胡裕
广州建筑工程监理有限公司 广东广州 510000
摘要：本文花都地区所属溶洞为例，针对该地区地下溶洞处理的施工及监控展开探讨，为同行提供一定理论依据。
关键词：地下溶洞；处理；施工；监控措施
一 摸查分析溶洞分布及发育情况
花都地区属于溶洞较为发育的地区，针对土洞、溶洞的处理措施对后续基础施工安全及进度影响较大，基础施工前，组织参建各方详细摸查项目及周边地质情况，根据提供的初勘、详勘、超前钻、物探等勘察资料以及周边环境调查，针对项目所在位置不良地质情况，对溶洞的分布、平面形态、体积等进行逐个、逐项估算，再根据现场实际情况制定有效、可行的溶洞处理措施，以保障后期基础施工的安全、质量和进度。
二 溶洞基础施工处理的方法
根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况，对溶洞采用不同的处理方法，主要的处理方法有：抛填法、静压化学灌浆法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护筒法等。
2.1 抛填法
溶洞范围小，溶洞高度小于1m，对照地质图，当钻至溶洞顶板lm左右时，减小冲击钻冲程，控制在1～1.5m，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐击穿溶洞，溶洞一被击穿，孔内水头迅速下降，这时立即向孔内补充泥浆，同时提钻至孔口，并向孔内投入片石、粘土块和水泥，填充溶洞，当孔内水头稳定时，用测线测出回填厚度，当回填厚度大于lm时，使溶洞范围形成护壁后，再继续施工。穿越溶洞范围的桩钢筋笼在溶）。
发现异常情况及时采用以上方法，反复冲砸，填塞溶洞，挤密护壁，直至顺利穿过溶洞。洞上下各1m范围在钢筋笼的定位筋焊接厚4mm的钢板圆筒，在圆筒外增加四根定位钢筋（见图1）
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图1
2.2 （静压化学灌浆法）施工方法
工程桩基精确放样后，在桩基施工平台上用地质钻于桩中心进行超前钻，必要时增加钻位。根据超前钻的结果，确定护筒的打入深度。有溶洞的桩位，护筒沉至风化岩层，置于强风化岩面上，这样可穿过土洞。护筒的底部即为岩层或溶洞的顶部。没有溶洞的桩，护筒沉放要穿过淤泥质亚粘土、砂砾层，置于砂砾质亚粘土层至少2m深。根据溶洞的不同类型，最后决定兼用两种不同的施工方案。当溶洞内有填充物填满或有流砂的，或当溶洞为空洞或填充物不满（水洞）且深度在1～3m的，在钻孔桩施工前先进行预处理，采用静压化学灌浆法固结填充物和流砂，或用此法填满溶洞，在固结体达到一定强度以后再钻孔施工。施工方案如下：
静压化学灌浆的加固特点浆材可在几秒或在几十秒内瞬间凝固，可控制浆液灌注在一定范围内且不流失，材料的利用率高，比较经济。浆材的结石率为100％，即1m3体积浆材可得1m3结石体。对溶洞中的砂、砾等土体，浆液是通过渗透作用板结砂和砾的；对于溶洞中的稀土、亚粘土等土体，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，见图（2）。
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图2 灌浆孔平面布置及剖面图
静压化学灌浆的关键在于浆材的配方和工艺面的控制。目标一经确定，不能随意更改，且应贯彻设计阶段全过程。
2.3 灌注混凝土填充法
溶洞的高度在1.0～3.0m之间，且溶洞为填充或半填充的，则先向抛填片（碎）石、砂混合物和注水泥浆，然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁（见图3），水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后，停止冲击，24小时后，待水泥的强度达到2.5MPa后，再继续冲击，穿过溶洞。
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图3 图4
2.4 护筒跟进法
