溶洞处理施工技术的应用

【摘要】通过对白石窑大规模溶洞群的施工处理技术的阐述，掌握溶洞处理施工的工作要点，深入理解在不同工程地质条件下，不同类型溶洞的多种处理方法，精确选用适用于本工程的溶洞处理方法。深刻认识了在复杂地质条件下，大规模溶洞群施工处理综合技术的应用，掌握溶洞处理施工工艺。【关键词】溶洞；岩溶；先导孔；充填料；双液浆；配比

1、工程概况北江（曲江乌石至三水河口）航道扩能升级工程白石窑枢纽船闸工程位于清远市英德白石窑水电枢纽左岸。工程内容包括新建二线船闸和重建一线船闸，白石窑航电枢纽工程等别为二等，本船闸属Ⅲ级船闸，船闸上、下闸首及闸室均为2级建筑物，上、下游导航墙及靠船墩为3级建筑物。新建白石窑二线船闸与一线船闸同位于左岸布置，二线船闸有效尺度采用220m×23m×4.5m，一线船闸有效尺度采用140m×23m×4.5m，一、二线船闸上下游共用引航道方案。二线船闸全年围堰长937.15m ，结构组成为上游横向土围堰31.0m+单排地连墙30m +上游双排地连墙基础234.25m+船闸主体段格型地连墙411.65m+下游双排地连墙 150.25m+下游单排地连墙30m+下游横向土围堰50.0m。2、工程区岩溶发育情况本工程区的地貌形态为峰林谷地，宏观上为英德岩溶盆地的一部分，岩溶作用已经进入晚期阶段。本工程区属于强岩溶区。根据前期地质勘查资料，本工程岩溶发育强烈，地质条件非常复杂，二线船闸的岩溶钻孔遇洞率88.2%，平均线岩溶率32.9%，本工程区属于强岩溶区。本次主要探讨在强岩溶地区，工程规模较大的情况下，大规模溶洞群的综合处理技术的应用。3、溶洞处理需要达到的工程效果1）充填洞体内空隙，防止洞壁和基础崩塌；2）堵塞溶洞与外界的直接漏水通道，防止泥浆流失； 3）加固洞内原充填欠固结的软弱土体，防止软弱土体在受附加应力及自重影响下产生较大的沉降变形，使洞内充填物与洞壁间产生过大的空隙；并且一定程度提高洞内填充物承载力特征值；4）确保地下连续墙顺利成槽及成槽质量，保证地下连续墙施工安全；5）对超大型溶洞（溶洞洞高>10m）或靠近旧船闸位置地连墙进行预处理，采用灌浆和溶洞内充填素混凝土结合的方式适当扩大化处理，以保证连续墙施工安全。4、溶洞处理试验1）试验目的（1）试验论证《溶洞处理试验方案》的可行性、施工效果的可靠性以及经济上的合理性；（2）确定合理的注浆孔技术参数，如注浆孔排数、排距、孔距、孔深等； （3）确定合理的施工参数，如注浆压力、注浆材料与浆液配比、单位注灰量范围、纯水泥浆水灰比、双浆液配合比、注浆设备、压力管道及应用范围等；（4）施工工效、进度分析等。2）第一阶段施工（1）试验段溶洞概况根据现场实际情况及原超前钻孔位探测的溶洞高度及充填状况不同，现拟在先完成超前钻钻探的二线船闸下游施工平台上选取3个试验段做溶洞处理和成槽试验。3个试验段溶洞概况如下：（2） BYZK-77试验段试验方法选择及效果超前钻BYZK-77试验段槽段尺寸为1.2m×3m，拟对该处溶洞暂不处理，直接冲孔成槽，冲孔采用1台SLZ-300型冲孔桩机。本试验段冲孔前未进行溶洞处理，冲孔历时10天，多次发生漏浆、塌孔及護筒周边塌方现象。经多次回填黄土及块石反复冲孔，仍未达到设计底高程，冲孔效率低。未达到预计处理效果。（3）BYZK-99试验段试验方法选择及效果超前钻BYZK-99孔，已探明的溶洞高度为5.6m，拟在该试验段地连墙两侧距离墙边线1.5m处，各布置一排3个探边孔，进行边界探测施工，探边孔间距为2m，探边孔兼作灌浆孔，探边孔直径为91mm，探边孔深度按原超前钻孔深原则设置，即达到地连墙底高程并保证3～5米入岩，与超前钻BYZK-99孔相邻的两个钻孔BYZK-98、BYZK-100也作为该段溶洞处理的探边孔及灌浆孔。 前期注浆未按总量控制，浆液流速大，浆液流失严重；后期采用总量控制原则，达到总量即停止灌浆。本试验段灌注水泥总量为275499.7kg，平均单位注灰量为4124.4kg/m，注浆压力在0～0.59MPa之间，吸浆量在17.6～53.75L/min之间。溶洞处理后，对试验段进行了抽芯检测，根据抽芯芯样，溶洞部位未见明显水泥块，证明溶洞处理效果不佳。随后对该段进行成槽冲孔试验，冲孔过程中，冲至溶洞部位多次发生漏浆、塌孔及护筒周边塌方现象。