人工挖樁成孔綜合處理技術(shù)在巖溶發(fā)育區(qū)的運用

曾獻國

(安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局321地質(zhì)隊，安徽 銅陵 244000)

在巖溶發(fā)育區(qū)進行人工挖孔成樁施工，常因樁處于巖溶發(fā)育的溶蝕裂隙、溶溝、溶槽、溶洞中，不僅增大了施工難度，而且嚴重影響灌注樁的質(zhì)量。挖孔樁穿過溶洞時，溶洞內(nèi)狀充填物迅速流入孔內(nèi)，溶洞形體復雜，巖面起伏較大，致使混凝土護壁難以成型，樁孔無法施工，且施工安全隱患較大。通過收集研究有關方面的資料，結(jié)合我單位在地基處理工程中的寶貴經(jīng)驗，將壓密注漿、高壓旋噴樁等技術(shù)手段綜合運用于該工程中，取得了很好的效果。

1 工程概況

某市人民醫(yī)院門診醫(yī)技樓人工挖孔樁工程，位于某市人民醫(yī)院內(nèi)。共設計人工挖孔樁138根，樁徑900～1 500 mm，擴底1 000～2 100 mm，樁長約6～12 m，樁端持力層為灰?guī)r，設計要求樁端進入持力層深度不少于1 m，樁護壁以及樁芯混凝土強度等級均為C30。施工到設計要求樁長時，多數(shù)樁樁遇溶蝕裂隙、溶溝、溶槽、溶洞等，部分樁遇雙層溶洞，軟塑狀黏土充填，嚴重危害樁基工程的質(zhì)量。

2 巖溶發(fā)育特征及危害

2.1 巖溶發(fā)育特征

根據(jù)詳細的工勘報告表明：巖溶是勘察場地內(nèi)唯一不良地質(zhì)作用，場地下伏基巖為二疊系棲霞組灰?guī)r(p1q),場地基巖面起伏較大，局部坡度可達94%，該層灰?guī)r巖溶較發(fā)育，巖溶發(fā)育主要規(guī)律為基巖面附近溶溝、溶槽、小溶洞較發(fā)育，深部巖溶不發(fā)育。據(jù)鉆孔揭露及區(qū)域地質(zhì)資料，巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙、溶溝、溶槽、溶洞為主且發(fā)育強烈，溶洞最高達10多米，洞內(nèi)大都被充填物充填，少量為空洞，充填物為紅色黏土夾灰?guī)r碎塊，飽和軟塑?；?guī)r淺部巖溶發(fā)育，小溶孔、溶槽現(xiàn)象普遍，開口溶蝕裂隙、溶槽、溶芽十分發(fā)育，基巖面起伏較大，含裂隙溶洞水。

2.2 危害

樁處在巖溶地基存在的溶洞和土洞中，將降低原有地基的承載力。溶洞中充填物壓縮性較高，當上部荷載傳入到樁端時，極易發(fā)生樁體下沉，引起土洞應力狀態(tài)的改變而產(chǎn)生附加的沉降，從而導致地基不均勻沉降，致使建筑物墻體開裂，產(chǎn)生傾斜，嚴重影響建筑物正常使用。

3 溶洞處理設計方案

本著安全至上、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、操作簡便的原則，經(jīng)充分論證比較，結(jié)合多年來在軟地基處理、加固積累的成功經(jīng)驗，本工程對淺層小溶洞、裂隙、溶槽等采用壓密注漿方案；對存在雙層、深層較大的溶洞、溶溝采用高壓旋噴樁技術(shù)處理方案。

3.1 加固機理

(1)首先采用壓密注漿處理樁孔內(nèi)溶洞，原理是利用液壓把能固化的漿液注入溶洞中，以改變介質(zhì)的物理力學性質(zhì)，達到提高土層承載力的目的。

(2)在樁孔外圍布置高壓旋噴樁，固結(jié)其軟塑狀充填物，在溶洞中形成水泥樁體，能更好的封堵溶洞。原理是利用鉆機把帶有特制噴嘴的注漿管鉆到預定深度的土層，壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。被破壞的土顆粒，較細者隨漿液或水沿鉆桿冒出地面，其余土粒在射流的沖擊力、離心力和重力等作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質(zhì)量大小重新排列，凝固后便在土中形成一個固結(jié)體。

3.2 注漿參數(shù)設計

(1)注漿孔位布置：在原有樁孔內(nèi)在溶洞位置處插入鍍鋅注漿管至溶洞底部。

(2)使用純水泥漿加固處理巖溶，水泥采用P.032.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為1∶1～2∶1。

(3)注漿壓力，黏土層控制在0.1～0.3 MPa，灰?guī)r控制在0.2～0.5 MPa范圍，注漿壓力取高限，注漿壓力視注漿方法、注漿段深度和地下水位而定，并針對注漿過程中出現(xiàn)的情況隨時調(diào)整壓力。注漿壓力一般比水壓高0.2～0.4 MPa。

