压力注浆加固溶洞地基在市政工程中的应用

俞靖端 胡庆

中国市政工程中南设计研究总院有限公司 武汉430010

引言

溶洞是岩溶范畴内的一种不良地质现象，由于发育速度快，分布密，对工程的危害很大；构筑物建立在溶洞地基之上，如若不进行处理，则易使构筑物下沉、开裂，甚至坍塌，造成严重的后果。而矩形泵房是市政工程中较为常见的构筑物。泵房一般分为地上、地下两部分。泵房的地下部分一般采用钢筋混凝土壁板及底板，地上部分采用框架结构。由于泵房基础采用整底板，结构较为稳定，对地基承载力要求不高，当泵房持力层出现较多溶洞时，多采用桩基进行处理，由于桩端应穿越溶洞底板，桩端以下5m范围内不得出现溶洞，且施工前应进行一桩一孔的施工勘察，故该方法工期较长，施工难度较大，而且经济成本较高。本文结合溶洞内大多存在充填物的特点，通过工程实践和试验检测成功运用混合浆液进行压力注浆，提供了另一种工期更短、更经济的溶洞地基处理方法。

1 工程概况

柳州某污泥接收泵房包含泵房及配电间、管廊两部分，平面尺寸为31.2m×22.2m。泵房净高为7.6m，埋深8.6m；配电间、管廊净高为4.3m，埋深4.7m。泵房内设置两个污泥料仓，壁板变截面最厚为700mm，底板为1300mm厚，考虑料仓满泥时的运行荷载底板底均布荷载为178kPa；配电间、管廊壁板为500mm厚，底板为700mm厚，底板底均布荷载为73kPa。污泥接收泵房剖面如图1所示。芯呈长柱状，采取率大于85%。岩块较硬，岩体基本质量等级为Ⅱ级。本层在场地所有钻孔中均有揭示，揭示层厚7.2m～16.0m。本层共采取岩芯试样8件，进行饱和单轴抗压强度试验，饱和抗压强度frc=26.30MPa～60.30MPa，平均值为43.7 MPa，抗压强度标准值frk=35.99MPa。本场地钻孔钻入基岩9.3m～16m，基岩面埋深为6.2m～13.3m（标高102.32m～108.51m），局部起伏较大，基岩面表层溶沟、溶槽比较发育。钻孔遇洞率45%，岩溶发育极不均匀。

图1 某矩形泵房结构布置示意Fig.1 A rectangular pump room structure arrangement

2 溶洞地质概况

泵房底板持力层大部分位于微风化灰岩，该层灰白色或浅灰色，细晶结构，岩体完整性好，节理裂隙少，有轻微溶蚀现象，方解石脉发育，钻进平稳，进尺慢，岩从遇洞钻孔的分布情况看，遇洞钻孔主要分布在污泥接收泵房的北部及南部中段。圈定7个溶洞处理区如图2所示，初步估算累计需处理面积183m2，体积约1067m3。

溶洞以浅层发育为主，钻孔揭示溶洞（隙）发育情况见表1。

溶洞的规模大小悬殊。从洞高看，最小的洞高0.4m，最高达8.9m，竖向未贯通；从横向分布上来看，估算溶洞分布面积最小9m2，最大达到35m2。

图2 溶洞处理区平面布置Fig.2 Layout plan of karst cave treatment area

表1 溶洞分区Tab.1 Karstcavepartiti

充填物大多为软塑～流塑状黏土，部分溶洞则无充填物，为充水的空间。由于地下水的运动，尤其是过量抽取地下水或其他原因（如地面震动或地震等），均可加剧溶洞的发展，严重时造成地面塌陷。

3 处理方法

1.处理原则

根据勘察报告，溶洞空洞较少，大部分有充填物，对于有充填物的溶洞可采用压力注浆的方法提高充填黏土的地基承载力特征值以满足泵房的设计要求；对于空的溶洞可采用压力注浆填满空腔以满足泵房地基的要求。

