸邊鉆孔施工，摸邊孔同樣用于注漿施工，對于連通性較好的溶洞，溶洞邊界可采用雙液漿或低標號混凝土封邊。

（3） 在完成方案比選后，應嚴格控制注漿材料、注漿壓力、注漿順序等注漿工藝參數。若遇到周邊地質條件差異過大的情況，應及時調整注漿方案，以確保后續樁基施工科學、高質量的進行。

參考文獻：

［1］袁道先，蔣勇軍，沈立成，等．現代巖溶學［M］．北京：科學出版社，2016.

［2］廖廣超.高層建筑樁基巖溶處理施工技術研究［J］.廣東土木與建筑，2024.31（2）：4649.

［3］黎秉林.廣州巖溶地區盾構地鐵線路勘察研究［D］，廣州：華南理工大學，2017.

［4］汪婧.基于上限分析原理的巖溶樁基破壞模式與極限承載力計算［J］.鐵道科學與工程學報，2019.16（9）：22072214.

［5］顏波，盧輝.巖溶地段樁基施工溶洞決策表法處理研究及應用［J］.廣東土木與建筑，2019.26（12）：58.

［6］熊志斌.巖溶地區溶洞處理技術探討［J］.江西建材，2024（4）：271273.

［7］余文浩.復雜巖溶地區樁基區域溶洞處理技術研究［J］.價值工程，2023.42（34）：130132.

［8］張健.頂板傾斜隱伏溶洞區樁基承載機理與穩定性評價研究［D］.濟南：山東大學，2018.

作者簡介：歐陽煜，男，江西撫州人，一級建造師，本科，主要從事巖土工程及水工環地質專業工作。