謝偉

摘要：巖溶發(fā)育區(qū)地層復(fù)雜，基礎(chǔ)處理難度大，實(shí)際施工中，結(jié)合施工勘察，選擇優(yōu)化施工方案，對控制工程造價(jià)、指導(dǎo)施工和確保工程質(zhì)量有很重要的意義，巖溶發(fā)育區(qū)基礎(chǔ)處理鉆探技術(shù)和灌漿工藝已經(jīng)成為一門綜合性很強(qiáng)的應(yīng)用研究。孟洲壩樞紐二線船閘工程作為北江航道擴(kuò)能升級工程的重要項(xiàng)目之一，巖溶地層鉆探技術(shù)及溶洞灌漿工藝在地基加固中取得了良好的應(yīng)用效果，本文將結(jié)合孟州壩樞紐二線船閘工程實(shí)例對其進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞：巖溶發(fā)育區(qū)；溶洞；鉆探；灌漿

1.工程概況

我國巖溶地區(qū)分布甚廣，在廣東省內(nèi)，主要以粵西和粵北地區(qū)分布較多，珠江三角洲地區(qū)也有分布。巖溶對工程建設(shè)來講是一種災(zāi)害性地質(zhì)現(xiàn)象，一般情況下，應(yīng)避免在巖溶地區(qū)從事大規(guī)模工程建筑。但隨著城市化進(jìn)程的飛速發(fā)展，巖溶地區(qū)的建筑物越來越多，因此，對巖溶地區(qū)鉆探技術(shù)與灌漿加固工藝的研究具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會意義。

北江是粵北地區(qū)連接珠江三角洲及港澳地區(qū)唯一的水運(yùn)通道，流域范圍內(nèi)氣候濕潤多雨，水體常年無冰凍，極佳的氣候和水文條件造就了悠久的水路運(yùn)輸歷史以及北江突出的航運(yùn)地位。然而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，船閘及航道等級過低導(dǎo)致船舶大面積滯航的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為解決這一瓶頸限制，北江（韶關(guān)至烏石）航道孟洲壩二線船閘計(jì)劃建成為可通行1000t級船舶的Ⅲ級船閘，這將有效提高當(dāng)?shù)睾竭\(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。工程主要包括船閘工程、上下游引航道、上下游導(dǎo)航墻（含導(dǎo)流墻）、閘橋工程、大型臨時(shí)工程等配套及附屬工程。

2.地質(zhì)條件

孟洲壩二線船閘項(xiàng)目區(qū)屬一級沖積堆積階地及河漫灘，局部地段為剝蝕殘丘。項(xiàng)目區(qū)地層巖性較均勻，層位變化一般。根據(jù)鉆探和現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)繪，工程區(qū)分布的灰?guī)r受第四系地層覆蓋，從巖溶類型劃分屬覆蓋型巖溶，主要巖溶形態(tài)有：溶孔、溶隙、溶溝和溶洞等。

工程區(qū)附近地表巖溶主要受巖性及構(gòu)造控制，一般在薄一中厚層灰?guī)r中多見巖溶裂隙，中厚層一厚層狀灰?guī)r中溶隙及小溶洞較發(fā)育。地表見洼地，并往往沿構(gòu)造裂隙和層面發(fā)育?？辈旖Y(jié)果顯示：230個(gè)鉆孔，其中共計(jì)51個(gè)鉆孔揭露溶洞，平均遇洞率22.17%（但是下閘首4個(gè)鉆孔中2個(gè)鉆孔遇巖溶現(xiàn)象，遇洞率達(dá)50%，閘室中部～下閘首8個(gè)鉆孔中4個(gè)鉆孔遇巖溶現(xiàn)象，遇洞率達(dá)50%，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)）；單孔線巖溶率較高，達(dá)0.75%-52.67%，平均線巖溶率15.89%；溶洞洞高（鉆孔中鉛直高度）0.2m～20.7m，平均高度2.67m，一般為全充填，有少量半充填及空洞。綜上所述，本工程區(qū)整體上屬于巖溶中等發(fā)育區(qū)，局部地段巖溶強(qiáng)發(fā)育。鉆孔地層情況見表1。

