朱哲鋒，李偉軍，李云鋒

（廣東省第一建筑工程有限公司廣州510010）

廣州市某廣場(chǎng)項(xiàng)目位于廣州市白云新城附近，地鐵2 號(hào)線在項(xiàng)目地塊中間穿過(guò)，項(xiàng)目占地面積4.5 萬(wàn)m2，基坑大開(kāi)挖深度為8.60～10.60 m?；余徑罔F，兩側(cè)中部采用雙排樁+對(duì)拉鋼絞線支護(hù)，4 個(gè)角部位采用支護(hù)樁+角撐支護(hù)，外側(cè)采用φ850@600 三軸攪拌樁形成止水帷幕，深度下至灰?guī)r面，其余區(qū)段采用支護(hù)樁+擴(kuò)大頭預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)，基礎(chǔ)采用灌注樁655 條。

根據(jù)地質(zhì)勘查（見(jiàn)圖1），項(xiàng)目場(chǎng)地巖溶（土）分布范圍廣，局部發(fā)育串珠狀溶（土）洞或洞體較大的溶（土）洞，勘察揭露場(chǎng)地內(nèi)的溶（土）洞頂板厚度較小，溶（土）蝕較為嚴(yán)重，洞體多由軟～流塑狀的粘性土夾巖屑充填，溶（土）洞的穩(wěn)定性較差，屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)。

由于局部基巖及溶（土）洞出露較淺，故在支護(hù)樁及主體結(jié)構(gòu)樁施工前，對(duì)巖面以下3 m 及坑底以下10 m范圍內(nèi)的淺層溶（土）洞進(jìn)行充填注漿處理，阻斷巖溶水運(yùn)移通道，封底止水，防止基坑開(kāi)挖后出現(xiàn)巖溶水突涌，導(dǎo)致大量抽排地下水影響臨近地鐵運(yùn)行的安全。其中洞高小于或等于1.5 m 且無(wú)充填或半充填的溶洞，采用花管灌注42.5R 普通硅酸鹽水泥漿。

鑒于傳統(tǒng)花管注漿存在注漿孔定位不夠精細(xì)，注漿設(shè)備密封圈容易磨損出現(xiàn)孔口返漿現(xiàn)象，注漿完成后的鋼管也不能及時(shí)地回收等問(wèn)題，本項(xiàng)目依托基于BIM的溶（土）洞模型模擬技術(shù)、設(shè)備的改良以及注水加壓水脹密封技術(shù)，灌注樁護(hù)壁廢棄泥漿回收利用技術(shù)，制定出水脹密封花管環(huán)保注漿施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工，滿足質(zhì)量要求，節(jié)約成本，又達(dá)到節(jié)能減排綠色施工的效果。

圖1 典型工程地質(zhì)剖面圖Fig.1 Typical Engineering Geological Profile

1 技術(shù)特點(diǎn)

⑴基坑開(kāi)挖施工前，采用基于BIM的溶土洞模型的仿真技術(shù)，制定出對(duì)花管注漿精細(xì)化施工方案。

通過(guò)詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告、管波探測(cè)成果、探孔鉆及物探報(bào)告，采用Autodesk Revit，利用場(chǎng)地功能建立溶（土）洞模型。

通過(guò)建立的仿真模型，發(fā)現(xiàn)未知的大體積和埋深較淺的溶洞，對(duì)施工人員進(jìn)行安全交底，提前進(jìn)行安全防護(hù)策劃，避免安全事故發(fā)生；通過(guò)土洞、溶洞模型與灌漿鉆孔模型相對(duì)比，得出每個(gè)鉆孔精確鉆進(jìn)的深度，作為灌漿鉆孔施工的深度參考，減少少鉆和超鉆，并且得出灌漿材料的方量，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化施工。

⑵傳統(tǒng)花管注漿的管材施工中采用無(wú)縫鋼管，注漿設(shè)備由鍍鋅注漿內(nèi)管、橡皮套、密封圈等組成?？紤]到施工過(guò)程下管的時(shí)間差和材料的成本，鍍鋅注漿內(nèi)管在注漿前和注漿后的插入提拔造成密封圈的磨損而出現(xiàn)孔口返漿現(xiàn)象，達(dá)不到設(shè)計(jì)注漿要求，現(xiàn)經(jīng)過(guò)對(duì)注漿設(shè)備的改良，使用PVC-U 花管作為注漿管，并采用新型擴(kuò)張密封設(shè)備，擴(kuò)張器外表面是粗糙的橡膠制品，通過(guò)加壓設(shè)備注水進(jìn)入擴(kuò)張器，促使擴(kuò)張器膨脹擴(kuò)充，逐漸與PVC 管內(nèi)側(cè)壁緊密結(jié)合，起到密封注漿管的作用，既滿足注漿壓力的要求也能防止?jié){液通過(guò)壓力從管口溢出。

