灌浆技术在桩基工程溶（土）洞
处理中的应用
薛炜张维欣杨元龙古伟斌
（中科院广州化灌工程有限公司广州510070）
摘要综合应用钢花管及袖阀管的灌浆工艺，采用了砂浆、水泥浆等复合浆液配方，有效地处理了含有不同充填
物的溶（土）洞，为桩基在岩溶发育地区的应用提供了保证，施工中取得了较好效果。
关键词灌浆技术溶洞处理桩基工程
中图分类号U443．15文献标识码B文章编号1009-4539（2011）09-0047-03
1引言
桩基础工程施工过程中，桩基范围内或桩端持力层若存在溶（土）洞或地层塌陷等局部突变情况，常常给桩基施工带来很大困难，各类桩基事故时有发生，特别是在灰岩、白云岩类地区，地层中广泛分布有溶洞、土洞，岩溶塌陷在此类地区较为普遍，岩溶塌陷严重时可造成施工事故，甚至导致地基失稳直接威胁建筑物安全和生命财产安全。如何处理岩溶地区存在的溶（土）洞，以确保桩基工程的质量和整体工程的安全，成为工程界的难题。2工程概况
广州花都区某大型房地产项目位于花都区东侧，建筑面积总计138000m2，一期高层建筑有12幢，场地主楼地面以上16 29层，高度51．850 96．700m，一层地下室。整个建筑由塔楼与裙楼组成，塔楼基础原设计为冲孔桩+承台基础。由于地层中大量溶（土）洞的存在导致冲孔桩施工非常困难，进展缓慢。为了解决桩基施工遇到的难题，设计变更为先对溶（土）洞采用灌浆技术进行处理，再改用夯扩桩+筏板的基础结构形式。
收稿日期：
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
2011-06-20
表4不同流速下沥青灌浆堵漏模拟试验结果
序号
水流流速
/（m·s－1）
灌前水深
/cm
堵漏时间
/min
灌后水深
/cm
浆液留存
率/%
备注
1 2 3
0．5
1．0
1．5
14
16
20
3
4
6
32
32
32
95
86
75
水从堆
石体顶
部漫过改性沥青灌浆堵漏模拟试验结果表明，沥青
浆液灌入渗漏通道后，遇水不分散，与水接触的表面能迅速凝固成团，具有很好的整体抗冲性，对封堵渗漏通道效果显著。当水流流速较小时（流速小于0．5m/s），浆液基本上都留在了堆石体的渗漏通道内，当流速达到1．5m/s时，浆液的留存率仍达到了70%以上。由于堆石体长度仅1m、渗径短，实际灌浆过程中，堆石体渗径长，出水口有反滤保护，浆液的留存率应大于室内模拟试验结果。
5结论与建议
（1）试验研究的改性沥青灌浆加热温度低、能耗少，适合于大孔隙的灌浆堵漏。
（2）研究的沥青灌浆施工工艺简单，灌浆管路无须预热和清洗，减少了施工工序，具有较好的推广应用价值。
（3）建议对加入填料的沥青胶浆灌筑设备及沥青与水泥浆的联合堵漏作进一步研究。
·注浆技术·
3工程地质条件
3．1地层情况
根据岩土工程勘察报告，地层地质条件如下：
（1）素填土、耕植土：平均厚1．26m，主要为黏性土、粉土，湿、松散。
（2）冲积层：平均厚13．0m，主要由粉质黏土、中砂、砾砂、淤泥层组成，软塑或可塑，松散 稍密状。
（3）残积土层：主要由粉质黏土、黏土层组成，系由石灰岩风化残积而成，平均厚3．60m，多可塑状，局部呈硬塑状，普遍含有较多母岩碎屑碎块，局部相变为粉土，遇水宜软化。