參考水工建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及船閘建設(shè)施工經(jīng)驗(yàn)，為避免洞壁和基礎(chǔ)崩塌以及水土流失，需充填洞體內(nèi)空隙并堵塞溶洞與外界的直接漏水通道，另一方面要加固洞內(nèi)原充填欠固結(jié)的軟弱土體，防止軟弱土體在受附加應(yīng)力及自重影響下產(chǎn)生較大的固結(jié)沉降變形，使洞內(nèi)充填物與洞壁間產(chǎn)生過大的空隙，并一定程度提高洞內(nèi)填充物承載力特征值。

3.超前鉆孔

3.1鉆探工作通常按照如下步驟進(jìn)行：

在地下連續(xù)墻基礎(chǔ)逐個(gè)槽段布置超前鉆孔，每個(gè)地連墻槽段兩個(gè)鉆孔。灌注樁按一樁一孔的密度進(jìn)行布置超前鉆，超前鉆孔深度應(yīng)取地連墻（灌注樁）底部以下5m和進(jìn)入完整中風(fēng)化灰?guī)r5m兩者的大值。鉆進(jìn)過程中，保證鉆桿垂直。若未發(fā)現(xiàn)溶洞則停止鉆孔，若發(fā)現(xiàn)溶洞，則繼續(xù)鉆進(jìn)至溶洞底部巖層3m～5m。

首先應(yīng)按樁基設(shè)計(jì)的平面尺寸、鉆機(jī)數(shù)量和鉆機(jī)底座平面尺寸、鉆機(jī)移位要求、施工方法以及其他配合施工機(jī)具設(shè)施布置等情況確定施工平臺的平面尺寸，并進(jìn)行平整壓實(shí)。

然后依據(jù)鉆孔平面布置圖進(jìn)行測量放樣，鉆孔位置前后對照復(fù)核樁點(diǎn)，確認(rèn)無誤后將鉆機(jī)固定牢固，鉆桿對準(zhǔn)測量放樣樁點(diǎn)。工藝流程詳見圖1。

不同的地層采取不同規(guī)格的鉆頭進(jìn)行鉆孔，填土層～強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r采用146mm合金鉆頭鉆孔取芯，為防止孔壁坍塌，采用146mm或127mm套管跟進(jìn)護(hù)壁，進(jìn)人中風(fēng)化灰?guī)r后改用89mm金剛石鉆頭鉆進(jìn)。在取芯過程中，應(yīng)詳細(xì)記錄巖面的高程、返水的變化情況、溶洞的位置及填充情況。滿足終孔條件后及時(shí)通知監(jiān)理工程師進(jìn)行驗(yàn)收確認(rèn)，并按要求及時(shí)進(jìn)行封孔。所有芯樣均應(yīng)排放整齊、編號齊全，裝入巖芯箱，拍照存檔以備核查。鉆孔完成后及時(shí)對地質(zhì)情況進(jìn)行編錄。

無溶洞的超前鉆孔工作結(jié)束后，進(jìn)行封孔。堤防鉆孔土層一般以土還土，以砂還砂，土料以粘土為主，砂料以粗砂為主，并分層搗實(shí)；臨近堤防的鉆孔采用干粘土球回填，邊回填邊夯實(shí)；船閘開挖范圍內(nèi)鉆孔土層采用純水泥漿封孔；有套管護(hù)壁的鉆孔邊起拔套管邊回填。并做好封孔全過程記錄。

3.2超前鉆孔加密原則

第一步：在施工圖設(shè)計(jì)階段工程地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上進(jìn)行超前鉆探施工，超前鉆按“一槽兩鉆、一樁一鉆”原則施工；第二步：在“一槽兩鉆”施工基礎(chǔ)上，針對已經(jīng)探明的溶洞進(jìn)行邊界探測施工，即“探邊”施工；第三步：針對已經(jīng)完成“探邊”的溶洞，根據(jù)其充填情況，分別進(jìn)行注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中根據(jù)地層情況、溶洞充填情況、注漿情況等調(diào)整施工參數(shù)并進(jìn)行分析，研究最適合的注漿參數(shù)；第四步：對注漿試驗(yàn)情況進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果展開溶洞注漿填充施工；第五步：注漿完成后對注漿效果進(jìn)行質(zhì)量檢測。

