双液注浆技术在某串珠溶洞地层的运用

谢志杰

（广东省源天工程有限公司 广州511340）

0 引言

广州市花都区地质多为典型的喀斯特地貌，岩溶地貌的整体性差，多溶洞或含泥、含沙溶腔，裂隙发育，夹层较多，在上部进行建筑物施工极易造成塌方，且工后可能存在不均匀沉降的风险。在建筑工程施工时，遇到串珠类型的溶洞，如不对溶洞进行预处理会对工程产生较大危害［1～10］。本文结合具体工程实例，对串珠溶洞预处理方案进行了详细介绍，得出一些有益的结论，以期为类似工程的预处理与施工提供参考。

1 工程概况

某热电联产项目位于广州市花都区炭步镇，在已关停的某发电厂内拟建规模为2×400 MW的燃气发电机组。场地围墙内占地呈倒梯型分布，北侧边界宽度约600 m，南侧边界宽度约300 m，南北方向宽度约300 m。原发电厂内各上部建（构）筑物已拆除，拟建建（构）筑物主要有汽机房、燃气轮机、余热锅炉、烟囱、集控楼、化水车间及其它附属建（构）筑物等。上部结构设置为烟囱、精密仪器厂房，对后沉降及承载力要求较严格，工程桩主要采用冲孔灌注桩。

2 地质条件

根据本项目初勘及详勘资料揭示，本次及前期勘测共272 个钻孔，其中揭露有灰岩的钻孔256 个，在256 个钻孔中有26 个钻孔揭露土洞，有196 个钻孔揭露溶洞，进入可溶性岩石的总进尺为3 109.6 m，溶洞的垂向总高度为1 264.0 m，溶洞多呈串珠状分布，钻孔见洞率为81.6%，线溶率为40.5%。 厂址为第四系土层坡残积层覆盖，未见岩溶漏斗、落水洞等地表岩溶形态，未发现场地存在浅埋的暗河、厅堂或大型廊道式溶洞，但溶蚀基岩面起伏较大，地下岩溶以较大规模土洞、溶洞为主，综合判断，场地岩溶发育程度为极强烈发育。根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范（广东省标准）:DBJ/T 15-136-2018》附录C，累计指标分为75 分，为易塌陷区，综合评价场地的岩溶发育不稳定。

初勘机详勘256 个揭露灰岩的钻孔中有196 个钻孔揭露溶洞，场地揭露的820 个溶洞，有370 个溶洞未充填，未充填溶洞总高度为451.5 m，259 个溶洞半充填，半充填溶洞总高度为462.6 m，191 个溶洞全充填，全充填溶洞总高度为349.9 m，大部分溶洞中为半充填及未充填，部分为全充填，充填物为软塑～可塑状粘性土，混灰岩碎块，块径一般2～8 cm。沉溶洞规模一般小～较大，个别地段较大，洞高0.20～7.00 m，平均1.86 m。溶洞多程串珠状分布。场地典型串珠溶洞情况如图1所示。

图1 串珠溶洞典型情况Fig.1 Typical of Beaded Karst Cave

本工程场地大，施工范围广，且本工程场地内地质为强岩溶发育场地，溶洞、溶沟、溶槽、串珠溶洞数量多、容积大，而且还有继续发展的可能，为了保证建设场地的安全，必须对影响桩基础施工安全的所有土（溶洞）进行溶洞预处理，确保工程施工安全，确保工程施工能保质保量按期顺利完工［1］。

3 注浆方案

3.1 采用双液注浆的原因

本项目溶洞充填情况较好，超过95%的溶洞处于半充填及全充填状态，袖阀管注浆压力较大，水泥浆+水玻璃双液浆可与溶洞内充填物充分混合，形成较均匀稳定的注浆体，能较好地对溶洞进行加固填充。根据双液注浆此特点，在大范围的溶洞区域可分区，按由中间往四周注浆的顺序进行溶洞处理，达到浆液不外流过大又能满足注浆效果的要求［1～3］。

