某工厂浅层岩溶处理研究

　　摘要：灌浆压力、浆液的扩散半径、灌浆时间等技术参数的合理确定对灌浆处理取得良好的效果具有重要作用。充填灌浆是岩溶区地基处理中一种常用的有效方法，本文就其中的几个难题进行了探讨。
　　关键词：灌浆；浅层岩溶；处理
　　引言
　　岩溶区存在溶洞，将严重影响建筑地基的稳定性，降低地基的承载力，加大地基的沉降变形。对存在的溶洞进行地基处理，可避免其对建筑地基造成的不利影响。
　　1浅层岩溶的分类判断
　　根据钻孔所取得的岩芯资料，以及详尽的钻孔记录，并根据钻孔冲洗、压水或注水试验成果，进行综合分析，可对岩溶发育情况有个基本明确的了解。
　　A.岩芯破碎，采取率低，有明显的溶蚀痕迹，漏水流量大于1000L/min或透水率大于100Lu的孔段，且压水或注水过程中，孔内水位没有明显变化，则该位置可能有大于8m3的具有较好连通性的岩溶洞穴。
　　B.岩芯破碎，采取率低，有明显的溶蚀痕迹，漏水流量200-1000L/min或透水率值达20-100Lu，且压水或注水过程中，孔内水位没有明显变化，则该位置可能有大于2-8m3的具有一定连通性的岩溶空洞。
　　C.岩芯完整性差，有溶蚀痕迹，漏水流量20-200L/min或透水率值达5-20Lu-且压水或注水过程中，孔内水位根据漏水流量的变化而有明显变化，则该位置有大于0.5-2m3的可能具有连通性的岩溶孔穴。
　　D.岩芯较完整，有溶蚀痕迹，但漏水流量小于20L/min，或透水率值小于5lu，且压水或注水过程中，孔内水位有明显充满迹象，则该位置可能为岩溶孤立孔穴发育地段。
　　E.岩芯完整，没有溶蚀痕迹，漏水流量小于20L/min，或透水率值小于5lu，且压水或注水过程中，孔内水位有明显变化，则该位置可能为岩溶不发育地段。
　　2某工厂浅层岩溶地基处理
　　2.1岩溶地基处理的一般原则
　　(1)对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理;
　　(2)对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上的支承长度应大于I.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施;
　　(3)对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施;
　　(4)对规模较大的洞隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。
　　2.2浅层岩溶充填灌浆处理
　　对地基稳定性有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，因地制宜采取处理措施，采取充填灌浆处理措施，既经济又具有显著的加固效果。
　　2.2.1充填灌浆压力
　　对岩溶地基进行充填灌浆，就是在压力的作用下，使浆液充填空洞或洞隙，并要求浆液不扰动破坏周围地基岩、土的结构。浆液的扩散能力与灌浆压力大小密切相关，灌浆压力提高，可增大浆液扩散半径，增加可灌性。但是，灌浆压力太大，将有可能导致溶洞周围地基岩、土结构的破坏，降低承载力;若灌浆压力太小，又不能灌满溶洞或洞隙，因此，进行充填灌浆，必须选择一个合适的灌浆压力范围。
　　为了从理论上确定灌浆压力，我们假定充填灌浆符合球形扩散理论，并假定①被灌物为均质和各向同性;②浆液为牛顿体;③浆液从灌浆管底端注入地基内;④浆液在地层中呈球形扩散，如图1。
　　
　　图1:灌浆管底端的注浆球形扩散
　　
　　根据达西定律:
　　
　　
　　将上式在灌浆管口和任意半径球面之间积分，整理后得:
　　
　　式中：q一注浆量(cm3/s);
　　K;一浆液在地层中的渗透系数(cm/s)，Kx=K/-3;
　　K一溶洞中充填物的渗透系数(cm/s):
　　β一浆液粘度对水的粘度比;
　　A一浆液渗透面积(cmZ);
　　r一浆液的扩散半径(cm);
　　ro一灌浆管半径(cm);
　　ho一浆液压力，厘米水头;
　　h一注浆点处浆液的压力，厘米水头。
　　当在溶洞周边处(r=r1，r1为溶洞半径)，令压力水头h=0，计算得到的h0min就是在灌浆过程中，浆液刚好充满整个溶洞所需的最小压力水头(cm)。
　　即
　　最大灌浆压力应是不引起溶洞周围岩石和土体结构的破坏和扰动，在灌浆过程中，若灌浆压力过大，将有可能造成溶洞周围土体上抬，影响地基稳定。
　　2.2.2浆液扩散半径
　　浆液扩散半径:是一个重要参数，它对灌浆工程量及造价具有重要的影响。
　　由公式2可得浆液扩散半径理论值:
　　
　　由于地基多数是不均匀的，尤其是在深度方向上，不论是理论计算或现场灌浆试验都难求得整个地层具有代表性的;值，实际工程中又往往只能是采用均匀布孔的方法，为此，应注意以下几点：
　　(1)在现场进行试验时，要选择不同特点的地基，用不同的灌浆方法，以求得不同条件下的浆液的r值:
　　(2)所谓扩散半径并非是最远距离，而是能符合设计要求的扩散距离;
　　(3)在确定扩散半径时，要选择多数条件下可达到的数值，而不是取平均值;
　　(4)当有些地层因渗透性较小而不能达到;值时，可提高灌浆压力或浆液的流动性，必要时还可在局部地区增加钻孔以缩小孔距。
　　2.2.3处理措施
　　(1)纯水泥灌浆
　　①对于上述E类地层，采用纯水泥浆材进行灌浆处理;
　　②一般情况下采用自上而下孔口封闭纯压式灌浆法;
　　③水泥标号32.5R，所用水泥从正规厂家采购，各项指标符合施工水泥技术要求，现场存放需保证其不受潮;
　　④水灰比0.5:l一0.7:1;
　　⑤水泥浆液必须经专用搅拌机搅拌4min以上，方可使用;
　　⑥射浆管距孔底不得大于0.5m;
　　⑦灌浆段长一般为5.0m。每孔分三段进行灌浆;
　　⑧自上而下每段的灌浆最大压力为0.6,1.0.1.4MPa。灌浆时应尽快达到设计压力，但注入率较大时应分级升压;
　　⑨当注入量小于2L/min时，延长灌浆l0min结束;
　　⑩灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施处理;第一、二段灌浆结束后，各需待凝3h后加深钻灌。
　　(2)模袋灌浆
　　①对于上述有地下水的A,B类地层，采用先模袋水泥灌浆后常规水泥灌浆的灌浆方法处理;
　　②一般情况下采用自下而上孔口封闭纯压式灌浆法;
　　③灌浆模袋为基本材料由尼龙、聚酷、聚丙烯采用特殊工艺纺织而成，织物强度弹性极高。在灌浆压力的作用下，水泥浆中的水分可以由袋中析出，而水泥不能外漏，这样可以降低水灰比，提高固结强度，缩短固结时间。水泥在模袋中固化凝结，在水下具有不分散性，当地下水流速较大时，不会被冲失。并且模袋在压力下膨胀，适应不同的形状，有利于堵住各种形状的溶洞;
　　④模袋灌注水泥浆液，为提高浆液的和易性，掺10-15%的膨润土。水灰比0.5一0.7:1;
　　⑤灌浆采用无压灌注，至不进浆止;
　　⑥水泥标号32.5R，所用水泥从正规厂家采购，各项指标符合施工水泥技术要求，现场存放需保证其不受潮;
　　⑦水泥浆液必须经专用搅拌机搅拌l0min以上，方可使用;
　　⑧灌浆结束后封孔待凝3--7天。然后重新开孔自下而上进行常规纯水泥灌浆，三段灌浆压力分别采用1.4,1.0,0.6Mpa。
　　(3)水泥砂浆灌浆