溶洞注漿充填施工前根據(jù)注漿材料及地質(zhì)條件，結(jié)合類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行注漿試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行修正。

有溶洞的超前鉆孔，在鉆至溶洞底部位置時(shí)，在起拔跟管鉆進(jìn)的套管之前，須下直徑100mm并滿足壓力要求的PVC給水管至巖面以下50mm位置，然后置換出套管，等待摸清整體溶洞界面后實(shí)施灌漿工作。

每個(gè)溶洞邊界探測施工完成后，根據(jù)每個(gè)鉆孔所探測到的溶洞頂部、底部的埋深或標(biāo)高，結(jié)合其平面位置、水平間距，繪制出每個(gè)溶洞的包絡(luò)圖，以確定其大小。包絡(luò)圖繪制完成后，計(jì)算其理論注漿量，注漿充填系數(shù)參考類似工程經(jīng)驗(yàn)暫取1.5～2.5，要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整和確定。endprint

4.灌漿工藝

4.1無填充溶洞處理方法

①單層溶洞處理：遇無填充溶洞時(shí)，為保證鉆孔安全，確保鉆進(jìn)順利進(jìn)行，空洞部位采用89mm套管護(hù)壁跟進(jìn)后，改用76mm鉆頭鉆進(jìn)取芯，直至超前鉆孔深滿足設(shè)計(jì)要求為止，溶洞位置探明后，下放100mmPVC管置換127/146mm外套管，從四周封閉開始向中間灌注雙液砂漿，并采用純水泥漿壓密灌漿。砂漿配比初定為砂：膠凝材料：水：水玻璃=2：1：0.6：0.3，最終數(shù)據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

如果溶洞包絡(luò)范圍較大，或空洞較高（>1m），可先向孔內(nèi)填入5mm～10mm碎石，初次填料高度為溶洞高度的一半，然后灌注雙液水泥漿。水泥水玻璃雙液漿的配比是水泥漿與水玻璃的體積比為4：1，水玻璃比重為1.125g/ML，水泥漿水灰質(zhì)量配比為0.8：1，水泥漿拌制采用32.5級水泥，注漿壓力控制在0.1MPa～0.4MPa，注漿速度為30L/min～70L/min；水泥水玻璃雙液漿注漿體積為初次填料體積的三分之二，以保證其封閉初次填料的整個(gè)邊界。待漿液與填料凝結(jié)形成固體后，重復(fù)填料直至填充物充滿溶洞高度，重復(fù)進(jìn)行雙液漿注漿封閉整個(gè)邊界。

②多層溶洞處理：如果下鉆過程遇到第2層溶洞，這時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，拔起鉆具及89mm套管，下放100mmPVC管置換外套管，然后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行溶洞探邊孔施工，探邊孔完成后，按一層溶洞的處理方法先對溶洞進(jìn)行處理，待灌漿結(jié)束并待凝后采用76mm鉆頭重新掃孔，繼續(xù)鉆探。由于受100mmPVC管的限制，第2層以下溶洞鉆進(jìn)已不可能采用套管跟進(jìn)的施工工藝。如果第2層為無填充溶洞，鉆穿溶洞后停鉆，待第2層溶洞所有探孔灌漿并待凝后繼續(xù)鉆進(jìn)，以此類推第3層及以下各層溶洞的施工，直至超前鉆孔深滿足設(shè)計(jì)要求。如果第2層為有填充溶洞，將采用：水泥漿造孔→護(hù)壁→待凝→掃孔的循環(huán)施工工藝，直至穿越第2層溶洞成孔，成孔后，采用純水泥漿對溶洞進(jìn)行壓密灌漿，以此類推第3層及以下各層溶洞的施工，直至超前鉆孔深滿足設(shè)計(jì)要求。全孔結(jié)束后，對基巖段全孔進(jìn)行壓密灌漿。

③水泥漿進(jìn)行壓密注漿

在完成水泥水玻璃雙液注漿封閉整個(gè)邊界后，再采用水泥漿進(jìn)行壓密注漿，至達(dá)到停止注漿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。壓密注漿采用栓塞封閉，逐層溶洞處理，純壓式注漿方式。管路連接如圖2所示。