（4）石炭系石灰岩层：广泛分布于场地，岩性主要为石炭系下统石磴子组石灰岩，平均层厚4．36m，微晶 隐晶质结构，中厚层状构造，矿物成分主要为方解石，含泥质及炭质。岩质坚硬，岩体闭合性裂隙较发育，铁锰质充填，部分岩芯显示在土层交界处有溶蚀现象。
3．2构造情况
该场地位于广花复向斜岩溶盆地核部地带，场地外有北东向区域性断层通过，场地内有两条隐伏断裂带通过。
3．3溶（土）洞情况
本场地岩溶发育，钻孔见洞率达37．7%。在揭露溶（土）洞的钻孔中，单层溶洞洞高为0．30 12．70m，平均洞高2．86m，部分钻孔有串珠状溶洞存在；土洞普遍分布于岩面凹陷处，与溶沟、溶槽和漏斗岩溶形态有关，土洞洞高为1．40 9．20m，平均洞高5．66m。大部分溶（土）洞有填充物充填，填充物主要是软 流塑状黏性土及饱和松散状石英质砂土，少数土洞见溶蚀明显的石灰岩岩块。
4溶（土）洞灌浆设计
4．1溶（土）洞的形成过程
岩溶区溶洞的发育过程，本质上是水对碳酸盐岩的溶解作用，含碳酸盐类岩石在地下水的长期侵蚀溶解下逐渐发展成溶洞。若基岩在与土层的接触面附近存在开口面向覆盖层的溶洞、溶隙或断裂裂隙，在地下水的长期浸泡和溶洞吸渗等相互作用下，逐渐形成土洞。随着地下水水位的波动或者动水的作用以及人工抽排地下水，都会导致洞顶土体的剥落，向上呈拱形扩展，当拱顶薄到不能支撑上部土层的承重时，便出现成片、成带的地表塌陷，从而给地面建筑物造成安全隐患。因此，溶（土）洞的存在对建筑物的危害较大。
4．2灌浆处理的目的及原则
对土洞处理的目的是使土洞的空腔能填充密实，充填物能够与周围土体固结成具有一定强度的一个整体，且要阻止现有土洞继续发展。对溶洞处理的目的是通过灌浆充填抑制其进一步发展，切断洞体与地下水、溶蚀水的联系，防止溶蚀水、地下水与上覆土层的相互作用，进一步产生土洞，消除对建筑物安全潜在的威胁。
由于溶洞存在溶隙、溶槽等，往往与上覆层相通，洞体中多含有一定的充填物，根据不同的溶（土）洞充填情况，采用不同的工艺、不同的材料配方、不同的灌浆机理（如渗透、充填、挤密、固结、止水等）进行处理，其目的是：（1）堵截溶（土）洞内的流水；（2）充填充足必须充填的部位；（3）有效利用洞内原有充填物，使灌入的浆材能够有效地与之结合，使其成为一个能满足使用要求的固结体，消除或有效地降低隐患；（4）合理使用浆材，提高有效固结率。
当前溶（土）洞处理主要有如下几种方法：挖填、灌浆、梁板跨越等。但挖填只适用于埋深较浅的溶（土）洞，而灌浆处理可有效处理各种条件下和不同类型的溶（土）洞，梁板跨越可有效地减少局部地段的溶（土）洞造成的危害。本工程主要采用了灌浆的方法处理地层中存在的溶（土）洞，同时采用摩擦桩+筏板基础，消除了溶（土）洞对建筑物的潜在威胁。4．3灌浆设计
本工程主要是在溶洞区间隔采用钢花管+袖阀管的灌浆处理，钢花管主要灌筑粗颗粒的灌浆材料，袖阀管灌筑细颗粒的浆液；钢花管灌浆主要起充填作用，袖阀管主要进行补灌，针对岩面或渗透较小的部位进行灌筑，以满足充填饱满、渗透距离较大的要求。
4．3．1孔位布设
在已探明的溶洞地面范围内布设灌浆孔位，钻孔深度为钻入完整基岩3m。考虑充填物料的扩散能力、已探明孔洞的情况以及洞高等因素，灌浆孔半径为2．0m的3个孔为Ⅰ序孔，半径为4．0m的3个孔为Ⅱ序孔，Ⅰ、Ⅱ序孔呈梅花形布置。另外半径为1 2．0m的一个孔为抽芯检测孔。孔位布置如图1所示。
