高层建筑地基基础溶洞处理分析

文／梁杨飞 广西壮族自治区国有三门江林场 广西柳州 545006

引言：

由于溶洞地基是比较复杂工程地基，因此在实施钻孔灌注桩基础时，应加强各个工序质量控制，明确各个工序施工要点，既能加快钻孔灌注桩施工速度，而且对于提升基础综合强度，为后续作业活动有序进行奠定基础。

1.溶洞地基处理办法

1.1 填垫法

填垫法主要分为充填、换填、挖填、衬砌等多种类型。对于裸露洞穴，其上部附加荷载较小时，应采用充填方法。底层采用块石、片石作填充物，中间用碎石，上部填土或水泥，以保证地下水正常流动，形成天然反滤层。对于已经填满洞穴，如其物理机械性能较差，则应采取换填方法。应将孔洞内填充物清理干净，然后用块石、片石、砂、混凝土等材料重新填充。对于浅埋洞穴，要开挖或爆破。若发现有坍塌软土，应进行开挖。在填埋过程中，填入块石、片石、砂等，再用粘性土层进行加固，即挖填法。该方法适合于轻质建筑，并估计地下水再次被挖空可能性。此外，为改善墙体强度与整体性，在填入大块石、片石填料时，注水泥浆点十于重大工程地基下面或附近溶洞、土洞，清除洞牛软土后，将钢筋打入洞内裂缝，进而采用水泥浆填充洞内，并将水泥浆注满周围裂缝，使其与周围裂缝形成一体，并堵塞地下水。对于溶洞、裂隙、沟、槽、石芽等突出物，会造成基础沉降不均匀，将突出物挖出后，用30～50cm 沙土进行铺垫。

1.2 加固法

加固法一般由灌浆法、顶柱法、强夯法、挤密法、浆砌法等组成。对于具有较大深度的溶洞，应采取密钻注浆技术进行加固。根据溶洞含水量与处理目标，选用合适材料。充填时可用黏土、砂石、混凝土、水泥砂浆等；在进行防渗时，可采用水泥、沥青等作为帷幕，按先外后中、后地下水上游、下游灌浆顺序；在充填、补强时，应先用快干物料或沙粒等填充孔隙，并在初始压强情况下，防止浆液大量溢出加固区域。洞顶薄、裂缝多、洞夸大情况下，顶板强度不足以承受上部荷载时为保证地下水畅通，在条件允许情况下，可采取附加支撑来减小洞跨，即顶柱法。通常在洞口填浆砌块，以填充洞顶与支墩作为辅助支撑。强夯法具有省工省料，经济、快速覆盖形溶洞区大范围土洞与崩塌问题的优势，可从根本上解决工程中整体岩体稳定问题。夯击法通常采用1～8 次夯击，夯点距3m。在没有地下水情况下，可连续进行二次夯击，但在夯击期间，若夯锤突然下陷，则表明其底部存在隐蔽坑穴，可进行随夯、填筑或沙砾土施工。在软土深度较大溶洞土洞中，应采用挤压式方法，采用砂柱、石灰柱、松土桩、混凝土桩、钢管等进行钻孔灌注，可使基础稳定、强度得到改善。

1.3 跨越法

跨越法主要涵盖板跨、梁跨法、拱跨法等。针对深度大、孔径较窄、孔径较大的溶洞，可根据建筑物特性及地基受力状况采用混凝土或钢筋混凝土板进行顶盖，即“板跨法”。对于已埋深但处于基础持力层中小范围坍塌或土洞，可采用弹性基础梁或钢筋混凝土梁来穿越土洞或坍塌。在地下建筑物边墙、堑式挡墙、堤式坡脚挡墙与桥墩、桥台等基础上，一般都是洞身较宽、深度较大、洞型复杂或有水流岩石基础[1]。

