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摘要：以武汉某工程项目的冲孔灌注桩在溶洞地层中的施工为例，结合工程实际，在施工勘察探明溶洞位置之后，通过在有溶洞的桩周等间距对称布置注浆孔位，用不同水灰比的水泥浆对溶洞进行压力注浆，有针对性的加固土层及溶洞填充物，保证加固后的土层形成垂直帷幕，使溶洞填充物达到一定的强度，防止冲孔灌注桩施工时泥浆流失及坍孔等情况的发生，保证成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。
关键词：压力注浆；溶洞；冲孔灌注桩
中图分类号： U443.15+4文献标识码： A
1、背景
目前湖北省武汉市江夏区溶洞地层较多, 经常会碰到岩溶较为发育的地质情况，其地下岩层多为灰岩地质，灰岩岩层在地下水的作用下发生溶蚀现象，形成大小深度不一的溶洞，在溶洞发育地区进行冲孔灌注桩施工，施工难度大，质量难以保证，如质量控制不好，轻则降低了其承载力，严重的会造成废桩。目前遇到这种问题时工程技术人员通常是采取回填、人工挖孔或者采用钢护筒等措施进行处理。其中回填方法施工成本高，且工期长；人工挖孔方法易出现因塌孔而造成施工人员被埋以及中毒身亡等危险；采用钢护筒方法成本较高且需要将桩基再次扩孔，因此工期较长。压力注浆预处理施工工艺通过对溶洞的预处理，在施工方法上有显著的特点，其与采取回填、人工挖孔或者钢护筒等传统措施的处理方法相比，在工期、质量、安全、造价等方面具有先进性和新颖性。
2、注浆预处理原理简介
压力注浆的目的是为了加固土层及溶洞填充物，保证加固后的土层形成垂直帷幕，使溶洞填充物达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失及坍孔等情况的发生，保证成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。压力注浆施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。
对土层及溶洞中的填充物，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的粘土、灰岩碎块等填充物，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样，通过对小主应力面反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。
3、应用实例
3.1、工程概况
武汉某工程场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，室内±0.000m相当于绝对标高22.40，高层及周边裙房采用冲孔混凝土灌注桩，持力层为灰岩，桩端全断面应进入持力层≥1.2m，工程桩共计391根。设计要求每根桩施工前应进行超前钻探，勘探孔应穿过溶洞、或断层破碎带进入稳定地层，进入深度应不小于5m。所有桩均做低应变检测，5根桩进行单桩竖向抗压承载力验收检测，40根桩进行抽芯检测，39根桩埋设超声波钢管采用声波透射法检测（每根柱下承台的抽检桩数不得少于1根）。
工程桩明细表
表1
桩基编号 桩直径 桩顶标高 桩进入持力层深度 有效桩长 桩身配筋 混凝土等级 单桩竖向抗压承载力特征值 单桩竖向极限承载力标准值 备注
D(mm) H(m) hr(m) L(m) 箍筋 Ra（KN） Quk（KN）
ZH-1 1000 见平面图 ≥1.2 ≥8 16C18 A8@100/250 C45 ≥6600 ≥13200 抗压桩
3.2地质情况
各土层的分布埋藏及主要特征一览表
表2
层号及名称 地层年代及
成因 分布
范围 层面埋深
(m) 地层厚度
(m) 颜色 状态及
密度 压缩性 包含物及其它特征
(1)素填土 Qml 局部
缺失 0 0.3~6.3 杂 松散 主要由粘性土组成，含少量碎石，土质不均匀，结构松散，新近场平推填。
(2)粉质粘土 Q3al+pl 局部
分布 0.3~2.1 0.8~3.3 褐黄色 可~硬塑 中 含氧化铁，铁锰质、干强度一般，韧性较好。
(3)粘土 全场地 0.0~6.5 2.0~11.9 褐黄色 硬塑~坚硬 中~低 含氧化铁、多量灰白色条纹状高岭土，干强度高，韧性好。
(4)粉质粘土 局部缺失 6.5~14.5 0.6~6.6 褐黄~褐红色 可塑~硬塑 中 含氧化铁、铁锰质结核及灰白色高岭土，砂质含量5~10%，呈粉细砂状，局部富集。
