祝東明 李志強(qiáng) 王 強(qiáng)

中鐵建工集團(tuán)有限公司廣州分公司 廣東 廣州 511400

1 背景工程概況

廣州棠溪火車站地下工程屬于深基坑明挖結(jié)構(gòu)，占地面積80 000 m2，土石方總量186萬 m3。據(jù)詳勘及地質(zhì)超前鉆揭露存在部分溶洞，局部地段軟土發(fā)育，工程地質(zhì)較差，且地表廣泛分布厚度不均的飽和粉細(xì)砂層。詳勘總共揭露溶洞133個(gè)，見洞率約57.87%，揭露2層以上溶洞的鉆孔36個(gè)，喀斯特發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育。133個(gè)揭露溶洞中全填充溶洞26個(gè)，占全部溶洞的19.54%；半填充溶洞66個(gè)，占全部溶洞的49.62%；無填充溶洞41個(gè)，占全部溶洞的30.84%。平均洞高3.9 m，最高27.2 m，溶洞平均填充率63.4%。

2 喀斯特地基處理問題分析

1）背景工程溶洞屬于強(qiáng)發(fā)育狀態(tài)，有全填充、半填充、未填充等多種形態(tài)，且溶洞潛在量多達(dá)地層的50%以上，處理工程量大。其中，較大溶洞以及串珠狀溶洞無法有效預(yù)揭露，處理方式的選擇制約著工程進(jìn)展的速度，并決定著溶洞處理的經(jīng)濟(jì)造價(jià)。

2）較大溶洞以及串珠狀溶洞的范圍邊界不易確定，勘探和處理的難度大，其勘探的準(zhǔn)確與否以及處理的效果極大地決定著后期地下連續(xù)墻及基礎(chǔ)等實(shí)體工程質(zhì)量的好壞。

3）在如此大規(guī)模的地下工程中，如何保證溶洞處理后效果檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性并滿足工程進(jìn)度要求，是一個(gè)需要考慮的重點(diǎn)問題。

3 喀斯特地基處理方法分析

3.1 喀斯特處理原則

在開始考慮喀斯特處理方法之初，制定喀斯特處理方案時(shí)，應(yīng)主要遵循以下原則。

1）喀斯特處理應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（或筏板結(jié)構(gòu)）、地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)、主體結(jié)構(gòu)的詳細(xì)特點(diǎn)，并應(yīng)考慮施工期地下水位、地層的不透水層特性、涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)等多方面因素。

天藍(lán)水碧、空氣清新是每一個(gè)人向往的居住環(huán)境。群策之舉無不成，群力而為無不勝。貢獻(xiàn)一份力量，倡導(dǎo)一種文明。恪守一份承諾，撐起一片藍(lán)天。承擔(dān)一份責(zé)任，捍衛(wèi)一方凈土。為北京天空加點(diǎn)兒“藍(lán)”。

2）降低地基承載力、影響工程施工、影響施工機(jī)械設(shè)備使用以及影響工程實(shí)體安全的喀斯特均應(yīng)納入到喀斯特處理的考慮范圍內(nèi)。

3）影響范圍內(nèi)的未填充、半填充和全填充溶洞，應(yīng)根據(jù)填充物性質(zhì)、所處結(jié)構(gòu)部位、地耐力和周邊環(huán)境等情況，制定具體的探邊、處理措施和效果驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 喀斯特處理范圍及方式

在滿足施工需求和地基承載力等設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)結(jié)合土層中是否有穩(wěn)定透水層及透水層厚度確定喀斯特處理范圍。一般情況下可參考以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

3.2.1 地下連續(xù)墻及基樁周邊溶洞

對(duì)地下連續(xù)墻及基樁周邊3 m以內(nèi)、底部5 m以上范圍內(nèi)的溶洞應(yīng)進(jìn)行處理。若地下連續(xù)墻及基樁周邊及底部為粉細(xì)砂、砂層或其他中/強(qiáng)透水層時(shí)，溶洞處理范圍應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增大。

3.2.2 基坑內(nèi)溶洞

不管是初勘、詳勘，抑或是補(bǔ)勘發(fā)現(xiàn)的溶洞，都應(yīng)處理；不管是大溶洞、小溶洞，還是半填充、全填充溶洞，均應(yīng)全部處理。

1）對(duì)位于基坑底部以下的溶洞，當(dāng)基坑底部為灰?guī)r地層時(shí)，若在中等-微風(fēng)化灰?guī)r或穩(wěn)定隔水層周邊5 m范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)有高度不小于5 m的喀斯特，則應(yīng)自基坑底部全部進(jìn)行填充加固處理。

2）對(duì)位于基坑底部以上的溶洞，僅對(duì)影響地下連續(xù)墻和基樁施工的溶洞進(jìn)行處理。對(duì)基坑開挖范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的高度不小于5 m的大型溶洞應(yīng)進(jìn)行填充處理，于淺層發(fā)現(xiàn)的喀斯特可不進(jìn)行加固處理。有影響施工機(jī)械等安全施工的淺層溶洞時(shí)，可對(duì)地基進(jìn)行換填處理。

3）對(duì)底板筏板下發(fā)現(xiàn)的串珠狀溶洞、溶蝕凹槽和破碎帶等特殊地質(zhì)，應(yīng)根據(jù)其埋藏深度、地下水位情況綜合判斷是采用填充加固處理還是采用地基換填處理。

3.3 喀斯特處理方法

總體上可先采用加密鉆孔勘探和探邊確定溶洞大致范圍，再進(jìn)行喀斯特處理。對(duì)于探邊施工，當(dāng)探及大型溶洞，易引起地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)采取邊注漿加固邊探邊的處理方法。溶洞一般采用先成孔、后埋入注漿管，而后再注漿充填的處理方法。