2.处理范围

分析溶洞顶板厚度，大部分小于3m，对浅部溶洞顶板小于3m，且稳定性差的溶洞进行灌浆加固处理；处理深度到达溶洞底板稳定岩层2m～3m，顶板厚度大于3m的充填溶洞不作处理。

3.浆液配比及注浆方法

参照文献［1］和［2］，对于有充填物的溶洞灌浆采用双液（水泥浆液及水玻璃）分双管灌注，水泥浆液为强度等级42.5#的普通硅酸盐水泥，水胶比0.8∶1～1∶1；水玻璃占水泥浆体积的百分比10%～20%，水泥浆中可加入适量的微膨胀剂，以减少浆体硬化过程中收缩，具体比例根据施工需要的凝结时间通过试验确定。对于有充填物的溶洞，注浆方法应采用自上而下分段的循环注浆法，分段长度不超过6m，渗漏量大时分段长度应减小。注浆压力1.0MPa～2.0MPa，上段或渗漏量大时用较小压力，下段用较大压力；对于空的溶洞，采用MU30水泥砂浆灌注，灌注压力可为0.3MPa～0.5MPa，注浆压力与布孔间距可根据现场情况与施工单位经验进行调整，以浆液充满溶洞为度。在大面积开始灌浆之前，宜进行现场试灌，以便选择浆液成分和注浆压力；注浆过程中，发现冒浆即减小注浆压力至0.25MPa，若继续冒浆持续20min后暂停注浆，间隔36h后继续注浆至二次冒浆后即结束该孔注浆。

4.注浆孔布置

注浆孔间距1.5m，孔径不小于100mm，注浆孔布置图中各区域最外围的注浆孔若钻到溶洞，则继续向外延伸1.5m布置一排孔直至完整的岩层为止，注浆孔合计171个。注浆结束后必须进行注浆封孔。注浆孔平面布置如图3所示。

图3 注浆孔平面布置示意Fig.3 Schematic diagram of grouting hole layout

4 试验检测方法

由于浆液注入地层的不均匀性，目前国内对于注浆效果的检验尚无统一的规范要求。根据规范［3］本工程采用抽芯、标准贯入击数、压缩性指标以及物探方法对灌浆效果进行检测。每个溶洞区抽芯不少于1个，加固后的溶洞内水泥强度不应小于1MPa；注浆加固质量检验点数量要求不小于注浆孔数的5%，且每个溶洞区不少于1个，并强调空的溶洞一定要进行检测；检验点合格率小于80%时，应对不合格的注浆区实施重复注浆；注浆加固处理后的地基承载力应进行静载荷试验，要求地基承载力特征值不得小于200kPa。

注浆结束7d后进行标准贯入及压缩性检验，现场在7个溶洞区选取28个孔，占注浆总孔数的16%，通过标准贯入原位测试进行加固土体的均匀性检测；按加固土体深度范围每间隔1m取样进行室内试验测定土体的压缩性；注浆结束28d后进行浅层平板载荷试验及抽芯检测，载荷板尺寸均为1.0m×1.0m，在3、4、6号溶洞处理区各布置3点，合计9个载荷试验点；每个溶洞处理区各抽芯1个，合计7个；注浆结束28d后采用高密度电法物探检测是否存在空腔。

5 处理效果

溶洞处理前，洞体中充填物大多为软塑～流塑状黏土，局部为充水的空洞，无法测定标贯击数，未进行原位测试及土工试验；注浆处理之后标贯试验结果显示平均标贯击数不小于9击；取样试验结果显示压缩中等；平板载荷试验结果显示地基承载力特征值不小于280kPa，满足设计要求；抽芯检测水泥强度均大于1MPa；物探测试结果显示洞体中未发现明显空腔，整体性上说明处理效果是显著的，见表2。

表2 溶洞处理质量检验结果Tab.2 List of quality inspection results of karst cave treatment

6 结语

溶洞问题是柳州的主要工程地质问题之一。根据溶洞的大小、分布及充填等情况，提出了压力注浆的处理方法。通过试验检测后说明压力注浆进行溶洞地基处理具备可行性。本工程经过数年运行，地基稳定，特总结该方案以供同行参考。