岩溶地区高层建筑基础溶洞灌浆补强处理技术研究

2021-04-10蔡凯祥

工程技术研究 2021年15期

蔡凯祥

广东省源天工程有限公司，广东广州 510370

1 岩溶地区高层建筑基础的主要影响因素

1.1 稳定性影响

在岩溶地区高层建筑的基础建设中，基础部分必须具备极高的稳定性。岩溶地区是指在可溶性岩层受到自然水的化学和物理作用共同影响下，从而产生裂纹、沟槽及孔洞结构的地区，这类地区必然会受到空间环境的影响，从而导致其更加容易出现塌落、沉降及桩基摩擦力或承载力不足等问题，同时整个地区容易出现洼地。从建筑物的后期运行上来看，不良的地质现象将对整个工程项目的结构稳定性产生重大影响[1]。此外，从整个区域的后续发展环境上来看，如果岩溶区域的处理效果较差，那么该地区在后续的长期发展和运营过程，受到的地理因素的作用会日渐凸显。

1.2 成本性影响

在岩溶地区的高层建筑施工过程中，由于受到溶岩发育不规则、地下河或地下水的流动性等诸多不确定因素的影响，不仅要使用传统的建筑施工项目处理方法，还需要对整个区域的地下环境进行相应的全面性评估、调整和优化，这也就意味着该过程中还需要投入其他的各类成本及不可控的风险投入等，包括人工成本、设施成本、材料成本等，实现对地下空间环境的专项化调整。此外也必须能够全面根据相关的成本项目和成本的实施方法，对各类信息进行后期的调整，此时就需要对所有的这类事项进行专项整理及总结。

1.3 技术性影响

处于岩溶地区的高层建筑基础溶洞灌浆补强技术的最终目的是确保整个地层基础部分强度及沉降量（稳定持力层）符合要求，这就意味着必须能够使用各种专业化的技术对整个体系进行处理。从取得的结果上来看，在具体的灌浆补强技术使用过程，还涉及其他的一些各类专业化的技术，例如混凝土的配制技术、混凝土的灌注技术、高压灌浆技术、钻孔取芯验证技术、标贯试验验证技术等，这类技术如何使用及各类技术的具体实施方案，都需要经过持续性的管理和论证。

2 岩溶地区高层建筑基础溶洞灌浆补强处理技术方案

2.1 岩溶探查方法

在岩溶的探查过程，整个区域的溶洞的大小、高低起伏较大，因此如果采用传统的钻孔+填充的处理方法，那么很难完全根据整个区域的连续性和规律性，以及表面岩层之间的物理参数变化，对地基结构进行处理，此时需要采用其他方案进行协调。例如，可以采用CT技术直接对整个被探测区域的地下洞穴分布情况、断层的产生情况及各类破碎带的所属情况进行综合性探索，同时利用传统的钻探孔对地下空间内的岩石类型和岩溶参数进行分析处理，从而通过岩土工程制定这类信息和相关参数的处理规范。

2.2 地基处理原则

在对地基进行处理的过程中，岩溶不良地质构成的地基通常会导致地基的摩擦力或承载能力不足，并发生不均匀沉降，或者地基存在滑动和严重破坏效果，因此在地基的处理过程中，需满足稳定度要求，对于不满足稳定度要求的区域，需要经过进一步的处理。在整个施工现场的处理中，可采取两种方法处理，一种是穿越式处理，即通过下挖穿越式的桩基础，对整个结构进行调整；另一种是跨越式处理，采用加强梁的钢筋结构以增加梁的宽度，并对整个地基的稳定性进行进一步的调整，之后根据整个区域的调整工作基础和规范，对岩层的稳定性及相关的水文地质条件进行处理。

2.3 具体处理方法

在地基的具体处理过程中，针对相关区域的处理，目的是要通过对桩基础的溶洞进行注浆并制定填充空隙的处理规范，使得整个溶洞的空腔填充处于密实状态，从而让充填物和周边环境固连成一个整体，让其具有更高的强度，使得溶洞和地下水可以得到切断处理，让地下溶洞不再发育[2]。对于专业的处理方法，需要在终端的持力层的范围内采用高压旋喷清水切割的方式，实现对脆弱层的处理及设施的配置模式利用，形成孔洞的封堵效应，从而使得整个结构层的强度得到补强。