1.4 桩基法

在溶洞、塌陷漏斗深度大、多层溶洞发育情况下，可采用桩基法；基岩波动性较弱、厚度较大且不易清除情况下，应采取钻孔或冲孔灌注法、爆扩桩，根据工程要求可作支撑桩或摩擦桩，桩头锚入基岩中；在采用钻孔灌注桩情况下，桩尖应与地基进行锚固。部分情况下采用人工挖孔方法，应在开挖过程中设置防护墙。

2.高层建筑基础溶洞处理工艺及保障措施——以KY 某高层商住楼为例

2.1 案例概述

KY 某高层商住楼其结构形式为：上层为框架核心筒体，10 层为转换层，转换层之下为商用，转换层之上为居民，而居住为跃层，即在每一层楼面上都有大开口；但因处于熔岩区，在中心筒附近筏基下面数m 处有一管状、不规则管状溶洞，其结构与溶洞分布如图1：

图1 结构布置图

从地质结构上看，该地块为KY 向斜东南翼溶蚀型缓坡。出露地层为狮子山组一期下层，岩性以灰岩、泥质白云岩、泥页岩夹灰岩为主。本地区岩群是单斜产层，产状为：290，倾角70～50。现场及周边地区没有发现大规模断裂活动构造带。但场位于罗庄—香港路—延安路—内环路-丁口-白杨洞之间一条巨型溶洞管线上方，这条管线穿过中心筒体，对场地稳定产生很大影响。由于该区域位于溶洞强烈发育区域，其下层为可溶硬岩体与软质岩，地质环境十分复杂。对工程地质不良影响最大的是硬岩型溶洞问题与软岩类破裂区。

（1）溶洞：位于响水洞地下河通道径流区，周围岩石以石灰岩为主，大部分为中厚层状，只有部分是薄层状。这一地区岩性节理比较发育。由于该岩溶洞穴在场地区域呈胃形，且岩层厚度大，岩层厚度为4～7m，因此其稳定性不佳，应通过计算与分析来进行详细研究。同时，在现场勘查中发现，该溶洞围岩主要是中厚型石灰岩，溶洞中崩塌物质很少，而洞壁岩体相对完整。

（2）薄层泥岩夹灰岩破裂带：以核心筒西部为中心。由于其是薄层构造，节理与层间裂缝都比较发育。

2.2 溶洞地基钻孔灌注桩基础施工方法

2.2.1 准备工作

溶洞地基钻孔灌注桩基础施工前，应做好相应基础工作。对基础数据进行整理，采用综合地球物理方法，对地基覆盖土层、溶洞大小、溶洞规模等进行详细分析，并按地面施工规范要求，对钻孔灌注桩数量、直径、深度等进行详细分析，以保证计算准确性。做好施工人员、设备与材料进场协调，尽量减少进场矛盾，保证施工工作顺利进行。在正式施工之前，还要进行现场清理，清理出场地内枯叶、碎石、垃圾及场地平整，为下一步桩放样工作打下坚实基础[2]。

2.2.2 桩位放线

在进入桩位放线工作阶段后，对已完工设计图纸进行深入研究，并对图纸上标注内容进行梳理，并确定桩位起点，然后按顺序进行放线。在具体桩位置放线时，还将采用RTK-GPS、全站仪、水平仪等设备，并根据需要进行设备调试，直到达到要求才能投入使用。每个取样点都有一根短小钢筋，上面标注至少30cm 钢筋，上面还涂着红色颜料，以增加桩眼警惕性。对已完成放样桩位，应按照规定进行复查，及时补充遗漏、错误内容，以保证放线正确性。

2.2.3 护筒预埋

在护筒结构预埋过程中，要根据收集到数据，对钢护筒深度、钢护筒内径等进行分析，并利用电脑技术对参数进行调整。在此期间，还应充分考虑到岩体埋藏深度与地下水矛盾，对溶洞进行降雨或封堵，以避免出现突水问题。在埋管时，采用的“机械化+人工”方法，为增加套管埋入稳定性，套管顶端应高于地面30cm，而套管内埋入深度不得小于150cm。