傳統(tǒng)的花管注漿是鋼制花管注漿設(shè)備在撥出時(shí)由于注漿壓力管沒(méi)有完全泄壓，在拔出孔口的過(guò)程中造成部分漿液上涌，容易造成安全隱患，如遇雨水天容易造成環(huán)境污染，雨水流失導(dǎo)致場(chǎng)地臟、亂，而采用注水加壓水脹密封注漿管施工技術(shù)避免了這一系列問(wèn)題，而且可以減少操作人員工作量，節(jié)約施工成本，方便現(xiàn)場(chǎng)施工。

⑶鉆（沖）孔灌注樁施工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄泥漿，廢棄泥漿中存在大量的巖隙、黏土礦物和雜物，稠度非常大[4]。處置不當(dāng)，則占用場(chǎng)地，影響施工現(xiàn)場(chǎng)文明安全，還有可能造成水污染等二次污染[5]?，F(xiàn)行泥漿處理有自然干化，就地填埋、固液分離、化學(xué)固化等方式。通過(guò)在廢棄泥漿中摻入適量水泥，提高固化泥漿強(qiáng)度是一種比較實(shí)用的方式[6]。

本項(xiàng)目溶洞填充注漿因設(shè)計(jì)對(duì)注入溶洞內(nèi)的填充物需滿足達(dá)到填充效果無(wú)強(qiáng)度要求，利用灌注樁成孔護(hù)壁棄置泥漿回收，經(jīng)過(guò)處理及過(guò)濾并合理配置水泥漿，提高固化泥漿強(qiáng)度作為處理溶洞內(nèi)的填充物使用，滿足了溶洞注漿施工要求，同時(shí)廢棄泥漿回收再利用變廢為寶，減少現(xiàn)場(chǎng)泥漿處理費(fèi)用，達(dá)到了節(jié)能減排、綠色施工的效果。

我項(xiàng)目部按設(shè)計(jì)要求由外往內(nèi)、分區(qū)域注漿，完成外部區(qū)域注漿工作即開(kāi)始支護(hù)灌注樁和溶洞注漿的流水施工作業(yè)。

2 施工方案仿真模擬

2.1 溶洞模型建立

Revit 場(chǎng)地命令建溶洞模型是以探孔鉆、管波探測(cè)數(shù)據(jù)中溶洞頂高程和溶洞底高程分別建立兩個(gè)同一原點(diǎn)的地表模型，完成后兩模型鏈接一起，形成溶洞三維模型。

具體步驟如下：

鉆探數(shù)據(jù)建?！摄@探模型族群→確定溶洞邊界→生成溶洞模型（見(jiàn)圖2、圖3）。

圖2 建立溶洞模型示意Fig.2 Establishment of Karst Cave Model

圖3 溶洞模型剖面Fig.3 Profile of Karst Cave Model

2.2 注漿管布置方案

借助溶洞模型，確定溶洞位置、邊界范圍，制定注漿管布置方案（見(jiàn)圖4）。探邊孔兼做注漿孔和排氣孔，每洞至少一個(gè)排氣孔，將注漿管根據(jù)要求連接，并檢查其接口密封性能，然后在管中注滿清水，抵消套殼料的浮力以便順利下管，根據(jù)溶洞位置情況，將注漿管沿鉆孔下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，注漿管上端要求保持露出地面約5 cm，并加蓋上悶蓋。下管后在孔壁間隙靠近地面1～2 m 范圍內(nèi)充填水泥砂漿加固。

圖4 填充方案注漿管布置示意圖Fig.3 Layout of Grouting Pipe for Filling Scheme

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

注漿孔定位放樣→鉆機(jī)成孔→下放PVC-U 導(dǎo)管→建立廢棄泥漿儲(chǔ)存系統(tǒng)→配置配備注漿液→安裝注水封孔器（通過(guò)注水加壓使擴(kuò)張器擠壓膨脹與注漿緊密結(jié)合）→溶洞注漿→拔管（滿足注漿要求，松開(kāi)泄壓閥，恢復(fù)原狀）→溶洞檢測(cè)。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 花管加工

