黃茂興

(廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340)

1 概述

近年來，隨著國家和地方政府對水利與水運基礎(chǔ)建設(shè)的投資力度加大，受征地及規(guī)劃等原因影響，需在緊鄰原水利樞紐構(gòu)筑物基礎(chǔ)上進行擴建，然而此類超大型圍堰與深基坑支護既要確保已有建筑安全及設(shè)施正常運行，又要滿足防洪度汛要求，雖然支護結(jié)構(gòu)采用地連墻是比較可靠的解決方案，但超深地連墻施工遇到工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育區(qū)域時，存在極大的安全隱患。

以清遠樞紐二線船閘工程為例，其圍堰與基坑支護方案：上游導(dǎo)航墻、上下閘首、閘室處采用地連墻+內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，下游導(dǎo)航墻處采用地連墻+上部胸墻[1]。由于本工程區(qū)域?qū)倏λ固氐孛玻こ痰刭|(zhì)復(fù)雜，溶洞發(fā)育強烈；船閘左岸靠近運行中的一線老船閘，右岸靠近清西圍大堤。要求在施工圍堰與基坑支護工程——超深地連墻時須確保北江大堤和一線閘施工安全及一線閘不斷航，保證超深地連墻施工遇到溶洞不發(fā)生槽壁坍塌事故，防止地連墻施工坍塌造成環(huán)境污染。根據(jù)有關(guān)水利工程安全評估及涉水施工方案審查會專家組的意見，地連墻施工前，每槽地連墻均按“一槽兩鉆、縮量偏移”方式采用超前鉆查明每個槽段嵌入巖層是否存有溶洞、土洞，然后針對已探明巖溶區(qū)域，對地連墻兩側(cè)槽壁進行預(yù)注雙液漿填充固化[2]，地連墻中間部位采用預(yù)注水泥漿的處理方法，從而提高抗巖溶局部坍塌的能力，為安全、順利施工清遠樞紐二線船閘保駕護航。

2 工程概況

清遠樞紐二線船閘位于北江干流清遠城區(qū)下游石角鎮(zhèn)大燕河口上游約1.0 km處清遠水利樞紐右岸灘地處，布置在一線船閘右側(cè)，兩閘平行，中心距為90 m，以上閘首上游面(軸線壩)對齊布置，上游起點樁號為航上1+561.8，下游終點樁號為航下2+754。其中，上閘首長為50 m，閘室長為220 m，下閘首長為 56 m，建設(shè)規(guī)模為220 m×34 m×4.5 m。根據(jù)施工圖設(shè)計，作為清遠樞紐二線船閘基坑圍護及防滲結(jié)構(gòu)的地連墻既兼做圍堰又要滿足防洪功能、結(jié)構(gòu)安全、滲透安全等[3]，設(shè)計深度要求墻趾底部進入巖體為1～8 m，圍堰與基坑支護平面布置示意見圖1。

圖1 圍堰與基坑支護平面布置示意(單位：mm)

3 溶洞分布情況

根據(jù)《清遠二線船閘初步設(shè)計工程地質(zhì)勘察報告》[4]，本工程地質(zhì)勘察報告顯示，地質(zhì)條件較復(fù)雜、覆蓋砂層厚度大。除閘室段地質(zhì)大部分為泥質(zhì)粉砂巖外，其余位置均為灰?guī)r地區(qū)，不良地質(zhì)現(xiàn)象主要包括溶洞、土洞。

1) 溶洞：灰?guī)r區(qū)溶洞發(fā)育，部分為多層串珠狀溶洞，溶洞填充物主要為軟塑粘性土、砂層或卵礫石，部分溶洞為無填充物，鉆探時漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。場區(qū)內(nèi)共完成858個鉆孔中有320個發(fā)現(xiàn)溶洞，見洞率為37.3%，溶洞高度為0.20～12.80 m，層頂埋深為25.20～69.30 m。

2) 土洞：土洞填充物主要為軟塑粘性土、砂層，少量為卵石。場區(qū)內(nèi)共完成858個鉆孔中有263個鉆孔發(fā)現(xiàn)土洞，見洞率為30.7%，溶洞高度為0.30～17.00 m，層頂埋深24.90～67.30 m。

