富水岩溶发育地质地下连续墙施工前处理方法

邓恺坚 丁昌银 叶家成

广州珠江建设发展有限公司 广东 广州 510075

在富水岩溶发育地质条件下进行成槽施工时，地下连续墙槽孔易因溶洞中丰富的地下水导致泥浆液流失而坍孔，从而影响地下连续墙的施工质量。行业学者、从业人员针对该工程问题展开了相关的研究。常龙等[1]通过“一槽两钻”的方式，探明拟建地下连续墙周边的溶洞、土洞边界后，进行注浆加固；金雪峰等[2]采用袖阀管注浆的工艺方式对拟建地下连续墙周边的溶洞填充土体进行加固。但上述研究均未涉及对高大半填充溶洞（洞高不低于6.0 m）或强径流无填充溶洞等不利工况的针对性保障措施。本文对上述不利工况展开相关研究，提出对应溶洞工况下的针对性措施，尽可能地在灌浆量可控的情况下完成地下连续墙施工前的溶洞土体加固处理。

1 工程概况

背景工程商业楼项目位于广州市白云区，为框架剪力墙结构。勘察资料显示，场地岩溶现象普遍，溶洞大小不等，处于岩溶强烈发育区，大部分为半充填溶洞，少部分为全充填溶洞和无充填溶洞，溶洞洞高较大，为0.17～20.5 m，钻探过程大量漏水。场地下伏基岩主要为石灰岩，勘察施工82个钻孔，共有34个钻孔揭露溶（土）洞，钻孔总见洞率41.5%。因此需要采取有效的方法解决在溶洞地质构造情况下，地下连续墙施工困难的工程问题。

2 施工工艺流程

先加密补勘拟建地下连续墙周边地质情况，创建BIM三维地下连续墙模型，再根据地质模型与地下连续墙模型的对比分析，把溶洞大致分为3个类型，进行针对性处理：

1）全填充溶洞、洞高＜2.5 m的半填充溶洞。

2）洞高2.5～6.0 m的半填充溶洞，洞高＜1.5 m的无填充溶洞。

3）洞高＞6.0 m的半填充溶洞，洞高≥1.5 m的无填充溶洞。

3 施工工艺原理及操作要点

3.1 创建BIM三维地质模型

1）对拟建地下连续墙处存有溶洞区域进行加密补勘。现场勘测孔位的密度直接影响项目三维信息化地质模型的精度。在拟建地下连续墙两侧10 m范围，勘测孔位平均间距不超过5 m；在10～25 m范围，勘测孔位平均间距不超过10 m；在25 m范围外，勘测孔位平均间距不超过15 m。

2）在Autodesk Revit软件中创建适用的自定义族，如图1所示。该自定义族具有根据邻近若干个钻孔的土层信息，表达该区域内地质情况的功能[3]。再由该若干个赋予土层分布信息的自定义族——“土块”，构成整体场地三维地质模型。

图1 场地溶洞分布及拟建地下连续墙的位置分析

3.2 全填充溶洞、洞高2.5 m的半填充溶洞

当溶洞为全填充溶洞或小型半填充溶洞时，填充物相对密实，用袖阀管注浆处理：结合三维地质模型拟建地下连续墙处的溶洞分布，布置灌浆点、确定注浆进深→袖阀管压力注浆加固溶洞填充物→拟建地下连续墙成槽施工。

3.2.1 袖阀管注浆的加固半径

当全填充溶洞采取灌水泥浆处理时，加固半径见表1。

表1 灌浆加固半径

3.2.2 袖阀管灌水泥浆液施工

1）通过袖阀管灌注强度等级为42.5R的硅酸盐水泥浆，水灰比0.6～0.8，注浆压力1.5～2.5 MPa。

2）袖阀管钻进土洞、溶洞底部深度以下0.3～0.5 m。

3）袖阀管注浆施工工艺流程：泥浆护壁成孔→浇筑袖阀管套壳料→下放袖阀管及固管止浆→灌注水泥浆。

4）当单孔水泥浆灌注用量超过30 m3仍达不到注浆压力要求时，则暂停注浆，第2天改用水泥-水玻璃双液注浆。两组分水泥浆的体积比约为1∶0.5，水玻璃模数m＝2.4～3.0（浓度38～43 °Be）。双浆液具体配比需根据现场实际情况调整，使凝结时间控制在1～2 min，并确保不堵塞袖阀管。当第2天的补充注浆的注浆压力仍达不到要求，则停止注浆。7 d后补勘拟建地下连续墙处溶洞、土洞填充处理的情况。