(5)粘土夹碎石 全场地 8.5~16.2 0.5~11.1 褐黄~褐红色 可塑~硬塑 中 含氧化铁、铁锰质结核及灰白色团块状高岭土，碎石含量5~20%，粒径10~20mm，呈棱角状，成份主要为石英质及灰岩；分布不均，局部含量极少，局部富集，此层强度差异较大。
(6a)劣质煤层 T1d 局部
分布 14.0~21.3 1.5~15.1 灰黑色 可塑~硬塑 中 含大量有机质及腐殖物，夹灰黑色粘性土。
(6)灰岩 T1d 场地均有分布 12.8~34.8 最大揭露厚度为14.1m 灰色 岩芯较完整，呈柱状，节长6～40cm，岩芯多分布溶蚀凹槽，部分地段发现溶洞。属较硬~坚硬岩，较完整岩体，岩体基本质量等级为II~III级。
(6b)溶洞 局部
分布 洞高0.5~7.4 由软~可塑粘性土充填，呈全充填状态或半充填状态，底部夹少量灰岩碎块。
3.3施工方法
计划在工程桩布置一定数量的孔洞，在桩基施工前进行压力注浆。考虑到工作面及现场施工机械交叉作业，采取流水施工，各台施工机械可分区分段平行施工，最大限度减少干扰。
3.3.1工艺选择：
a:对于溶洞较小的钻孔，采用常规注浆工艺，多以间歇性注浆工艺。
b：溶洞高度较大的钻孔（洞高≥3m）, 由于溶洞中有充填物，根据地质资料结合现场情况采用劈裂双液注浆方式施工。
3.3.2压力注浆孔的布置原则
根据超前探施工单位提供地质资料及地勘单位提供的地勘报告和现場情况拟按以下方式布孔：
（1）在桩身周围等边对称布置3个注浆孔洞（离工程桩外侧间距0.35米）。
（2）孔深：在土层部分不设注浆孔，在岩溶发育带设岩溶注浆孔；岩溶注浆孔深度为岩溶化灰岩标高以上2米至设计桩底标高位置。
3.3.3压力注浆孔的平面布置图
在工程桩的桩身周围等边对称布置3个注浆孔洞（离工程桩外侧间距0.35米）。
3.3.4注浆材料及参数
1）注浆压力及浆液配比注浆材料用PSA32.5矿碴硅酸盐水泥与水混合搅拌成纯水泥浆液。灌浆浆液应由稀到浓逐级变换，浆液水灰比可采用3个配比 (1：1、0.8：1、0.5：1)；浆液变换原则：当灌装压力保持不变，注入率减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一级浆液注入量已达到300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓；如果浓浆注入率大于30L/min无反应时，适当加入水玻璃（模数38～43度）加速凝固；注入率不大于3L／min，持续时间不小于30min时，可结束灌浆。
2）溶洞每米水泥用量预计约4吨左右，水玻璃每米6kg左右,注浆压力大于0.5Mpa可进行上一层注浆。
3.3.5注浆顺序
采取分段平行施工，注浆顺序采用跳孔注浆的方式进行注浆施工，以保证注浆质量。
3.3.6、工艺流程
岩溶注浆工艺流程图
1）根据压力注浆孔平面布置图，现场布置注浆孔位。
2）采用XY-100型油压钻机成孔，终孔口径φ91mm，钻孔要保持垂直。
3）钢花管及注浆管制安
（a）采用钢管制作注浆花管，长2～2.5m。
（b）每隔5cm，设置φ5～6mm的对穿射浆孔，上部注浆管不开孔，底部焊封。钢管射浆孔口外用胶带封好，胶带沿射浆孔眼螺旋式缠绕3层，在下入钻孔时尽量居中，保证密封胶带在钢花管安装时不被破坏。
（c）钢花管连接采用丝扣连接。
4）压力注浆
将注浆花管下至预定设计位置，地表孔口用专用封孔器封孔后开始注浆（由稀至浓）。采用由下向上注浆法注浆；每層为0.5米进行上提一次，当浆液注入量和压力达到一定的特征值（注浆压力大于0.5Mpa）时，可结束注浆。
5）封孔
采用水泥浆封孔。
4、结语
注浆预处理有别于以往的回填、人工挖孔或者采用钢护筒等溶洞处理措施，此施工方法施工起来比较方便、快捷，也大大减小了劳动强度，节省了劳动力，并且对于工程的质量、进度、安全也有了更大程度上的保证，能够取得较好的经济及社会效益，有很好的推广价值。
参考文献：
[1]湖北省住房和城乡建设厅，湖北省质量技术监督局。DB42/T831-2012 钻孔灌注桩施工技术规程[s].2012
[2] 陈飞，黄晓琴. 中国地质大学（武汉）工程学院. 注浆技术在岩溶地层钻孔灌注桩中的应用[J]. 工业建筑，2008,S1:891-893+902
[3] 高军. 武广铁路客运专线有限公司. 岩溶地区钻孔灌注桩成孔方法的探讨[J]. 铁道建筑，2007,12:25-27.