2.2.4 钻孔

（1）根据钻具安装要求，进行钻具中轴线、桩位点与钻头中心轴线一致性，误差不超过1mm，保证钻具安装的可靠性。

（2）钻井中，在初期阶段钻井速度不能超过300r/分钟，在钻井条件稳定后，可将钻井速率调节到500～800 转/分钟，从而保证钻井作业顺利进行。

（3）通过洞口进入到稳定层时候，清孔可充分利用掏渣筒功能，在清理完毕后，可进行下一步工作。

2.2.5 钢筋

进入施工现场施工工作：首先，按照规定进行钢筋笼制造，钢筋笼材料应按照操作规程进行。同时，在钢筋笼施工中，还应按照“主筋—箍筋—加强筋—定位筋”施工顺序来进行。

（1）为提高整体结构稳定性，采用1.5～2.0m 间距进行加固。

（2）连接部位，会采用焊接与螺栓固定等方式进行处理，但不能超过50%连接，相邻焊接节点高度不能低于50cm。

（3）开始、结束端安装定位筋，利用吊车将其放入钢筋笼内，整个过程平稳，降低因碰撞而造成结构变形，保证装配效果稳定性。

2.2.6 浇筑

在混凝土浇筑之前，应在指定位置预先埋好灌浆管，管子起始点与井眼底部相隔50cm，并在初步密封性与稳固性测试后，就会堵住洞口，等到正式浇筑时候才能开启。混合后混凝土会被泵入到钻孔中，在灌注初期要保持缓慢灌浆速度，9m 见方混凝土需停顿15～20 分钟，以此才能保证混凝土自然下沉，从而提高混凝土质量。在浇注时，还要进行振捣，使振捣深度保持在混凝土液面以下1.0m以下，并随浇注高度升高而逐渐升高，直至全部灌浆工作结束。

2.3 溶洞地基钻孔灌注桩基础质量控制措施

2.3.1 桩身垂直度控制

由于溶洞区域岩层硬度不均，有时呈波状分布，因而在钻井中，由于岩层性质、岩芽、溶沟、漏斗等因素影响，很可能造成钻柱倾斜，从而影响成孔倾角。因此，在施工过程中，应严格控制钻井速度，特别是在溶洞、倾斜岩面等部位，要按照综合物探技术要求，合理地调节钻井速度，保证钻井速度能够在纵向上平稳地进行。在钻头发生倾斜情况下，应及时调整，并在此基础上适当拓宽机械底座，以改善结构稳定性。同时还要对钢索受力进行分析，以客观地判断出有没有出现偏孔，从而提高钻探结果垂直度[3]。

2.3.2 持力层施工质量控制

根据已有施工经验，在实际工程中应注意：（1）根据先期钻井技术所获得整理数据，获取相应柱形图，参照岩面标高，在工程进尺达到0.5m 时，对钻渣岩层特征进行调整，从而优化后续工艺参数。（2）在进入持力层后，还应加强对进尺控制，以保证其在合理范围内，保证最后工作质量。（3）如获得数据不够精确，则可在这个时候将钻头放入桩孔中，然后对桩基进行钻探，看看有没有足够持力层。

2.3.3 桩底持力层质量控制

溶洞基础持力层以基岩为主，在溶洞影响下，基岩还存在着石芽、漏斗、沟槽等不良岩体。在不利地形条件下，桩基承载力难以满足规定要求，容易造成工程事故。为保证桩基持力层质量，还应注意：（1）在进行钻孔前应事先进行勘测，一般采用超前钻孔进行钻孔，并进行多次钻孔，最后确定钻孔深度。（2）在完成终孔工作后，还要仔细地对钻头获得钻渣进行详细分析，并对评价结果与数据一致性进行讨论，达到要求后才能进行下一步工作。