3.3 洞高2.5～6.0 m的半填充溶洞、洞高＜1.5 m的无填充溶洞

在复杂岩溶地质工况中，较多地出现此类溶洞情况。在溶洞填充物较为松散的情况下，先通过全回转全套管钻机在拟建地下连续墙外侧构筑素混凝土排桩。全套筒全回转钻机避免了旋挖钻头与土壤之间的摩擦，减少了桩体成孔过程中对溶洞内既有填充土体的扰动，从而降低了灌注混凝土时溶洞中的动态地下水对成桩质量的影响[4]。其充盈系数一般处于1.3～1.8的区间范围内。形成封闭的“止浆墙”后，防止场内的灌注浆料向场外流失，再采用灌素混凝土或砂浆加固处理。素混凝土止浆墙布置如图2所示。

图2 素混凝土止浆墙布置示意

3.3.1 素混凝土咬合桩止浆墙的定位布控

1）通过三维BIM地质模型反映的溶洞分布，进行地下连续墙外侧素混凝土咬合桩布设。单桩桩径宜为1.0 m，桩芯间距宜为0.8 m，排桩进深溶洞底部的0.3～0.5 m。

2）基于三维BIM信息化模型的素混凝土咬合桩参数化排布，在BIM三维模型中，可快速形成工程量作业表单，指导现场施工作业，如表2所示。

表2 咬合桩信息化作业表单

3）为提高孔口的定位精度，应在素混凝土咬合桩顶部设置厚100 mm的钢筋混凝土导墙，如图3所示。导墙定位孔直径宜比咬合桩直径大80～100 mm。全回转钻机就位后，应将首节套管插入定位孔，调整套管与定位孔之间的空隙，使之均匀分布。

图3 咬合桩导墙平面布置示意

3.3.2 素混凝土咬合桩止浆墙的混凝土灌注及搭接处理

1）采用强度较低的C25水下混凝土进行浇筑施工，A桩浇筑时，适量加入缓凝剂，适当延长A桩混凝土的初凝时间。浇筑过程中，边浇筑、边拔套筒。

2）相邻B桩的施工间隔应尽量控制在A桩混凝土的初凝时间与终凝时间之间。降低B桩成孔施工对A桩固化中的混凝土造成扰动。同时，避免B桩施工时，A桩混凝土成形强度过高而影响全套筒钻机及旋挖钻的施工工效。

3）缓凝剂必须达到以下技术参数的要求：

① 混凝土缓凝时间≥60 h；每台机开钻后前4条桩混凝土缓凝时间≥72 h。

② 混凝土坍落度：200 mm±20 mm。

③ 混凝土的3 d强度值≤3 MPa。

④ 最终强度满足设计要求。

3.3.3 溶洞的灌浆加固预控

1）灌浆点布置。根据BIM中的溶洞分布情况，在各个溶洞所在区域分别布置1个灌浆点，孔径不小于130 mm；周边1.0～1.5 m范围内，设置1～3个检查注浆孔（排气孔），孔径不小于90 mm。当排气孔冒浆时，视为灌满。

2）灌浆预控值。根据三维地质模型所反映的溶洞体积和大致形状[5]，可推测出场地内溶洞的大小，作为溶洞灌浆量预控的依据。以场内非串联式溶洞及较小的溶洞作为首次灌砂浆、素混凝土的填充区域。如图4所示，现场实测区域CK59的溶洞灌浆量为83.56 m3，该区域溶洞地质模型测算体积为113.25 m3，应用公式“灌浆量充盈系数＝该区域溶洞灌浆量/该区域溶洞测算体积”可计算出该区域溶洞灌浆量（砂浆、素混凝土）充盈系数为0.738。

图4 区域CK59的溶洞灌浆充填三维示意

3）在初步取得现场溶洞灌浆（砂浆、素混凝土）的充盈系数后，结合BIM地质模型中所统计得出的各区域溶洞测算体积值，即推测出其余区域溶洞填充的灌浆量预控值。灌浆量预控值＝溶洞测算体积×灌浆充盈系数。