本工程圍堰與基坑典型地質(zhì)縱剖面示意見圖2。

圖2 典型地質(zhì)縱剖面示意

4 地下溶洞邊界探測

為達到用最少鉆探次數(shù)探明地下溶洞邊界，采用“一槽兩鉆、縮量偏移”的方式布置溶洞探測邊界鉆孔。即先沿地連墻軸線按每個標(biāo)準(zhǔn)槽段(平面長度為6 m)布置2個超前鉆孔(鉆孔間距為3 m)，若超前鉆發(fā)現(xiàn)溶洞，則該區(qū)域溶洞邊界探測孔按雙向間距2 m×2 m 進行布置，鉆孔深度為鉆至溶洞底部完整中風(fēng)化巖層以下5 m[5]。溶洞探邊鉆孔時需及時準(zhǔn)確記錄溶洞邊界、洞高等形狀及溶洞填充情況。

溶洞探邊鉆孔采用XY-100型鉆機施工，針對較軟土層采用合金鉆具回轉(zhuǎn)鉆進方法成孔，針對硬土層和破碎巖層采用風(fēng)動潛孔錘沖擊鉆進。溶洞調(diào)查及處理方法如下:

1) 沿地連墻軸線方向繼續(xù)布置探測鉆孔，直至探測鉆孔不再發(fā)現(xiàn)溶洞為止。

2) 右岸地連墻(除靠一線船閘處地連墻)在探測孔外側(cè)再布置1排邊孔，邊孔間距及深度同探測孔。

3) 靠一線船閘處地連墻在探測孔外側(cè)以此布置兩排探測孔，未發(fā)現(xiàn)溶洞，則不再布置鉆孔，若發(fā)現(xiàn)溶洞，在新布置的探測孔外側(cè)再布置1排邊孔，探測孔與邊孔間距及深度同上。

4) 探測孔與邊孔間距及深度同上，即孔間距2 m×2 m，孔深度為鉆至溶洞底部完整中風(fēng)化巖層以下為5 m。

5) 邊孔，若按孔間距為2 m×2 m探測未發(fā)現(xiàn)溶洞時，應(yīng)向溶洞中心偏移1 m(邊孔間距為1 m×2 m)進一步確定溶洞邊界，并通知業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計共同確定該溶(土)洞邊界，以避免增加不必要的探邊工作。

6) 鉆孔完成后，由地質(zhì)編錄員及時對巖芯進行編錄，分層記錄不同土層、巖層的深度、巖溶的發(fā)育情況、有無填充情況及地下水位的深度。

7) 整理資料，由主管工程師復(fù)核，上報項目部、監(jiān)理及設(shè)計院簽認(rèn)后確定進行注漿或排氣孔的鉆探和注漿施工。

溶洞探邊鉆孔和注漿布孔平面布置示意見圖3。

圖3 溶洞探邊鉆孔和注漿布孔平面布置示意

5 地下溶洞處理

5.1 溶洞處理原則

為確保實現(xiàn)業(yè)主要求的質(zhì)量、工期、安全、環(huán)境保護、文明施工等工程目標(biāo)，根據(jù)以往溶洞處理類似工程施工經(jīng)驗，本工程注漿總體施工順序遵循“先外后內(nèi)，先大后小”的原則。主要有以下幾點：

1) 地連墻施工前，根據(jù)基坑平面布置及其槽段劃分位置并采用地質(zhì)鉆機進行的“一槽兩鉆、縮量偏移”超前鉆勘察報告，進一步探明溶洞布置與大小、邊界、洞高等形狀及溶(土)洞內(nèi)填充物、地下水位環(huán)境及富水性的原則。