①溶洞高在3．O〈h〈5．Om，对于多层溶洞间距较小的采用钢护筒穿越处理（见图4）。先用冲击锤进行冲孔、扩孔处理，然后采用振动锤将钢护筒振动下沉至溶洞底部，为保证钢护筒的强度和刚度，每隔2m，设置加强钢板箍。
②溶洞高大于5．0m（多层），且溶洞间距较大时，拟采用套内护筒法施工，即用内护筒穿过溶洞的方法进行施工。内护筒长度L=h+2m（h为地质超前钻确定的多层溶洞高） 内护筒内径应比设计桩径大20cm左右，外径应小于外护筒内径5cm左右，若遇第二层溶洞，第二层溶洞的内护筒外径比上层内护筒内径小3~5cm，具体见图5
A.内护筒长度的确定护筒长度L＝h＋2（m）（h为多层溶洞高度）
B.内护筒内径的确定
内护筒内径应大于φ220cm，同时外径应小于外护筒内径5cm左右，如果只下一次内护筒（一层溶洞），内护筒内径选用233cm，壁厚为1cm，则外径为235cm（主桥外护筒内径为240cm）。当遇到第二层溶洞时，第二层溶洞的内护筒（即第三次护筒）选用220cm内径。
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图5
③溶洞顶部冲孔
根据超前钻的资料，当钻孔施工接近溶洞顶部时，提起钻头、钻杆，移开钻机（gps－30），采用冲击钻机ykc－30冲孔。用冲击钻冲孔时，要求轻锤慢打，使孔壁圆滑坚固，提升高度一般不超过50cm，一般进程控制在60～80cm/h。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查，其它施工工艺及注意?事项与常规相同。
④外护筒的制作及沉放方法
A.外护筒的制作
外钢护筒制作时，先勘察地质质料，根据溶洞的层数确定外钢护筒的直径。钢护筒分节制造，工地拼接。先采用桩锤进行扩孔，钢护筒采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤，其振动动力为1600KN以上。钢护筒下沉时，用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度，以便随时调整。护筒下沉至硬土层或岩面后，其倾斜度小于1％。
B.内护筒的沉放
a.当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤，在顶部厚度范围上下慢放轻提，冲锤不明显受阻碍，说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的，此时用钢丝绳活扣绑住内护管，用吊机（或冲机自吊）把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后，内护筒不会靠自重沉到溶洞底部（因溶洞底有沉渣、沉淀物等）。此时，GPS－30钻机重新就位。?
b.护筒沉设利用GPS－30钻机进行，在钻机的钻杆上附加压架，利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量，使内护筒随钻头的钻进而下沉，直到溶洞的底部。
⑤内、外护筒间空隙及内护筒与溶洞底部间空隙的处理?
A.在内护筒底部及顶部100cm范围内回填砂、碎石，中部回填中砂。
B.用高压喷射灌浆法（施喷法）对回填体进行灌浆处理。灌浆后，内护筒上下两端空隙被砂、碎石及浆液冲填固结，固结强度要求达到30mpa，其抗渗系数可达10－7m／s。灌浆处理后，即可重新冲孔。
C.在内护筒顶部及底部100cm范围内回填小碎石素水泥混凝土，内护筒中部回填砂，同样能起到堵塞空隙的目的。
D.对于需要处理多层溶洞的桩基，一般仍采用上述灌浆法填充固结空隙进行施工。目的是增加溶洞底部（同时有可能是下层溶洞的顶部）附近填充物的密度和强度，并且增加内、外护筒间的胶合力。
E.重新冲钻，直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时，经监理工程师同意即可终孔，此桩即成孔。成孔后的工序工艺与常规相同，并不赘述。
2.5 袖阀管注浆法
袖阀管注浆法（学名为双套筒双柱塞注浆法）是目前公认的一种比较先进的注浆工艺，其最大优点在于适应性强，对各种土层如砂层、粉土、淤泥层等均能进行有效的注浆加固，这种注浆工艺的优势还在于能定深、定量、分序、分段注浆与多次复注，综合了劈裂注浆、压（挤）密注浆与渗入注浆三种方法的优点于一身。因此，往往能达到较好的注浆效果。