施工中采用φ75 PVC-U 管材，接頭采用膠水粘合對(duì)接接頭，花管總長(zhǎng)根據(jù)溶洞位置的深度計(jì)算花管處長(zhǎng)度，在溶洞部位每間隔20 cm 對(duì)開(kāi)2 個(gè)直徑2～3 cm 的孔洞，開(kāi)孔處管外緊箍橡膠套，覆蓋注漿孔?；ü艿牡锥祟^用膠蓋封堵，防止地下水及地層砂進(jìn)入管內(nèi)堵管等。

3.2.2 鉆機(jī)鉆孔

⑴注漿孔定位放樣：根據(jù)溶洞模型平面圖，利用施工基線定位點(diǎn)，測(cè)放出注漿孔的孔位。沿鉆孔位置開(kāi)挖排水溝和集水坑，及時(shí)排出冒漿和孔內(nèi)水，確保場(chǎng)地干燥整潔。

⑵鉆孔采用機(jī)械鉆進(jìn)成孔，成孔直徑φ115，施工中應(yīng)保證無(wú)水鉆進(jìn)，每孔超鉆20 cm。

⑶成孔驗(yàn)收：鉆孔垂直度偏差允許1%，鉆孔到設(shè)計(jì)深度后，測(cè)量深度，確認(rèn)可以下達(dá)設(shè)計(jì)深度后，開(kāi)始下花管。

3.2.3 廢棄泥漿儲(chǔ)存處理系統(tǒng)

⑴泥漿收集

本場(chǎng)地按630 條φ800 鉆（沖）孔支護(hù)樁，按要求每一孔在鉆進(jìn)成孔過(guò)程中都會(huì)置換出多余泥漿。

支護(hù)樁成孔泥漿收集：支護(hù)樁護(hù)壁泥漿→反循環(huán)泥漿處理器→抽漿管→泥漿處理器→泥漿回收池，結(jié)合泥漿排放管線的設(shè)計(jì)，將施工現(xiàn)場(chǎng)的鉆（沖）孔樁的廢棄泥漿收集儲(chǔ)存。

本項(xiàng)目采用儲(chǔ)漿池2 個(gè)（A、B 區(qū)各設(shè)置1 個(gè)，尺寸為20 000 mm（L）×6 000 mm（W）×2500 mm（H），采用C25 混凝土，底板150 mm 厚，側(cè)壁200 mm 厚。

⑵泥漿處理

灌注樁廢棄泥漿中會(huì)含有大量砂層顆粒以及部分渣土、巖屑，需要經(jīng)過(guò)分離處理才能作為溶（土）洞的注漿材料，不然在注漿時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致注漿泵損壞并增大注漿管堵管幾率。本項(xiàng)目采用的廢棄泥漿分離處理方法，主要有以下兩種：

①機(jī)械處理：采用篩沙機(jī)分離土渣和泥漿。根據(jù)所用的篩孔來(lái)決定可分離土渣的粒徑。篩孔越小，可分離的比率越高，根據(jù)泥漿泵的性能要求，一般以除去20 目（0.77 mm）以上的砂或粘土塊為宜[7]。

②重力沉降處理：利用泥漿和土渣的相對(duì)密度差使土渣自然沉淀的方法。沉淀池的容積越大或停留時(shí)間越長(zhǎng)，沉淀分離的效果就越顯著[7]。施工現(xiàn)場(chǎng)采用三級(jí)沉淀池進(jìn)行廢棄泥漿漿渣分離處理。

⑶配備注漿液

①試驗(yàn)注漿

在正式注漿施工之前，先選擇一兩個(gè)溶（土）洞孔進(jìn)行試注漿試驗(yàn)，確定水泥用量、配合比、控制壓力、注漿次數(shù)等注漿施工主要參數(shù)。注漿管放置前，先在地表進(jìn)行射水實(shí)驗(yàn)，待氣、漿壓正常后，才能下注漿管施工。

漿液水灰比、漿液比重等參數(shù)均以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況為準(zhǔn)。施工現(xiàn)場(chǎng)配備泥漿比重計(jì),每天量測(cè)漿液比重，嚴(yán)格控制水泥用量。攪拌桶做明顯標(biāo)記，以確保漿液配比的正確性，灰漿攪拌應(yīng)均勻，并進(jìn)行過(guò)濾。

