探讨工程溶洞的处理技术及措施——以佛山某工程溶洞为例

李俊超

李俊超

佛山富力房地产开发有限公司广东佛山528000

摘要:通过溶洞发育地区，对成桩后发现的溶洞，取用双液混合灌浆的工程实例。详细叙述了溶洞形成的机理，并对双液灌浆进行理论分析，结合施工工艺及流程特点，做出合理的施工方案。对本工程溶洞的处理过程及关键参数亦作了详尽的描述以供同类工程参考。鉴于溶洞的复杂性，通过对本工程的思考，对溶洞发育地区超前钻的数量和深度提出建议。

关键词：溶洞；双液混合灌浆；超前钻；桩质量处理

1工程概述

1.1工程概况

拟建工程位于佛山市南海区里水镇，地下一层，地上六层办公大楼，灰岩局部溶洞发育，采用嵌岩大直径灌柱桩，每桩均作超前钻。抽芯报告表明12号桩在20.3m~20.96m可见溶蚀发育，11号桩在17.15m~23.95m为溶洞，充填物为粘土，不漏水。

1.2土层分布情况

根据勘察报告，土层分布自上而上括述如下：

（1）杂填土（Q4ml）:灰褐色，湿，稍压实，以粘性土混杂建筑垃圾回填而成，含碎石块，为老填土，在0~0.2m处为水泥块，厚度为2.6~2.9m.

（2）冲积层（Q4al）

①淤泥质土：夹层淤质粉砂，灰黑色，饱和，流塑~软塑，含有机腐殖质及较多粉砂，具嗅味。厚度为7.7~8.9m.

②中砂：灰~灰白，饱和，中密~密实，以中砂为主，含粉细砂和中砂，级配一般。厚度为2.7~3.3m.

（3）残积土（Qel）

粉质粘土：灰黄色，稍湿，可塑~硬塑，含风化砂粒及小碎石，由泥质砂岩风化残积而成。

（4）强风化泥质灰岩

灰黑色，已风化为夹石状，含较多中风化碎石，极软岩，岩芯破碎，基本质量等级为Ⅴ，遇水易软化。厚度为0.8~2.2m，此栋楼位置仅二个孔揭露有此层。

（5）微风化灰岩

灰黑~灰色，较硬~坚硬岩，岩石较破碎~较完整，岩芯呈短柱状或块状，取芯率一般，基本质量等级Ⅲ~Ⅱ级，到岩面开始漏水。

1.3溶洞概况

ZK2~ZK4、ZK13、ZK14发育微风化灰岩中，洞内有填充物，填充物多为软土，钻进速度较快，有漏水漏浆。

该办公楼所在的在钻孔为ZK19~ZK25,地勘未发现该楼下有溶洞，考虑该地勘发现有溶洞，对每个承台作了超前钻，该办公楼未发现溶洞。抽芯检查中11号桩和12号桩发现溶洞，12号桩溶洞高度0.66m,11号桩溶洞高度6.8m。对于溶岩发育地区，溶洞位置大小复杂多变，仅对每个承台作超前钻，未能作有效保证，建议一桩一超前钻，对于桩径小于1.2m的桩钻一孔，1.2m~1.6m桩钻2孔，大于1.6m的桩钻3孔。

2.溶洞形成机理

由水及二氧化碳与溶岩发生化学作用，使用溶岩变成可溶于水的碳酸氢钙，从而形成溶洞的过程。持力层形成空腔，溶洞顶层可能倒塌失稳影响上部结构安全。实际施工也很难探明溶洞的几何尺寸，从而很难作准确的受力分析。基于以上原因，流行的数值分析模拟方法及传统半定量方法只能给的结果，需要与勘察资料与经验相结合，综合判断溶洞顶板的安全厚度。在实际的建筑工程中，为了减少经验误判，保证上部结构安全，通常会对溶洞进行处理。处理方法有大方向分为二种：一、对溶洞进行填充，不同的填充物如碎石、水泥砂浆等衍化出不同的施工方法，但本质都是消灭空腔保证顶层岩石稳定。二、避开溶洞，通过让桩避开溶洞位置，加大基础尺寸跨越溶洞等方式避开溶洞的不得影响。