3.3.4 钢花管灌砂浆、素混凝土工艺

1）钢花管灌浆孔钻进深度应超过土洞、溶洞底部深度的0.3～0.5 m。成孔孔径不小于100 mm。并且，为防止土洞、溶洞漏浆，宜采用全套管钻进工艺成孔。

2）灌注1∶1水泥砂浆。如水泥砂浆灌注量超过60 m3，可改灌C15素混凝土。若单孔灌注素混凝土超过预控值的1.3倍仍未稳定，则暂停施工，立即清孔，第2天按上述步骤继续补灌。当第2天仍不能灌满时，停止施工。7 d后补勘拟建地下连续墙处溶洞、土洞填充处理的情况。

3）若灌注的水泥砂浆量不足预控值的0.7，即出现灌浆孔或检查孔泛浆冒泡时，暂停施工0.5～1.0 h，再继续补灌，直至周围注浆孔冒浆后，为单孔注浆结束的标准。

3.4 洞高＞6.0 m的半填充溶洞、洞高≥1.5 m的无填充溶洞

该溶洞遇到的情况较少，但无论是水泥浆还是水下混凝土，都易随溶洞中的径流流失，灌浆填充量难以预估。对此，采用拟建地下连续墙内外两侧各构造双排灌注桩的方式，构筑止浆墙。其与拟建地下连续墙的位置关系如图5所示。完成双排桩止浆墙施工后，直接进行地下连续墙成槽施工。

图5 双排桩止浆墙布置示意

3.4.1 采用全套筒全回转钻机进行双排桩的成孔施工

成孔工艺与3.3节所述的素混凝土咬合桩的施工工艺相仿，可通过导墙进行双排桩止浆墙的精确定位。但与之不同的是，本类半填充溶洞、无填充溶洞的洞高度较大，套筒直接拔管后若遇地下强径流，则成桩质量将难以得到保证。因此，可采用增设钢筋笼以及土工织物袋的方式防止跑浆。

同时，双排桩间不再进行咬合（预留100 mm左右的间隙）。桩体直径为1.0 m左右，双排桩止浆墙的钻进深度不得小于溶洞底部深度的2.0 m。

3.4.2 外包土工织物袋的钢筋笼

1）本类溶洞范围内的止浆墙桩体需放置外包钢丝平网＋防水土工织物＋波纹钢丝网的钢筋笼，以防止拉拔钢套管时水泥浆料和骨料流失（图6）。

图6 钢筋笼外包钢丝网大样

2）钢丝网和防水土工织物的布设应上下延伸至土洞、溶洞的进尺深度范围外不小于1.0 m。边浇筑混凝土、边拔管施工。

3）外包的钢丝网和防水土工织物的材料规格必须经过工艺测试（现场安装、浇筑混凝土后，记录水下混凝土浇筑量，测定充盈系数），且只有在测试合格后才能使用。

4 结语

1）本文在现有地质勘探资料的基础上，进一步对地下连续墙岩溶发育较强烈区域加密补勘，进而构筑出反映地下岩溶状况的BIM三维地质模型，直观展示溶洞走向、分布、大小等情况。

2）对于全填充溶洞或洞高度较小的半填充溶洞，可通过袖阀管注浆直接对溶洞内的砂土填充物进行注浆加固。

3）对于洞高度较大的半填充溶洞和洞高度较小的无填充溶洞，可通过全套筒钻机外设咬合桩止浆墙。其后再灌注砂浆、混凝土进行加固溶洞土体处理。同时，可利用BIM模型反映的溶洞大小，预估灌浆充盈系数及灌浆量。

4）对于洞高度特大的半填充溶洞或洞高度较大的无填充溶洞，可通过全套筒钻机及外包土工织物袋保证内外侧双排止浆墙桩体成形，再直接进行地下连续墙成槽施工。

[1] 常龙,诸葛仲彦,袁光辉,等.溶洞发育地区地下连续墙施工技术[J].施工技术,2017,46(14):18-21.

[2] 金雪峰,于彦召,张志华.广州地铁某融资项目地下工程溶(土)洞处理及加固技术[J].施工技术,2019,48(7):38-41.

[3] 李新.明挖车站溶土洞处理及地下连续墙施工技术[J].四川建筑,2015,35(1):202-204;208.

[4] 朱哲锋,李云锋.高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工技术[J].广东土木与建筑,2019,26(2):1-6.

[5] 何登甲.浅谈BIM配合下的溶洞综合注浆处理技术施工实践[J].广东土木与建筑,2015,22(12):42-44.