3 岩溶地区高层建筑基础溶洞灌浆补强处理技术施工

3.1 灌浆孔布置

在灌浆孔的布置过程中，必须根据桩底的持力层补强的信息、桩体直径和其他项目进行调整，对于桩底的持力层补强，桩体的整体范围需要保持在φ1000～1500mm内，而大部分桩体桩径为φ1200mm及以上。对于底层结构存在溶洞的基础，当溶洞的高度不小于0.3m时，且桩体的直径不小于φ1200mm时，要根据高压旋喷系统的波及范围，在桩体的融入范围内，均匀布置两个灌浆孔进行补强处理。对于灌浆的补强孔和钻孔的孔径，则需要采用桩体桩径为φ91～110mm的结构进行处理，且孔深要能够穿过溶洞，进入下伏的完整基岩0.5～1.0m处，施工过程中需要准确记录成孔的相关深度、溶洞的处理范围，对填充情况以及中间的其他参数进行调整，此外需要充分利用原抽芯孔进行整理。在成孔工作完成之后，需要在孔口区域埋设镀锌水管，该水管的长度约0.6m，露出孔外的一头需要加工丝扣，并且对该水管采用高标号的水泥砂浆，对专用水管进行埋设处理，之后对其进行紧固操作，且采用膨胀螺丝固定，防止在压降过程出现结构的松动问题。

3.2 施工步骤设计

（1）高压清水冲洗。在高压的清水处理过程，需要在桩体的持力层溶洞范围内施加500mm长度的部段，采用高压旋喷清水切割的清洗方法，保证溶洞内部可以得到冲洗，并且将其排放到桩体外。此外，在整个溶洞的内部形成空体结构。对于已经形成的补强孔内，需要全面在该孔径下加入高压旋喷气举，并利用高压水流破坏溶洞内部所存在的所有充填物结构，使得其处于松散软化状态，之后利用高压水流形成新的负压。使用气举反循环系统，则可将桩体的溶洞杂质排放到桩体外部，最终形成溶洞空体。针对高压清水切割施工参数，压力处于25～30MPa区间内，设备转速为13r/min，提升速度为15cm/min。气举施工参数中压力参数为0.4～0.7MPa，气量为6～9m3。

（2）高压灌浆处理。高压灌浆处理过程，需要对所有浆液进行科学化的配置，之后对其进行实际的灌浆处理，对于浆液的配置阶段，可以采用普通硅酸盐水泥P42.5R以上的水泥配料进行配置。对于水灰比参数要控制在0.6～0.8内，在浆液内加入水泥重量10%的膨胀水泥，同时加入水泥重量占比为1%的减水剂作为外加剂处理。在完成了配置工作之后，需要对其进行质量检查，以了解所有的参数可否符合相关材料的具体配置范围和配置标准，如果发现任何一个参数与实际设定的标准之间存在差异时，就可以确定该材料不可利用，需要经过实质性的调整，直到其质量符合相关的设计规范。

（3）高压旋喷处理。在高压旋喷处理过程，需要在桩身的补强孔内放入高压注浆器具，该设施要一直到达整个孔洞的底部，在桩体的溶洞段进行旋喷注浆操作时，要经过反复多次的旋喷处理，一直到孔口返出水泥浆为止。高压施工的压力参数为20～25MPa，转速控制为13r/min，提升速度为15cm/min，之后实现对整个结构的全面化处理。

（4）压浆水泥浆配置。在压浆水泥浆的配置过程，需要根据浆液的具体配置模式和配置标准对其处理，其中选用的水泥原材料为普通硅酸盐水泥P42.5R以上的材料，水灰比参数配置为0.45∶1，浆液中所需要加入的膨胀水泥占据所有加入水泥比例的10%，对于加入的减水剂总量占据水泥总重量的1%，在获得了最终所取得的配置结果之后，则可以确定在目前的专业配置过程可直接应用于对相关材料的处理。

（5）注压浆施工方案。在制浆的施工过程，需要对高压旋喷注浆施工工艺的全面把控，之后需要向整个区域内注入高强度的水泥浆液，从而将该浆液管道一直下放到整个孔道的底部区域，同时向取得的孔洞之内注入高强度的水泥浆液，缓慢向上拔出注浆管，直到孔口的返出水泥浆液浓度和注入的水泥浆液浓度基本一致时，才可以停止注入，利用孔口的封孔设置堵住孔口，此时采用压力泵向孔洞内注入高强度的水泥浆液[3]。当压浆的压力达到5MPa以上时，连续压浆20min，之后可停止压浆处理并关闭压力泵，卸下灌浆管且侯凝1～2h时，如果发现浆液渗漏情况严重，那么需要使用浆液灌浆模式，一边注入水泥浆液，一边注入水玻璃。在二次注压浆施工过程，需要在初凝2h之后，进行二次压浆操作，二次压浆的压力需要高于10MPa，压浆时间约20min。