壓密注漿壓力為1.0Mpa以上，灌人濃度大、配合比為1：1的水泥漿；壓密注漿開始時(shí)漿液先充填大的空隙，然后在壓力下滲入周圍土體孔隙。

停止注漿的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為兩種情況，當(dāng)滿足以下任意一種即可停止注漿：①注漿鉆孔基巖完整，注漿孔口壓力維持在0.2MPa～0.5MPa，且連續(xù)30min，吸漿量小于40L/min；②多次注漿，孔口壓力超過0.5MPa，而且單孔注漿量達(dá)到平均注漿量115～210倍，且進(jìn)漿量明顯減少。

4.2有填充溶洞處理方法

（1）劃分溶洞處理范圍。劃分溶洞范圍，以每處溶洞為單位進(jìn)行注漿處理。

（2）鉆孔及注漿方式?；鶐r及溶洞采用89mm鉆頭鉆進(jìn)，下栓塞進(jìn)行純水泥漿純壓式全孔段灌漿，該方法如果水泥漿護(hù)壁成功，施工將比較簡便。對于已經(jīng)探查清溶洞范圍的溶洞，采用單液漿處理；對于未探查清溶洞范圍的溶洞，周邊孔采用雙液注漿，中間孔采用單液注漿。在每一組注漿完成后再進(jìn)行下一組的注漿工作。

（3）注漿材料。中間孔：采用水泥漿單液注漿。水泥采用32.5級水泥，水灰比=1.0～1.5，注漿速度為：30L/min～70L/min。周邊孔：采用水玻璃和水泥漿雙液注漿。配比建議為水泥：水：水玻璃=1：1 38：0.3（質(zhì)量比），水玻璃模數(shù)m=2.4～3.2（濃度Be=30～40），水泥采用32.5級水泥。

（4）注漿壓力與終孔條件。注漿壓力控制在0.1Mpa～0.5Mpa。每個(gè)孔注漿時(shí)間根據(jù)壓力大小決定，如果注漿壓力一直達(dá)不到0.3MPa，則每個(gè)孔每次注漿量不得超過30m3，注漿未達(dá)到0.3MPa要求間隔24h后繼續(xù)注漿，如此反復(fù)直至注漿達(dá)到終孔條件為止。

如果注漿壓力達(dá)到0.3MPa并有上升趨勢，則繼續(xù)注漿，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.5MPa的注漿終壓時(shí)，繼續(xù)注漿10min以上，則可終孔。

（5）封孔。當(dāng)注漿結(jié)束拔出注漿管后，立即用M7.5號水泥砂漿封孔；封孔完畢后，位于該注漿孔周邊的溶洞即完成了封閉。

5.質(zhì)量檢測

對同一個(gè)溶洞，應(yīng)按鉆孔數(shù)的3%，且不少于1個(gè)檢測鉆孔，1個(gè)檢測鉆孔應(yīng)不少于3個(gè)標(biāo)貫檢測點(diǎn)，檢查孔盡量利用已有的鉆孔。對加固地層進(jìn)行隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)不小于10擊。

6.結(jié)語

（1）本工程根據(jù)所在部位的巖溶特性，灌漿材料就地選材，水玻璃從廣州化工原料市場采購，節(jié)省了成本。

（2）實(shí)際施工中，溶洞類型基本屬于半充填、全充填類型，初次灌漿先采用以水泥和水玻璃為主的雙液灌漿方法進(jìn)行施工，然后再采用純水泥漿液進(jìn)行二次壓密灌漿處理，灌漿順序?yàn)橛赏庵羶?nèi)、分工序施工的原則。灌漿方法選擇合理，效果良好。

（3）對于無充填物或充填物少的溶洞，因洞內(nèi)滲漏嚴(yán)重，溶洞灌漿難度大，原則上先間歇充填粗骨料、細(xì)料；再充填固結(jié)料的方法進(jìn)行施工。粗骨料可選擇細(xì)礫、粗礫和細(xì)砂；細(xì)料為含砂粉土；固結(jié)料主要指水泥和水玻璃混合料。結(jié)合洞內(nèi)充填淤積情況，選擇合適的充填材料。

（4）巖溶地層地質(zhì)情況復(fù)雜，同一鉆孔經(jīng)常存在多層溶洞情況，所以鉆探上宜選擇146mm或127mm鉆具開孔，127mm套管跟管鉆進(jìn)。endprint