2) 注漿采用跳注，即先注奇數(shù)孔，再注偶數(shù)孔，只有在每一組注漿完成后才進行下一組的注漿工作，注漿在鉆孔完成并安裝完注漿管和排氣管后進行。

3) 對多層溶洞要先處理下層溶洞后再處理上層溶洞。

4) 對于現(xiàn)已標(biāo)明的注漿孔，宜先施工周邊相鄰注漿孔。

5) 先處理高、大且無填充的溶洞，再處理較小且有填充的溶洞。

6) 結(jié)合現(xiàn)場實際情況及材料進行注漿試驗，選擇合理的注漿參數(shù)及漿液配合比。

5.2 溶洞處理措施及試驗情況

考慮清遠二線閘溶洞、溶溝的不規(guī)則性且層頂覆蓋砂層厚度達25.20～69.30 m的強透水性砂層[6]，溶洞填充情況主要為全填充，部分溶洞、溶溝為半填充。由于溶洞埋藏較深采用開孔吹填碎石或砂漿等方式則效率較低，造孔費用較高；采用大直徑樁錘直接沖孔或液壓抓斗開挖成槽則由于溶洞頂部主要為砂層或卵石層等地層，當(dāng)施工過程中遇到溶洞發(fā)生坍塌容易造成地面塌陷突發(fā)性概率較高，危害性極大，施工人員及機械設(shè)備無法及時撤退。因此，為確保地連墻等樁基工程施工范圍內(nèi)的溶洞、溶槽、溶溝預(yù)注漿處理充分有效，保證地連墻等后續(xù)分項工程優(yōu)質(zhì)高效、安全生產(chǎn)及施工順利，經(jīng)專家評審與設(shè)計、監(jiān)理等單位研究同意本工程溶洞預(yù)注漿處理填充物宜采用水泥漿和雙液漿[8]。先采用雙液漿封邊，單液漿填充中間部位。即先利用地連墻兩側(cè)溶洞邊界探測鉆孔安裝注漿管和排氣管；然后采用經(jīng)現(xiàn)場試配確定的雙液漿固化地連墻墻體兩側(cè)溶洞填充物形成一定強度的槽壁，對無填充或半填充的溶洞，則在地連墻墻體兩側(cè)采用雙液漿填充封邊形成槽壁；地連墻墻體兩側(cè)填充物加固或?qū)o填充溶洞填充封邊完成后，再采用水泥漿液填充中間部位。清遠二線閘溶洞注漿主要處理措施及試驗情況如下：

1) 根據(jù)前期地連墻超前鉆資料，經(jīng)與設(shè)計及監(jiān)理初步判斷研究，為確保地連墻施工范圍內(nèi)的溶洞、溶槽、溶溝處理充分有效，保證地連墻等后續(xù)分項工程優(yōu)質(zhì)高效、安全生產(chǎn)及施工順利，兼顧盡可能節(jié)省投資角度出發(fā)，選擇基坑右側(cè)地連墻上游W3-W5槽段和下游W91-W93共2塊區(qū)域進行溶洞處理注漿試驗。

2) 確定單液漿試驗水灰比配合比為1：1.5、1：1.2、1：1.0三個參數(shù)，具體漿液配合比以現(xiàn)場試驗且不堵注漿管等情況確定，經(jīng)試驗確定水灰比配合比為1：1.5。

3) 確定雙液漿試驗配合比：雙液漿配合比需結(jié)合現(xiàn)場注漿管管徑、深度、注漿時間及待凝時間等綜合因素確定。雙液漿初始配合比按水泥：水：水玻璃=1：1.38：0.3(質(zhì)量比)進行試配，項目部發(fā)現(xiàn)水玻璃用量過大，初凝時間過快以致經(jīng)常出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。為解決上述問題，通過反復(fù)試驗雙液漿配制比例，最終確定雙液漿配合比按水泥：水：水玻璃=1：1.38：0.16進行施工。

4) 注漿工藝及方式：溶洞注漿排氣孔采用PVC管埋設(shè)；地面至溶洞頂覆蓋層注漿管采用PVC管埋設(shè)，溶洞范圍內(nèi)注漿管則采用袖閥管埋設(shè)，注漿管底部加下悶蓋的方式[8]，注漿管埋設(shè)剖面示意圖詳見圖4。注漿時，由于采用雙液單管注漿受水泥與水玻璃混合后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)影響，容易造成堵管或攪拌機攪拌不動等現(xiàn)象。為解決上述問題，經(jīng)調(diào)整，采用雙液雙管匯合單管代替雙液單管的注漿工藝。對無填充或半填充的溶洞注漿時，要求少量多次，每個孔每次注漿量不宜超過30 m3,反復(fù)灌漿。