[4] 涂生伟. 中铁大桥局. 铁路桥梁岩溶地质钻孔灌注桩施工[J]. 城市建设理论研究（电子版），2012年10期.
[5] 田兴树. 中国铁建十五局集团第四工程有限公司. 岩溶地质条件下铁路桥梁钻孔灌注桩施工技术[J]. 铁道建筑技术，2012,03:12-14.
[6] 湖南省祁阳县公路管理站. 岩溶地质条件下公路桥梁基础钻孔灌注桩施工及溶洞处理技术探讨[J]. 四川建材，2009,02:257-258+260.
[7] 杨亮，郑玉元. 贵州大学资源与环境工程学院. 溶洞预处理钻孔桩施工技术在岩溶地区的应用[J]. 内江科技，2013,01:83-84.
关键词：压力注浆；溶洞；冲孔灌注桩
中图分类号： U443.15+4文献标识码： A
1、背景
目前湖北省武汉市江夏区溶洞地层较多, 经常会碰到岩溶较为发育的地质情况，其地下岩层多为灰岩地质，灰岩岩层在地下水的作用下发生溶蚀现象，形成大小深度不一的溶洞，在溶洞发育地区进行冲孔灌注桩施工，施工难度大，质量难以保证，如质量控制不好，轻则降低了其承载力，严重的会造成废桩。目前遇到这种问题时工程技术人员通常是采取回填、人工挖孔或者采用钢护筒等措施进行处理。其中回填方法施工成本高，且工期长；人工挖孔方法易出现因塌孔而造成施工人员被埋以及中毒身亡等危险；采用钢护筒方法成本较高且需要将桩基再次扩孔，因此工期较长。压力注浆预处理施工工艺通过对溶洞的预处理，在施工方法上有显著的特点，其与采取回填、人工挖孔或者钢护筒等传统措施的处理方法相比，在工期、质量、安全、造价等方面具有先进性和新颖性。
2、注浆预处理原理简介
压力注浆的目的是为了加固土层及溶洞填充物，保证加固后的土层形成垂直帷幕，使溶洞填充物达到一定的强度，防止钻孔桩施工时泥浆流失及坍孔等情况的发生，保证成孔及水下混凝土浇注等一系列施工工序的顺利完成。压力注浆施工，在钻孔桩施工之前进行，相当于在桩基础施工过程中，于钻孔桩施工工序之前加入一道处理工序，与桩基施工的各工序一起形成流水作业。
对土层及溶洞中的填充物，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的粘土、灰岩碎块等填充物，浆液是通过劈裂、挤密作用加固土体的；对于无填充物和半填充溶洞的空间，浆液是通过充填作用填满溶洞的。浆液在土体中的渗透扩散方向是往小主应力面方向，浆液固化后，小主应力面得到加固，而原次小主应力面变成小主应力面。这样，通过对小主应力面反复不断的加固，一方面渗透、挤密溶洞中的土体的空隙，充填溶洞的空间，在桩体周围形成防水帷幕，防止流砂和保证护壁泥浆不流失；另一方面，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力形成挡土墙，防止坍孔。
3、应用实例
3.1、工程概况
武汉某工程场地土类型为中软场地土，建筑场地类别为Ⅱ类，室内±0.000m相当于绝对标高22.40，高层及周边裙房采用冲孔混凝土灌注桩，持力层为灰岩，桩端全断面应进入持力层≥1.2m，工程桩共计391根。设计要求每根桩施工前应进行超前钻探，勘探孔应穿过溶洞、或断层破碎带进入稳定地层，进入深度应不小于5m。所有桩均做低应变检测，5根桩进行单桩竖向抗压承载力验收检测，40根桩进行抽芯检测，39根桩埋设超声波钢管采用声波透射法检测（每根柱下承台的抽检桩数不得少于1根）。