·注浆技术
·图1灌浆孔位布置示意
根据溶（土）洞高度及灌浆情况，
在已灌浆处理图2
溶洞追踪布孔
的位置适当加钻
孔位，作为灌浆检查孔，若在检查孔方向继续存在溶洞且范围处在主楼基础下
面，
则应继续钻孔检查，直至找到主楼基础下面
的完整基岩，
如图2所示。4．3．2
灌浆参数
钢花管的灌浆压力为0．3 0．7MPa ，袖阀管灌
浆压力为0．4 1．2MPa ，具体根据灌浆情况进行调整控制。砂浆泵流量120 130L /min ，泥浆泵流量15 25L /min 。4．3．3灌浆材料
本场地的溶（土）洞非常发育，钻进时普遍出现掉钻和漏水情况。进一步分析溶（土）洞的充填类型，主要有3种类型的溶（土）洞：（1）无充填物的溶洞。（2）充填物为砂的溶洞和土洞。（3）充填物含流塑状黏土的溶洞。针对不同类型的溶（土）洞采取不同的灌浆材料进行处理：对于无充填物的溶（土）洞，主要以水泥、砂等材料进行灌浆充填；对于充填物为砂的溶洞和土洞，主要采用水泥、粉煤灰、膨润土等材料进行灌浆处理；对于充填物为流塑状黏土的溶洞，主要采用水泥、砂、粉煤灰等材料进行灌浆处理。4．3．4灌浆工艺
灌浆施工采用先灌外围，再逐步向内围的灌浆处理工艺，
且周围按Ⅰ序孔和Ⅱ序孔间隔钻孔灌浆。在Ⅰ序孔与Ⅱ序孔施工过程中追踪浆液的流向，以指导灌
浆工艺及走向，
以便准确确立使用的浆液配方及对出现的特殊工程状况（如灌浆量过大、溶洞水流需采取
截流措施等）采用适宜的施工工艺。4．3．5灌浆结束标准
（1）钢管灌浆结束标准：通过灌浆压力和灌浆流量双参数控制，在0．5 0．7MPa 的灌浆压力下或注入量＜2 6L /min ，稳压5min 。
（2）袖阀管灌浆结束标准：通过灌浆压力和灌浆流量双参数控制，在0．8 1．2MPa 的灌浆压力下或注入量＜8 10L /min ，稳压5min 。
5施工过程
本工程共处理含溶（土）洞的场地面积为
96000m 2，共灌入水泥12000t ，砂5000m 3
，以及大量其他辅助材料。在有限的工期内，完成了大面积的溶（土）洞处理，解决了桩基础施工的难题，取得了较好的经济效益。
6效果检测
检测部位设置于两个灌浆孔位之间，满足28d 龄期，每栋塔楼抽检1 2个点。对溶洞、土洞处理后
的检测标准以标贯试验为主，
主要检测溶洞灌浆处理后的地基承载力；以抽芯检测为辅，检测溶洞、土洞填
充的密实性、饱满度，检查芯样的完整性及充填物本身的强度，并检测钻孔时掉钻、漏水情况等。
检测结果表明全部钻孔没有发生掉钻、漏水情况，芯样基本完整，不存在未充填的大空洞，溶洞内的充填物标准贯入试验达到12 17击。
7结论
针对大面积且不同类型的溶（土）洞采用不同
的灌浆工艺进行处理，可达到充填溶（土）洞提高地基承载力的目的，技术可行，经济合理。本工程的实践对类似桩基础工程在岩溶发育地区的使用具有重要的参考价值。
参考文献
1万志清，秦四清，李志刚，等．土洞形成的机理及起始条件［J ］．岩石力学与工程学报，2003（8）
2
刘之葵．岩溶区溶洞及土洞对建筑地基影响的研究［D ］．长沙：中南大学，
2004下载本文