②注漿液配備

注漿液采用水泥為42.5R 普通硅酸鹽水泥漿，水灰比控制范圍為1.0～0.5，按注漿前后次序依次調(diào)整減少，先稀后濃。為了增加可灌性，在漿液中可加入水泥用量0.3%～0.5%的復(fù)合型減水早強(qiáng)劑。注漿液攪拌采用葉式機(jī)械攪拌機(jī)，連續(xù)攪拌時(shí)間應(yīng)大于2 min。攪拌均勻的漿液須經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，采用注漿泵壓注灌入溶洞填充。

⑷封孔器安裝及注漿（見(jiàn)圖5）

采用注水加壓水脹密封封孔器設(shè)備，使花管注漿施工快速、簡(jiǎn)便。將封孔器膠管完全插入花管內(nèi)，加壓設(shè)備進(jìn)行注水加壓，注水壓力達(dá)到0.4 MPa 時(shí)，膠管完全擴(kuò)張膨脹與PVC 花管內(nèi)側(cè)壁精密結(jié)合實(shí)現(xiàn)封孔，此時(shí)安全閥開(kāi)啟，經(jīng)聯(lián)管向花管內(nèi)灌注水泥漿。注漿完畢后，將與封孔器連接的聯(lián)管反時(shí)針旋出，封孔器仍然在花管內(nèi)保持膨脹狀態(tài)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間封堵，確保注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間保持以及杜絕注漿漿液倒流現(xiàn)象發(fā)生。

圖5 注漿系統(tǒng)圖Fig.5 Grouting System Diagram

按照設(shè)計(jì)要求：注漿時(shí)先?。ㄋ冶?.8～1.0）后濃（水灰比0.5～0.6），以濃漿為主，注漿壓力0.5～1.0 MPa，直至灌滿。如灌注的水泥漿超過(guò)30 m3仍未灌滿，宜采用雙芯管和水玻璃雙液注漿封堵，達(dá)到注漿壓力要求。

注漿進(jìn)程中如出現(xiàn)地面冒漿或壓力突變，應(yīng)立即停止注漿，查明原因，采取措施。單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)下列情況綜合決定：①注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求；②注漿壓力超過(guò)設(shè)計(jì)值；③地面冒漿[8]。

注漿實(shí)測(cè)項(xiàng)目如表1 所示。

表1 花管注漿實(shí)測(cè)項(xiàng)目Tab.1 Measured Project of Flower Pipe Grouting

⑸記錄

注漿施工過(guò)程中應(yīng)做好相應(yīng)的施工記錄，詳細(xì)記錄鉆孔深度、每輪注漿壓力、每輪次注漿量、每輪次注漿時(shí)間和總注漿量等參數(shù)。并與相鄰注漿孔注漿參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)各參數(shù)的變化情況估計(jì)注漿效果。對(duì)注漿過(guò)程中存在的問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行分析處理。

4 質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

本工法按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007-2011》、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50202-2002》、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ 79-2012》、《注漿技術(shù)規(guī)程：YBJ 44-92》及有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)施工。

4.2 質(zhì)量保證措施

⑴用于注漿的水泥應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，用于花管注漿的PVC-U 管材壁厚符合要求，所有材料包括配制的漿材在使用過(guò)程中必須進(jìn)行周期性控制試驗(yàn)以及質(zhì)量抽檢試驗(yàn)。

⑵循環(huán)利用的泥漿經(jīng)過(guò)篩沙機(jī)和沉淀池需滿足表2 中的泥漿指標(biāo)要求。避免因含砂率較大，泥漿稠度較高，造成注漿過(guò)程塞管和配置泥漿不能滿足設(shè)計(jì)施工要求。

表2 泥漿指標(biāo)及檢驗(yàn)方法Tab.2 Mud Index and Test Method

⑶孔位平面誤差不得大于50 mm。孔斜小于1.0%。

⑷漿液配制嚴(yán)格按配合比，硅酸鹽水泥必須按照要求送檢，送檢合格后才能使用。用比重計(jì)測(cè)定漿液濃度，漿液配合比誤差≤5%時(shí)，需充分?jǐn)嚢韬蟛胚M(jìn)行注漿作業(yè)。

⑸要分序、分段注漿，宜采用先外圍后內(nèi)部、先下后上的注漿順序。

⑹要嚴(yán)格按注漿壓力注漿，壓力表?yè)p壞的注漿泵不得使用?？刂谱{速度，加固體頂、底界位置要增加注漿量。

⑺在注漿點(diǎn)附近布置3～5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相距20 m，進(jìn)行地面沉降監(jiān)測(cè)。注漿過(guò)程中，相隔30 min 監(jiān)測(cè)1 次，直至注漿結(jié)束。沉降變形累計(jì)達(dá)到30 mm 時(shí)應(yīng)及時(shí)通知設(shè)計(jì)、監(jiān)理等有關(guān)部門，并采取相關(guān)措施進(jìn)行處理。