工程桩明细表
表1
桩基编号 桩直径 桩顶标高 桩进入持力层深度 有效桩长 桩身配筋 混凝土等级 单桩竖向抗压承载力特征值 单桩竖向极限承载力标准值 备注
D(mm) H(m) hr(m) L(m) 箍筋 Ra（KN） Quk（KN）
ZH-1 1000 见平面图 ≥1.2 ≥8 16C18 A8@100/250 C45 ≥6600 ≥13200 抗压桩
3.2地质情况
各土层的分布埋藏及主要特征一览表
表2
层号及名称 地层年代及
成因 分布
范围 层面埋深
(m) 地层厚度
(m) 颜色 状态及
密度 压缩性 包含物及其它特征
(1)素填土 Qml 局部
缺失 0 0.3~6.3 杂 松散 主要由粘性土组成，含少量碎石，土质不均匀，结构松散，新近场平推填。
(2)粉质粘土 Q3al+pl 局部
分布 0.3~2.1 0.8~3.3 褐黄色 可~硬塑 中 含氧化铁，铁锰质、干强度一般，韧性较好。
(3)粘土 全场地 0.0~6.5 2.0~11.9 褐黄色 硬塑~坚硬 中~低 含氧化铁、多量灰白色条纹状高岭土，干强度高，韧性好。
(4)粉质粘土 局部缺失 6.5~14.5 0.6~6.6 褐黄~褐红色 可塑~硬塑 中 含氧化铁、铁锰质结核及灰白色高岭土，砂质含量5~10%，呈粉细砂状，局部富集。
(5)粘土夹碎石 全场地 8.5~16.2 0.5~11.1 褐黄~褐红色 可塑~硬塑 中 含氧化铁、铁锰质结核及灰白色团块状高岭土，碎石含量5~20%，粒径10~20mm，呈棱角状，成份主要为石英质及灰岩；分布不均，局部含量极少，局部富集，此层强度差异较大。
(6a)劣质煤层 T1d 局部
分布 14.0~21.3 1.5~15.1 灰黑色 可塑~硬塑 中 含大量有机质及腐殖物，夹灰黑色粘性土。
(6)灰岩 T1d 场地均有分布 12.8~34.8 最大揭露厚度为14.1m 灰色 岩芯较完整，呈柱状，节长6～40cm，岩芯多分布溶蚀凹槽，部分地段发现溶洞。属较硬~坚硬岩，较完整岩体，岩体基本质量等级为II~III级。
(6b)溶洞 局部
分布 洞高0.5~7.4 由软~可塑粘性土充填，呈全充填状态或半充填状态，底部夹少量灰岩碎块。
3.3施工方法
计划在工程桩布置一定数量的孔洞，在桩基施工前进行压力注浆。考虑到工作面及现场施工机械交叉作业，采取流水施工，各台施工机械可分区分段平行施工，最大限度减少干扰。
3.3.1工艺选择：
a:对于溶洞较小的钻孔，采用常规注浆工艺，多以间歇性注浆工艺。
b：溶洞高度较大的钻孔（洞高≥3m）, 由于溶洞中有充填物，根据地质资料结合现场情况采用劈裂双液注浆方式施工。
3.3.2压力注浆孔的布置原则
根据超前探施工单位提供地质资料及地勘单位提供的地勘报告和现場情况拟按以下方式布孔：
（1）在桩身周围等边对称布置3个注浆孔洞（离工程桩外侧间距0.35米）。
（2）孔深：在土层部分不设注浆孔，在岩溶发育带设岩溶注浆孔；岩溶注浆孔深度为岩溶化灰岩标高以上2米至设计桩底标高位置。
3.3.3压力注浆孔的平面布置图
在工程桩的桩身周围等边对称布置3个注浆孔洞（离工程桩外侧间距0.35米）。
3.3.4注浆材料及参数