5) 注漿壓力：注漿壓力需結(jié)合注漿設(shè)備和現(xiàn)場注漿管管徑及深度進行確定。注漿壓力需在以下注漿壓力的基礎(chǔ)上增加損耗壓力，初次注漿壓力控制在0.1～0.5 MPa，二次注漿壓力控制在0.4～1.5 MPa。經(jīng)測試，泵后注漿管管徑及路線損失壓力大約為1.5 MPa，本工程采用BW250型注漿泵有低、中、高3個檔位，相對應(yīng)注漿壓力為0.8～1.8 MPa、1.8～2.8 MPa和2.8～4.0 MPa；故本工程擬采用中檔位進行控制注漿壓力[9]。

6) 注漿終灌標(biāo)準(zhǔn)：注漿時間根據(jù)壓力大小決定，如果注漿壓力達不到0.3 MPa，則每個孔每次注漿量不宜超過30 m3,注漿未達到0.3 MPa要求間隔24 h后繼續(xù)注漿，如此反復(fù)直至注漿達到終孔條件為止。當(dāng)注漿壓力達到設(shè)計值或發(fā)現(xiàn)加固周邊建筑物有上抬趨勢或者發(fā)生串漿現(xiàn)象時即可終止灌漿(如圖4所示)。

圖4 注漿管埋設(shè)剖面示意

7) 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。

5.3 溶洞處理效果

本工程注漿效果是進行標(biāo)貫試驗檢測并按注漿孔數(shù)的1%隨機鉆孔抽芯檢查注漿效果是否填充密實。標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)貫擊數(shù)不小于10擊，抽芯檢測也未發(fā)現(xiàn)空洞現(xiàn)象。從結(jié)果來看，達到了預(yù)期效果，結(jié)合后期超深地連墻施工過程分析，通過溶洞、土洞進行填充、加固處理后，超深地連墻施工未發(fā)生任何質(zhì)量和安全問題，混凝土充盈系數(shù)約為1.09。

6 墻內(nèi)預(yù)留灌漿管，提高了二次灌漿的鉆進速度

由于本工程巖溶區(qū)域地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞、溶槽、溶溝發(fā)育的不確定性、巖面起伏落差極大，而地下連續(xù)墻墻趾僅需嵌入一定巖層即可滿足基坑支護安全及受力要求，無需完全穿透巖溶地層。但受制于溶洞、溶溝、溶槽發(fā)育的不確定性，場區(qū)內(nèi)巖溶規(guī)模大，且存在多層或串珠狀分布。若地連墻或基坑底周邊無法形成止水帷幕，通過溶洞及裂隙連通外部河流，則存在滲水、涌水通道，容易導(dǎo)致基坑泡水甚至失穩(wěn)現(xiàn)象[10]。為解決地連墻底涌水、滲水問題，確保地連墻及其底部形成有效止水帷幕[11]，在地下連續(xù)墻施工完畢后根據(jù)注漿工藝及其壓力按照一定尺寸重新布孔并采用工程地質(zhì)鉆機進行鉆注漿孔，然后利用這些注漿孔對此地下連續(xù)墻底部進行注漿形成有效止水帷幕，這類施工方法工期耗時久、效率低，不能及時進行灌漿封堵達到止水效果，同時注漿孔垂直度無法保障、工程造價高，對基坑開挖影響大。