⑻針對(duì)注漿施工人員進(jìn)場(chǎng)實(shí)行安全質(zhì)量技術(shù)書面交底，交底內(nèi)容包括施工工藝、操作規(guī)范、質(zhì)量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。

⑼溶洞注漿效果采用鉆芯法檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)量不得少于總注漿孔數(shù)的3%且不少于5 個(gè)，檢查溶洞充填物膠結(jié)情況或裂隙填充情況、檢測(cè)鉆孔泥漿是否漏失。

4.3 重點(diǎn)、難點(diǎn)控制

⑴控制花管段與實(shí)心段的長(zhǎng)度，主要根據(jù)溶洞模型中溶洞范圍的深度，控制花管段開(kāi)孔的位置，按設(shè)計(jì)要求在PVC-U 管上打的鉆孔眼需外封。

⑵本項(xiàng)目采用廢棄泥漿處理后配置注漿液，所以施工中處理后泥漿指標(biāo)測(cè)試試驗(yàn)工作是保證溶洞充填注漿施工效果的關(guān)鍵，采取如下措施：

①施工前對(duì)班組人員針對(duì)工藝、操作方法、控制要點(diǎn)、相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求等進(jìn)行書面細(xì)致交底。

②施工前進(jìn)行試注漿試驗(yàn)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范各項(xiàng)參數(shù)要求，結(jié)合相應(yīng)施工經(jīng)驗(yàn)，合理配置能滿足施工要求的溶洞注漿和側(cè)壁套殼料的材料，施工中加強(qiáng)質(zhì)量檢查，嚴(yán)格執(zhí)行自檢、交叉互檢、專職檢，確保在注漿施工過(guò)程中能順利施工。

③處理后的泥漿應(yīng)采用攪拌機(jī)均勻攪拌，并及時(shí)使用，避免泥漿因過(guò)長(zhǎng)時(shí)間間隔導(dǎo)致固結(jié)。

⑶注漿過(guò)程中，要隨時(shí)保持對(duì)注漿壓力、孔口壓力、吸漿量的監(jiān)測(cè)，當(dāng)數(shù)據(jù)突然變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)分析并采取有效處理措施。

⑷注漿過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)周圍地面或管線情況監(jiān)測(cè)，觀察是否出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，若發(fā)現(xiàn)，應(yīng)調(diào)整漿液配比，縮短凝膠時(shí)間，瞬時(shí)封堵孔洞[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

水脹密封花管環(huán)保注漿施工技術(shù)成功應(yīng)用于廣州某廣場(chǎng)項(xiàng)目中，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益：

⑴采用基于BIM的溶（土）洞模型的模擬技術(shù)，制定出基坑開(kāi)挖施工前對(duì)淺層土洞、溶洞注漿施工方案，精確鉆孔鉆進(jìn)的深度，減少少鉆和超鉆，并且能得出灌漿材料的方量，實(shí)現(xiàn)施工精細(xì)化控制，節(jié)約費(fèi)用約15 萬(wàn)元；

⑵通過(guò)花管注漿設(shè)備的改良，采用PVU-C 管材代替鋼制花管管材，按照設(shè)計(jì)孔深平均15 m 計(jì)算，可節(jié)約費(fèi)用20 萬(wàn)元；采用水脹密封設(shè)備注漿系統(tǒng)，施工操作方便，密封可靠，在確保注漿質(zhì)量的同時(shí)也減少了漿液滲漏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的污染。

⑶將支護(hù)樁廢棄泥漿經(jīng)過(guò)排渣系統(tǒng)過(guò)濾渣土和大粒徑砂石，配置合適水泥調(diào)配作為溶洞注漿的施工材料進(jìn)行花管注漿，這些裝置能將收集的廢棄泥漿充分利用，可以減少室外排放廢漿的規(guī)模，簡(jiǎn)便易行，既滿足了施工要求又節(jié)約了成本，達(dá)到了節(jié)能減排、綠色施工的效果。

隨著可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，節(jié)能減排、綠色環(huán)保在建筑領(lǐng)域已成為一個(gè)重要的研究方向。本技術(shù)施工簡(jiǎn)單，質(zhì)量有保證，安全可靠，綠色環(huán)保效果突出，可成熟運(yùn)用，具有廣泛的推廣意義。