袖阀注浆法使用的注浆工具为“袖阀管”，袖阀管为内径50～60mm、一次性使用的塑料管，由两部分组成，注浆段为带射浆孔的花管，注浆段以上为实管。花管每隔33cm（即每米3组）钻一组（6～8个孔）射浆孔，射浆孔呈梅花形布设，其外为长5～8cm的橡皮袖阀包裹，袖阀管的结构如图6所示。
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图6袖阀管结构示意图
三 溶（土）洞处理方案建议
根据花都地区的普遍地质情况，对溶（土）洞的处理提出如下方案建议：
1.对于全充填的溶（土）洞，当填充物位可塑或硬塑粘土或溶洞高度不大于0.5米时，可不进行预处理。
2.对半充填和无充填的高度小于2.0米的溶（土）洞采用袖阀管注浆方法进行预处理。
3.对全充填的高度大于2.0米的溶（土）洞，当填充物为软塑状或流塑状粘土或松散粉砂时，采用袖阀管注浆进行预处理。
4.对半充填和无充填的高度大于2.0米且不大于10m的溶（土）洞采用混凝土变压泵送混合砂浆和袖阀管注浆相结合的工艺进行处理。砂浆灌注完毕，等砂浆有一定强度后，再进行袖阀管注浆。
5.对于单层洞高或多层串珠状超过10m特大溶（土）洞，当填充物为半充填或无充填时，采用混凝土变压泵送混凝土和袖阀管注浆相结合的工艺进行处理。混凝土灌注完毕，等混凝土有一定强度后，再进行袖阀管注浆。
6.采用袖阀管注浆时首先选用水泥浆，当注浆量超过预估溶洞体积的2倍或单孔一次注浆量超过20m3应改用双液注浆（水玻璃液浆+水泥浆）。
7.在施工期间遇到未探明的溶（土）洞或未预处理的溶（土）洞影响施工时，采用抛填水泥（42.5普通硅酸盐水泥）、片石（花岗岩硬度不小于30兆帕）、粘土、C15商品混凝土填充挤压处理，抛填配比根据施工经验和结合现场考虑。
8.当砂层较厚，为防止溶洞冲破时走浆塌孔，应采用钢护筒配合施工，钢护筒壁厚12mm，直径为桩径D+0.2m，间隔100cm设加劲肋。
四 溶洞处理安全监控要点
1）地质勘探
根据设计规范，嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力扩散范围内应无岩体临空面。
地质勘探采用“一桩一勘”，并保证钻至持力层（中风化泥质灰岩）5米且无溶洞，若在5米内发现溶洞，继续往下钻探直至满足以上设计要求。
2）物资准备
虽然本项目有较为详细的钻孔资料，但是由于地勘钻杆较小，导致溶洞数据有偏差。在回旋钻机施工非溶洞桩基时发现以下现象：钻杆进尺突然加快、泥浆面陡然下降、钢丝绳摆动过大等情况，判定为遇到溶洞。鉴于这种情况，应在回旋钻机施工区域备足黏土、片石、水泥等回填材料以及冲击式钻机、挖机等机械设备，一旦发现上述现象回旋钻机立即停止施工，改用冲击式钻机，并严格按照溶洞处理方案中回填黏土、片石等方法进行回填。
3）溶洞处理方案
方案一：溶洞桩采用素混凝土回填堵孔，待混凝土达到70%强度后，继续用冲击式钻机进行施工。
方案二：溶洞桩根据洞径大小分别采用回填粘土冲孔固壁法（小型溶洞）、片石粘土堵洞筑壁法（中型溶洞）、片石水泥土造桨法（大型溶洞）。
4）混凝土灌注
根据溶洞桩的试桩工作，溶洞桩在混凝土浇筑后存在混凝土下沉现象，严重影响桩身完整性。因此，项目部根据桩顶标高位置不同采取不同措施：桩顶标高在地面附近时，混凝土浇筑至超灌标高，在2小时内由专人看守，间隔半小时捞混凝土以确定混凝土是否下沉，若混凝土面下沉则需要补浇混凝土；桩顶标高在地面以下超过5m时，混凝土超灌高度增大至4m，以保证桩身质量。
结束语
溶洞处理施工前，项目监理工程师应督促相关单位做好地质勘查工作，在可溶性的碳酸盐岩石分布地区，应该要求每个桩基础都做地质超前钻，以查明桩基持力层下部地质情况，确保工程安全；在实施加固过程中，项目监理部应安排专人现场旁站监控，检查护筒下沉或注浆过程的情况，对注浆总量进行核实比对，严防浆液漏失，发现异常，应即使要求启动应急方案，并报设计、业主。
参考文献
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