袖阀管注水泥浆需要的直径较小，孔口直径可控制在130 mm，终孔直径在75 mm 左右，便于施工且符合本工程串珠溶洞的实际情况，根据超前钻的溶洞情况，在溶洞处设置注浆孔。且可以利用桩基础超前钻钻孔（直径110～90 mm）来布置袖阀管，节省成本。双液注浆充填土（溶）洞，可控制水泥浆的凝固时间，达到注浆量可控，质量可靠［1～3］。

3.2 双液注浆配比设计

注浆材料的凝结时间会影响浆液的扩散半径，凝结时间越长，浆液扩散半径越远，因此注浆材料的凝结时间是注浆工程的重要参数指标。

浆液的凝结时间与地下水含量有关，若地下水丰富，注浆材料会一定程度上被稀释，凝结时间也相应加长。

本项目按注浆扩散半径为1.5～2.0 m 设计，设计计算确定浆液凝结时间为3 min。试验研究了水泥浆水灰比为1∶1，水玻璃浓度为40 Be'，分别和水1∶1、1∶5、1∶10 稀释与水泥浆1∶1 组成双液，各配比下的双液注浆材料凝结时间如图2所示。

图2 水玻璃浓度对凝结时间的影响Fig.2 Effect of Concentration of Sodium Silicate on Setting Time

试验证明，随着水玻璃稀释浓度越小，浆液的凝结时间也更长，在水玻璃浓度40 Be'按1∶10与水稀释后，初凝时间约为3 min，与设计的初凝时间相同［2］。

根据项目试验情况，选用42.5R 复合硅酸盐水泥浆+水玻璃（波美度Be=40，水玻璃∶水按1∶10 进行稀释）组成的双液浆，水泥浆的水灰比为1.0，注浆压力按2.0～3.0 MPa 等参数进行溶洞注浆，双液在袖阀管注浆口汇合后灌注至底部，直至地面注浆孔翻浆为止，现场实景如图3所示。

3.3 注浆孔布置及注浆顺序

⑴注浆孔布置:对于桩间距不大于4 m 的的群桩基础，可利用原有超前钻钻孔，埋入袖阀管进行注浆。另外除原有超前钻钻孔外，应在溶洞外围约1.5～2.0 m处布置注浆孔。如群桩基础桩间距过大，可在桩之间根据溶洞的大小及充填情况增加注浆孔。对于非群桩基础，应在桩中心两侧约1.0～1.5 m 距离各布置1个注浆孔。排气孔应根据溶洞的分布情况布置于溶洞中部位置，如图4所示。

图3 双液注浆口Fig.3 Double Liquid Grouting Port

图4 钻孔（注浆孔）布设示意图Fig.4 Schematic Diagram of Drill Hole（Grouting Hole）Layout

⑵注浆顺序:遵循由中间向外围扩散的原则，实际操作中分块分区进行注浆，确保揭露的溶洞注浆填满，现场实际注浆情况，如图5所示。

图5 现场实际注浆情况Fig.5 Actual Grouting on Site

4 工程实施效果

本项目采用双液注浆后，抽芯检测结果显示溶洞充填率达到90%，后续工程桩冲孔施工中未发生溶洞塌方、桩身混凝土充盈系数过大情况，溶洞预处理达到预期效果，溶洞处理后抽芯现场照片，如图6所示。

5 结论

⑴双液注浆利用原来超前钻孔为注浆孔，体现了较高的实用性和经济性。

图6 溶洞处理后期抽芯现场Fig.6 The Core-pulling Site in the Later Stage of Karst Cave Treatment

⑵串珠溶洞预处理后，确保了工程桩施工安全和施工工期。

⑶双液注浆顺序由中间往四周扩散，确保了注浆量及工程质量，使溶洞填充率达到设计要求。

⑷加入一定浓度的水玻璃使得浆液的凝固时间缩短，加快浆液凝结，适用于漏斗式溶洞和串珠溶洞注浆［2］。

⑸对于类似工程的串珠溶洞，可以采用双液注浆，以最大限度地节约工程造价，缩短工期、提高工程施工安全性。