经多次回填黄土及块石反复冲孔，仍达到设计要求底高程，冲孔效率低，最终由于塌孔造成地面下陷，并且情况严重不得不终止冲孔。（4）BYZK-88试验段试验方法选择及效果超前钻BYZK-88孔，已探明的溶洞高度为13.4m，溶洞较大。拟在该试验段地连墙两侧距离墙边线1.5m处，各布置两排探边孔，探边孔直径为91mm，探边孔深度按超前钻孔深原则施工，即达到地连墙底高程并保证3～5米入岩，与超前钻BYZK-88孔相邻的两个钻孔BYZK-87、BYZK-89也作为该段溶洞处理的探边孔及灌浆孔。 试验首先对第一排中间孔首先灌注水泥砂浆，砂浆灌注量少，无法充填满溶洞。随后对外排孔进行双液灌浆，内部孔灌注水泥浆的方法进行溶洞处理。该试验段注浆采用总量控制原则，灌注水泥量总量为959430kg，外加剂（水玻璃）用量为1783.7kg，周边孔平均单位注灰量为1397.7kg/m，平均单位外加剂用量为27.95kg，内部孔平均单位注灰量为3465.7kg/m。本试验段溶洞段溶洞较大，原本考虑采用砂浆充填溶洞内部，节约灌浆量，试验证明，灌注砂浆对于半充填溶洞不可行。在BYZK-99试验段冲孔塌方的情况下，为确保施工安全，该试验段放弃了冲孔试验。3）第二阶段施工（1）试验段溶洞概况根据现场实际情况及超前钻孔位探测的溶洞高度及充填状况不同，现拟在完成超前钻钻探的二线船闸施工平台上选取7个具有代表性试验段做溶洞处理和成槽试验。7个试验段溶洞概况如下：（2）充填料配比参数及选用①充填粘性土和水泥混合料（充填料1）因施工特殊性及场地限制，根据现在实际情况回填料用量根据机械设备每次装卸量进行统计，粘性土松散堆积密度取值1300kg/m3，投入相应袋装水泥（每m3回填料合50～100kg水泥）。对溶洞内的充填物进行固结，避免反复的漏浆反复回填。漏浆严重、反复漏浆则应加大水泥投入量。适用情况：适用于半充填及全充填溶洞；快速漏浆的槽段。②充填块石、粘性土及水泥混合料（充填料2）先导孔回填料若采用块石、粘性土及水泥混合料（每m3回填料掺和50～100kg），块石粒径应大于200mm、不大于2/3孔径，黄泥：块石为3：1。块石作为填缝材料，主要目的利用冲锤挤压块石，充实溶洞，达到堵漏的目的。适用情况：适用于串珠溶洞、空洞及大型溶洞的槽段。③充填低标号混凝土（充填料3）若参照上述①②配比参数进行多次充填溶洞仍无法达到堵漏效果或漏浆造成槽段导墙发生塌陷、镂空，则及时采用低标号混凝土进行溶洞充填或对导墙周边加固。5、溶洞处理方法总结1）先导孔施工由于溶洞有一定的不可预见性，大小填充情况各不相同。通过两阶段溶洞处理试验，从工期及成本综合考虑，确定溶洞处理和地下连续墙施工同步进行。针对溶洞较大的槽段先施工先导孔，先导孔施工至溶洞顶板后采用φ1200mm钢护筒护壁。利用先导孔对溶洞进行充分的充填直至成孔过程不漏浆，然后进行地下连续墙成槽施工。充填料以块石、粘土、袋装水泥混合料（PC32.5R）及低标号素混凝土为主。先导孔的施工原理也可以理解为先处理后成槽，钢护筒的目的在于冲破溶洞顶板泥浆流失后对孔壁的支护作用，防止漏浆引起的孔壁坍塌。2）针对半充填及全充填的中小型溶洞（溶洞洞高6m以下）：充填粘性土和水泥混合料，充填后仍无法正常进尺时，在上述充填物的基础上增加块石；3）针对大型溶洞（6m及以上）：利用先导孔+钢护筒护壁方式，防止快速漏浆造成塌孔；4）针对串珠型溶洞、无充填溶洞或大型溶洞（溶洞洞高6m及以上）：充填块石、粘性土及水泥混合料；5）针对超大型的半充填或无充充填溶洞（溶洞洞高10m及以上），或临近结构物等重要部位的溶洞，或冲孔中出现反复漏浆、或导墙边镂空等情况，为确保临近建筑物安全和施工安全，采用灌浆和充填低标号混凝土相结合的处理方式。6、结论截止目前为止，白石窑船闸工程一期全年围堰地下连续墙溶洞处理已结束，基础土石方开挖完成量过半，工程效果经受了实践考验。在地下连续墙施工过程中，共处理了336个大小及类型不同溶洞，其施工处理方法在充分论证的基础上，进行逐孔处理。总之，大规范溶洞群处理方法的选取与施工，是针对不同溶洞，综合采用充填粘性土、水泥混合料、块石、素混凝土及灌注浆液等一项或多项施工技术的充分应用。以上，是我对本工程溶洞处理技术的一点浅见，希望能给予大家一点提示。作者简介：钟钦生（1962-），广东人，工程师，主要从事水利水电工程施工。