水玻璃水泥浆由水玻璃溶液与水泥浆混合而成，水玻璃与水泥水解产物Ca(OH)2迅速化合，是这数码宝贝浆材的反应机理：

Na2O•nSiO2+Ca(OH)2+mH2O→CaO•nSiO2•mH2O+2NaOH

浆液的凝结时间可在几秒钟到几十分钟内准确控制，其主要规律是：水泥浆越浓、水玻璃与水泥浆的比例越大和温度越高，浆液凝结时间越短。[1]

3.本工程的处理方法

本工程在桩施工前已作了超前钻处理，部分有溶洞钻孔作了灌浆处理，但是在质量检测站的抽芯检测中发11、12号桩中发溶洞，报告判断为Ⅲ类桩，影响结构安全。经多方研判，对这二个溶洞进行灌浆处理，方案的主要方法参数如下：1、开口径φ110mm钻进采用回转钻进方法成孔。2、以高压水对溶洞填充物进行切割冲洗。3、稳定压力为0.4~0.6Mpa灌入水泥砂浆+水玻璃混合物，水泥砂浆水灰比为1：1，水玻璃体与水泥砂浆积比为1：20。3、为减少填充量，每次灌入10吨水泥砂浆+水玻璃混合物，隔六小时再次灌入。

ZK11的溶洞高约为0.66m,灌入12吨泥水砂浆+水玻璃混合物出现反浆，顺利灌满。ZK12溶洞高约为6.8m，分三次灌入30吨水泥砂浆+水玻璃混合物，压力表无上升，无反浆，甲方担心是否存在地下河，对后面的灌浆量表示担忧，进一步作地勘花费人力物力，也影响工期。经综合考虑，11号桩位置地下水向涌上压力明显减少，前面的灌浆已起到一定的作用，之前的地质勘探也没有发现在地下河，推测地下河可能性相对较小，估计是溶洞较大，灌浆量不足的可能性较大。第3天该孔完成灌浆。

3.1效果检查

为了对灌浆效果作出验证，我们提出两种验证方法.1、对双液灌浆处理后的桩作静载试验，该方法较为直观，但周期较长。2、对双液灌浆位置抽芯取样，对水泥浆形成的固体密实情况有了解，另外需对芯样做强度及弹性模量分析，水玻璃可以减少水泥浆的流动性，同时也减弱了水玻璃+水泥浆混合体的强度。对于芯样换算强度大于桩设计的端阻力标准标值，弹性模量不小于端承岩层情况，即桩承载力及沉降均可满足设计要求，不作进一步补充计算。若不足上述要求，按软弱下卧层补充验算。对于桩楼量较少宜取用方法1直接验证，桩楼较多建议取用方法1和方法2混合验证。

3.2处理经验总结

对于公路桥梁施工前地勘发现溶洞，大量的文章提供了各自的经验，对于民用建筑，且基础施工完成后才发现基础下有溶洞的例子较为少见，综合了本工程的现实施工条件，工期及费用、地质情况等因素，本工程最终选择了双液混合灌浆施工方案。实践证明该方案是可行的，并可为其它类似工程作出参考。

4结语

1）佛山南海里水镇地区工程项目多见溶洞，对于溶洞多发地区，每桩均建议作超前钻，超前钻深度除满足规范要求外，不宜小于相近钻孔的溶洞底标高。

2）是否存在地下河对选择合理的填充物及施工方法有重要影响，从溶洞的形成可知，溶洞多在灰岩以下，灰岩下的河流较大可能为承压水，在未作详细勘探前，水压是溶洞处理的方法选择的重要指标。

3）水泥砂浆+水玻璃混合物对溶洞处理效果良好，对于无流动水或水流速度较小的溶洞可管灌浆，水流速度大应选择双管注浆，砂浆和水玻璃分开注入，以便加大水玻璃的灌入量，以提高处理效果。

参考文献：

[1]肖元平.隧道江底溶洞处理及盾构施工关键技术研究[J].施工技术,2017,46(20):45-48+64.

[2]林锦加.桩基溶洞处理方案及施工措施分析[J].福建交通科技,2017(03):97-98+121.

[3]刘信才,王春龙.桥梁桩基溶洞处理方案探析[J].交通世界,2017(Z1):111-112.