(4)當注漿量較大時，可添加速凝劑、水玻璃38°Be，模數(shù)2.4～3.0，速凝劑摻入量不大于漿液量的3%，水玻璃摻入量為水泥漿的3%～5%。

3.3 高壓旋噴樁參數(shù)設計

(1)噴漿孔位布置：根據(jù)其詳細的工程勘察報告，對需要處理的人挖樁先進行孔內(nèi)進行高壓噴射注漿，然后外圍用地質(zhì)鉆機進行鉆孔，孔徑為Ф91 mm,個數(shù)根據(jù)其樁徑大小，溶洞位置而定。如圖1所示。

圖1 人工挖孔樁溶洞處理剖面圖

(2)噴漿深度：溶洞頂1 m以上至溶洞底1 m以下。

(3)噴漿材料：采用32.5級水泥，水灰比0.8∶1～1∶1水泥漿，并加入水泥漿液體積的10%的水玻璃。

(4)采用二重管法進行施工，為滿足后期人工挖孔樁施工要求，單樁設計加固直徑為0.8 m。

(5)噴漿壓力：35～40 MPa，漿量120 L/min；氣壓：0.7～0.8 MPa；提速：10～20 L/min。

(6)噴漿方式：采用3次噴漿，以確保加固質(zhì)量和范圍滿足要求。

4 主要施工技術(shù)

4.1 壓密注漿施工

4.1.1 振動成孔

在施工未完成的樁孔內(nèi)，采用振動器將Ф25 mm鍍鋅注漿管振入溶洞底部，下管時為防止堵塞管眼，通常用膠帶封住管頭。

4.1.2 注漿

(1)使用純水泥漿加固處理巖溶時，水泥采用PO32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.6∶1～1∶1，同時摻入灰重3%～5%的水玻璃(38°～43°Be,模數(shù)2.4～3.0)。

(2)采用SYB50150-Ⅱ注漿泵，注漿壓力，黏土層控制在0.1～0.3 MPa，灰?guī)r控制在0.2～0.5 MPa范圍，注漿壓力取高限注漿壓力視注漿方法、注漿段段深度和地下水位而定，并針對注漿過程中出現(xiàn)的情況隨時調(diào)整壓力。注漿壓力一般比水壓高0.2～0.4 MPa。

(3)當注漿量較大時，可添加速凝劑，但摻入量不大于漿液的3%。

(4)注漿工作必須連續(xù)進行，若因故中斷，應及早采取處理措施，盡快恢復。

4.2 高壓旋噴樁施工

4.2.1 施工順序

場地平整→鉆機調(diào)試→樁外布孔→鉆探成孔→高壓旋噴機械就位→噴射作業(yè)→復噴→施工結(jié)束。

4.2.2 施工方法

(1)定位、鉆孔。在樁外圍進行布置孔位，孔距小于其成樁半徑。用地質(zhì)鉆機鉆至基巖。

(2)下噴射管。將高噴臺車移至孔口，先進行地面試噴以調(diào)整噴射壓力。為防止水嘴和氣嘴堵塞，下管前可用膠面包扎。下噴射管至設計噴射深度。

(3)制漿。按設計要求制備漿液。

(4)噴射提升。噴射管下至設計深度，開始送入符合要求的氣、漿。待漿液冒出孔口后，即按設計的提升速度、旋轉(zhuǎn)速度，自下而上開始噴射、旋轉(zhuǎn)、提升，到設計的終噴高度停噴，并提出噴射管。采用的施工技術(shù)參數(shù)：旋噴直徑：800 mm。旋噴樁有效樁長：溶洞頂1 m至溶洞底部基巖面。壓縮空氣氣壓0.7 MPa，氣量3.2 m3/min；水泥漿：壓力30 MPa，流量125 L/min，雙噴嘴1.6 mm；水灰比1∶1；提升速度：8 cm/min。

(5)回灌。噴射灌漿結(jié)束后，應利用水泥漿進行回灌，直到孔內(nèi)漿液面不下沉為止。

(6)沖洗。噴射結(jié)束后，應及時將管道沖洗干凈，以防堵塞。

5 效果分析及評價

通過對淺層小溶洞、裂隙、溶槽采用壓密注漿施工，封堵基巖和土層的界面，用較高的壓力將界面上的溶槽、溶溝、破碎帶、構(gòu)造帶、節(jié)理、裂隙，全部用漿液固結(jié)，將界面周邊的溶洞填滿，將溶洞和界面連通的通路(洞口)封住，甚至固結(jié)。加上在樁孔外圍布置旋噴樁，形成封閉式圓筒狀水泥墻，有效地阻止溶洞內(nèi)軟塑狀充填物流入樁孔內(nèi)，為人工挖孔樁在復雜的巖溶地質(zhì)中施工提供了有利的條件，使得施工的安全性得到保障，從而保證了挖孔樁正常進行。

實踐證明，通過采用綜合處理技術(shù)，保證了工程的安全、質(zhì)量和進度，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟價值，累積了寶貴的經(jīng)驗，對今后類似工程施工具有很好的借鑒價值。