1）注浆压力及浆液配比注浆材料用PSA32.5矿碴硅酸盐水泥与水混合搅拌成纯水泥浆液。灌浆浆液应由稀到浓逐级变换，浆液水灰比可采用3个配比 (1：1、0.8：1、0.5：1)；浆液变换原则：当灌装压力保持不变，注入率减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比；当某一级浆液注入量已达到300L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓；如果浓浆注入率大于30L/min无反应时，适当加入水玻璃（模数38～43度）加速凝固；注入率不大于3L／min，持续时间不小于30min时，可结束灌浆。
2）溶洞每米水泥用量预计约4吨左右，水玻璃每米6kg左右,注浆压力大于0.5Mpa可进行上一层注浆。
3.3.5注浆顺序
采取分段平行施工，注浆顺序采用跳孔注浆的方式进行注浆施工，以保证注浆质量。
3.3.6、工艺流程
岩溶注浆工艺流程图
1）根据压力注浆孔平面布置图，现场布置注浆孔位。
2）采用XY-100型油压钻机成孔，终孔口径φ91mm，钻孔要保持垂直。
3）钢花管及注浆管制安
（a）采用钢管制作注浆花管，长2～2.5m。
（b）每隔5cm，设置φ5～6mm的对穿射浆孔，上部注浆管不开孔，底部焊封。钢管射浆孔口外用胶带封好，胶带沿射浆孔眼螺旋式缠绕3层，在下入钻孔时尽量居中，保证密封胶带在钢花管安装时不被破坏。
（c）钢花管连接采用丝扣连接。
4）压力注浆
将注浆花管下至预定设计位置，地表孔口用专用封孔器封孔后开始注浆（由稀至浓）。采用由下向上注浆法注浆；每層为0.5米进行上提一次，当浆液注入量和压力达到一定的特征值（注浆压力大于0.5Mpa）时，可结束注浆。
5）封孔
采用水泥浆封孔。
4、结语
注浆预处理有别于以往的回填、人工挖孔或者采用钢护筒等溶洞处理措施，此施工方法施工起来比较方便、快捷，也大大减小了劳动强度，节省了劳动力，并且对于工程的质量、进度、安全也有了更大程度上的保证，能够取得较好的经济及社会效益，有很好的推广价值。
参考文献：
[1]湖北省住房和城乡建设厅，湖北省质量技术监督局。DB42/T831-2012 钻孔灌注桩施工技术规程[s].2012
[2] 陈飞，黄晓琴. 中国地质大学（武汉）工程学院. 注浆技术在岩溶地层钻孔灌注桩中的应用[J]. 工业建筑，2008,S1:891-893+902
[3] 高军. 武广铁路客运专线有限公司. 岩溶地区钻孔灌注桩成孔方法的探讨[J]. 铁道建筑，2007,12:25-27.
[4] 涂生伟. 中铁大桥局. 铁路桥梁岩溶地质钻孔灌注桩施工[J]. 城市建设理论研究（电子版），2012年10期.
[5] 田兴树. 中国铁建十五局集团第四工程有限公司. 岩溶地质条件下铁路桥梁钻孔灌注桩施工技术[J]. 铁道建筑技术，2012,03:12-14.
[6] 湖南省祁阳县公路管理站. 岩溶地质条件下公路桥梁基础钻孔灌注桩施工及溶洞处理技术探讨[J]. 四川建材，2009,02:257-258+260.
[7] 杨亮，郑玉元. 贵州大学资源与环境工程学院. 溶洞预处理钻孔桩施工技术在岩溶地区的应用[J]. 内江科技，2013,01:83-84.