　　①对于上述C,D类地层，先采用水泥砂浆(掺10-15%膨润土和4-6%水玻璃)灌浆后常规纯水泥浆混合灌浆法进行灌浆处理。
　　②一般情况下采用自上而下孔口封闭纯压式灌浆法。
　　③水泥(含膨润土):砂:水==1:1:0.5，砂比例为粗砂:中砂:细砂==l:l:l。
　　④灌浆段长一般为5.0m。每孔分三段进行灌浆。
　　⑤自上而下每段的灌浆最大压力为0.6,1.0,1.4MPa。灌浆时应尽量达到设计压力，但注入率较大时应分级升压。
　　⑥当注入量小于2L/min时，延长灌浆l0min结束。
　　⑦灌浆结束后封孔待凝12h。然后重新开孔进行纯水泥灌浆。
　　(4)封孔灌浆
　　按照灌浆标准灌浆结束后，将射浆管起出，进行封孔。封孔采用1:1:0.5水泥砂浆，0.5MPa封孔灌浆压力，注入率小于1L/min后l0min结束。
　　2.2.4施工过程中发生的主要异常情况及处理
　　本工程岩溶地基处理是在基岩爆破后的岩面上进行钻孔灌浆施工，因基岩爆破后，岩体表层破碎，另外由于地下溶洞的连通，基坑面较低，地下水具有水头压力，而使得多处出现涌水现象。针对这种情况，一方面，可通过基坑铺设砂石垫层进行集中降水处理，;另一方面，针对灌浆过程中出现串浆、漏浆、冒浆的情况，采取低压、限流、加大掺入水玻璃比例等综合方法处理，得到较好的处理效果。灌浆过程中出现串孔后，采用橡塞封堵串浆孔，继续正常灌浆。灌浆结束8h后，对串浆孔进行扫孔后灌浆。
　　工程场地地表溶沟溶槽发育，溶沟内充填有较厚泥层，钻孔容易塌孔，钻孔施工时采用套管跟管钻进，确保孔壁完整，有利于灌浆施工，有效解决了土层无法卡塞灌浆的问题。
　　岩溶勘察及清基工作发现，冷却塔局部地段发现有集中涌水，涌水量较大，且钻孔勘察发现在该地段发育有较大的溶洞及破碎带，灌浆过程中，发现附近灌浆孔灌入的水泥浆液从涌水处冒出，说明地下岩溶相通，岩溶灌浆处理难度较大。针对上述区域可采取如下措施:
　　(1)钻孔电视，在钻孔时发现有明显溶洞迹象，下入小口径(70mm)彩色水下钻孔电视，了解岩溶发育情况，为下一步采取正确措施提供依据。
　　(2)对于该地下水活跃的区域，首先挖清地表土与淤泥，在岩溶地下水出地表处下埋管道，把涌出的地下水引至临时蓄水处，对涌水较弱的区域，采取模袋水泥封堵，在引堵结合的措施下，成功地将地下水暂时止住，然后浇筑地表混凝土垫层。
　　(3)待地表混凝土达到凝固强度后，实施钻孔，其中孔位采取梅花桩布置方案，钻孔时，待第一个孔钻毕，马上灌浆，在灌浆过程，钻机停钻，以防在灌浆时发生冒浆现象，在灌浆过程中，注入浆率大于30L/min时，在水泥浆或水泥砂浆中掺加一定比例(2-3.5%)的水玻璃，调整浆液的凝固时间和和易性，以提高在动水条件下的灌注效果。在一个孔灌完后，再隔孔钻孔，以防前面灌注的浆液串孔，通过各序孔逐步加密的灌注处理，终于将地下岩溶通道完全封堵住。
　　(4)遇到大溶洞、吸浆量、地表冒浆严重地段，施工过程中采用低压、限流及间歇灌浆和灌注粗颗粒材料等措施施工，取得明显的灌浆效果。
　　通过以上的措施，灌浆结束后，地表冒水现象得到有效的封堵，14天后通过检查孔的钻取岩芯观察，岩溶地基灌浆处理效果理想。
　　结束语
　　在灌浆处理过程中，针对具体的岩溶发育情况，分别采取纯水泥灌浆、水泥砂浆灌浆及模袋灌浆，在施工过程中，遇到异常情况，如大量涌水等情况，更要针对具体情况采取合适的处理措施，才能取得理想的处理效果。
　　参考文献
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　　[4]张祯武，吕文星.岩溶水管流场示踪识别研究.工程勘察，2007(3):42-45          学术论文