為解決上述施工難題，提高效率，本工程采用鋼筋籠預(yù)留灌漿管結(jié)構(gòu)[11]，即地下連續(xù)墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，灌漿管焊接于鋼筋籠內(nèi)，施工時使鋼筋籠埋藏于混凝土內(nèi)，灌漿管從上至下貫穿連續(xù)墻。地下連續(xù)墻施工完成后，預(yù)留灌漿管作為地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)鉆的注漿孔，再采用工程地質(zhì)鉆機沿這些注漿孔向下延伸鉆下部注漿孔，新型地連墻鋼筋籠預(yù)留灌漿管平面布置示意見圖5，結(jié)構(gòu)示意見圖6。利用這些注漿孔進行地下連續(xù)墻的注漿使形成有效止水帷幕。這種施工方法大大減少了重新布孔和鉆注漿孔的時間和工期耗時，確保注漿孔的垂直度、工程造價低，對基坑開挖影響小。這種方法的地下連續(xù)墻施工間要對預(yù)留灌漿管進行末端封閉處理，否則混凝土倒進入灌槳管內(nèi)，灌漿管失去充當(dāng)注漿孔的作用。

圖5 新型地連墻鋼筋籠預(yù)留灌漿管平面示意(單位：mm)

圖6 新型地連墻鋼筋籠預(yù)留灌漿管結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

現(xiàn)有技術(shù)中對灌漿管末端封閉處理不夠理想，僅用簡單的纖維布包扎處理，往往因末端封閉處理不當(dāng)(或纖維布脫落或穿孔)而灌漿管失去充當(dāng)注漿孔的作用。

本項目地下連續(xù)墻采用鋼筋籠預(yù)留灌漿管結(jié)構(gòu)，包括有鋼筋籠和灌漿管，2～3支灌漿管縱向等長連接于鋼筋籠內(nèi)，灌漿管的下末端依次具有圓筒部和圓臺部，圓筒部與灌漿管同軸同徑、長度為50～100 m，圓臺部與圓筒部同軸，圓臺部的長度為50～100 m，小端與圓筒部同徑、錐度1：2～3，混凝土塞頭填滿灌漿管的圓筒部和圓臺部。

采用地下連續(xù)墻用鋼筋籠預(yù)留灌漿管結(jié)構(gòu)針對較深地層中進行地下連續(xù)墻施工時底部采用高壓噴射灌漿形成止水帷幕的工程，既可確保地下連續(xù)墻施工期間混凝土不進入灌漿管內(nèi)，又方便在地下連續(xù)墻墻身施工完成后，迅速通過灌漿管向墻身下方鉆探并灌注灌漿操作，提高了鉆進速度并節(jié)約了鉆孔抽芯費用，加快了止水帷幕施工進度，提高了基坑開挖安全系數(shù)。

7 結(jié)語

清遠樞紐二線船閘圍堰與基坑采用了地下連續(xù)墻加3～4道內(nèi)支撐的支護結(jié)構(gòu)，由于該工程地質(zhì)條件復(fù)雜，存在砂層覆蓋厚，巖溶發(fā)育，基坑防滲和基礎(chǔ)處理難度大，施工邊界條件復(fù)雜，須確保北江大堤安全及一線閘不斷航等特點和條件。本文基于對超深地下連續(xù)墻施工過程中遇到溶洞發(fā)育地質(zhì)問題及其對策的施工實踐進行了分析,形成了以下結(jié)論：

1) 為防止在喀斯特地貌或溶洞發(fā)育地區(qū)施工地連墻出現(xiàn)安全隱患，減少投資，采用“一槽兩鉆、縮量偏移”方式布置超前探測孔和溶洞邊界探測孔，以最少鉆探次數(shù)探明地下溶洞邊界。所采取的措施合理可行有效。

2) 針對已探明且埋藏較深的溶洞，在地下連墻施工前，宜采用雙液漿和水泥漿對溶洞進行預(yù)注漿處理，方法安全高效，可操作性強。

3) 由于溶洞、溶溝、溶槽發(fā)育存在不可預(yù)測性，以致地連墻墻底無法完全形成止水帷幕。通過在地連墻鋼筋籠內(nèi)預(yù)留灌漿管的施工技術(shù)，可高效解決墻底溶洞發(fā)生涌水、滲水問題，確保深基坑安全。

4) 上述工程案例為實際施工積累了寶貴經(jīng)驗，對其他大型船閘及類似工程建設(shè)有顯著的示范標(biāo)桿作用，推動了行業(yè)技術(shù)升級。