2.3.4 清孔质量控制

在完成成孔工作后，及时进行清孔，其功能是迅速清除孔底沉积物，并能重新掌握泥浆比重。在实际操作中需要使用专门清孔设备来清除孔洞内杂质。同时，为获得精确检测效果，还应对钻井液特性进行实时监控。

2.4 常遇事故及处理措施

2.4.1 漏浆、塌孔

产生这种问题的原因有：由于岩体不够致密，致使岩体中泥沙迅速流失，进而形成渗水现象，严重时，会对钻孔中泥浆比重产生不利影响，进而发生塌孔问题。在具体施工中，还应注意到：对易发生崩塌地层，应预先准备好加固后钢护筒，必要时采用两个套管，以保证井壁稳定，防止井壁崩塌。预先备好片石、粘土、水源，并对已有渗漏问题进行处理，以减少因渗漏造成不利影响。针对塌孔问题，在钻孔钻机底部铺设钢板，以此可增大钻孔承压范围，一旦发生塌孔问题，就能及时将钻机移动，保证现场工人与机器安全。

2.4.2 偏孔性

产生这种问题主要原因是岩面倾斜、起伏大、岩体倾斜不合理，容易产生偏孔。为解决这类问题，技术人员应对钻井数据进行全面整理，以确定该地区有可能存在偏孔部位，并对存在问题进行及时纠正，以保证钻井成果可靠性。在开挖至顶板时，采用小行程法进行钻孔，同时还应加强对进尺速度监控，以保证钻井工艺合理。如是“半岩半空”，则应在正式施工之前进行灌浆，出现较大问题，则采用浇筑混凝土方法，直到混凝土强度达到规定程度，才能进行下一步工作。

2.4.3 卡钻、掉钻、埋钻

产生这种问题原因有：一是钻头主绳断裂或松动，使钻头掉入井内；二是由于钻孔速度过快，钻孔中片石没有得到及时处理，造成卡钻问题；三是钻头掉入井中没有得到及时处置，造成钻进问题。针对这类问题，应及时进行老化、破损主绳更换，下钻之前也要进行质量检验，达到规定后才能使用，同时要注意用小冲击钻进，等压实后才能正常钻进，避免钻头进尺太大而被压碎。

2.4.4 混凝土流失

造成这种问题主要原因是：在灌注混凝土时候，其横向压力超过泥浆横向压力，从而将泥浆混凝土挤压到溶洞之中，造成混凝土损失，甚至造成断裂。为解决这些问题，在特殊施工工艺中，保证混凝土输送连续性，从而实现一次灌注桩成形。在灌浆时，还应适当增大管道深度，一般不小于3m，并对灌浆桩混凝土表面进行标高测量，以减少出现渗漏可能性[4]。在混凝土浇筑完毕后，还应在1～3个小时内反复测定桩顶标高，若出现较大沉降量，应及时进行补注，以提高成桩效果可靠性。

2.4.5 钢筋笼

造成这一问题原因是：钢筋笼在下落时未考虑到溶洞环境，造成钢筋笼卡壳现象。针对这一问题，在具体处理时，应根据溶洞情况，将钢筋笼慢慢放入，若有卡壳现象，可采用多次抬升缓慢下压方法使钢筋笼下沉，以防止钢筋笼被卡死。如还不能松开，那就慢慢抬起，确认被卡住位置，然后采取相应措施，然后慢慢放下，以此才能保证钢筋笼的安全[5-6]。

结语：

综上，文章以高层建筑地基基础溶洞处理分析进行研究。做好各种施工前准备工作首先，在进行桩基施工之前，要召集有关钻机与施工管理人员，开一次技术会议，将一些具有操作性工程项目施工方案发给大家；其次，就是在溶洞桩基附近，准备一些片石、粘土与部分水泥。同时，要对岩溶地区做一次全面调查。隧道工程是比较隐秘工程，一旦遇到岩溶，就会给工程建设造成很大困难。任何环节疏忽，都有可能导致工程坍塌、漏浆、钻进等事故，影响工程整体建设，同时也会影响工程使用寿命与安全。