基坑內(nèi)部應(yīng)根據(jù)一定的探測(cè)密度隨機(jī)確定鉆孔，每100 m2范圍內(nèi)不宜小于5鉆。當(dāng)發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大溶洞時(shí)，應(yīng)繼續(xù)以3 m×2 m間距鉆孔探邊，直至找到溶洞邊界。

對(duì)地下連續(xù)墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基樁周圍溶洞進(jìn)行探測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)其幾何規(guī)格確定。6 m幅寬的地下連續(xù)墻宜采用“一墻兩鉆”的探測(cè)密度，1 m樁徑的基礎(chǔ)宜采用“一樁一鉆”的探測(cè)密度。

對(duì)于地下連續(xù)墻，發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大溶洞時(shí)，因鄰近外部環(huán)境界限，地下連續(xù)墻外側(cè)2 m范圍內(nèi)應(yīng)增鉆探邊孔及灌注速凝漿以封鎖溶洞邊界；地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)2 m范圍內(nèi)也應(yīng)增鉆探邊孔，以3 m×2 m間距探邊，直至找到溶洞邊界。地下連續(xù)墻周圍溶洞探測(cè)如圖1所示。

圖1 地下連續(xù)墻周圍溶洞探測(cè)

溶洞可采用單種液漿（可為水泥砂漿或水泥漿等）進(jìn)行注漿填充凝結(jié)處理，大溶洞（一般判別為高度≥5m）可先用低等級(jí)細(xì)石混凝土或者較高等級(jí)水泥砂漿注入，再采用高濃度水泥漿加壓注漿。對(duì)于處理時(shí)耗費(fèi)大量注漿材料或注漿量不可控的規(guī)模較大的溶洞，以及地下連續(xù)墻和基樁范圍內(nèi)的較大溶洞，可先在安全限界鉆孔，采用水泥-水玻璃速凝漿控制邊界、封邊，減少注漿的范圍及注漿量。

對(duì)于探邊孔，注漿漿液可選用水泥-水玻璃雙液漿，配比建議為水泥∶水∶水玻璃＝1∶1.36∶0.3（質(zhì)量比），水玻璃模數(shù)為2.4～3.4，水泥宜采用42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥；對(duì)于其余孔，注漿漿液可選用水泥漿或細(xì)石混凝土，水泥漿液水灰比宜為0.8～1.2，水泥宜采用42.5R級(jí)普通硅酸鹽水泥，細(xì)石混凝土宜采用C20普通硅酸鹽混凝土[4]。

注入管道可采用PVC管（管身均勻鉆孔）。注入水泥漿時(shí)可選用φ48 mm×4.5 mm規(guī)格的PVC花管；注入水泥砂漿時(shí)則可采用φ200 mm×8 mm規(guī)格的PVC管（管身均勻鉆孔）。注漿管應(yīng)進(jìn)入喀斯特底部以下不小于0.5 m處。

注漿填充壓力需根據(jù)溶洞的填充密實(shí)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整。對(duì)于探邊孔，宜以“相對(duì)小壓力、多次數(shù)、較大量”控制，注漿壓力宜控制在0.6～0.8 MPa，注漿次數(shù)為3～4次；對(duì)于其余孔，注漿速度宜控制在40～60 L/min，注漿壓力宜控制在1.0 MPa內(nèi)，同時(shí)注漿壓力應(yīng)逐步提高。

溶洞處理時(shí)需邊注漿邊摸查喀斯特的規(guī)模及驗(yàn)證處理后的狀態(tài)?？筛鶕?jù)注漿量及注漿孔所檢測(cè)到的喀斯特洞徑，初步估算溶洞的規(guī)模，而后再向周邊布設(shè)檢查孔驗(yàn)證。

檢查孔除需注意驗(yàn)證注漿填充狀況外，還需檢查溶洞的延展情況。若發(fā)現(xiàn)注漿不密實(shí)，則需利用檢查孔繼續(xù)填充注漿。

4 喀斯特處理重點(diǎn)及注意事項(xiàng)

應(yīng)將基坑范圍內(nèi)，尤其是地下連續(xù)墻和基樁范圍內(nèi)的溶洞分布情況、邊界等摸查清楚，以保證地下連續(xù)墻和基樁的成墻、成樁質(zhì)量，減少成墻、成樁過程中處理溶洞的時(shí)間，提高施工效率。

施工過程中應(yīng)提高鉆孔、成孔等機(jī)械設(shè)備對(duì)溶洞及坍孔的適應(yīng)性，如加大機(jī)械設(shè)備底座支腿范圍，采取鉆機(jī)鉆頭防掉落措施等。

5 溶洞處理效果檢驗(yàn)

溶洞處理后，主要是檢查溶洞的填充充盈情況及均勻程度?？煽紤]采用“再次壓密注漿”的方法檢查填充充盈情況，不容易注入則表明充盈情況良好，反之則不佳。均勻程度可采用標(biāo)貫法測(cè)定，標(biāo)貫值達(dá)到堅(jiān)硬狀為優(yōu)，硬塑狀為合格。

對(duì)于一些規(guī)模較大的溶洞，宜以檢驗(yàn)性鉆孔檢查填充注漿之后的“固結(jié)狀態(tài)”及“固結(jié)強(qiáng)度”?！肮探Y(jié)狀態(tài)”可以按照土層取樣的方式進(jìn)行。若樣品不破碎、成形、手捏不碎，則表明處理效果較好；若樣品松散、一捏即碎、呈碎塊狀，則表明處理效果不佳?！肮探Y(jié)強(qiáng)度”可采用標(biāo)貫法評(píng)定，標(biāo)貫值達(dá)到堅(jiān)硬狀為優(yōu)，硬塑狀為合格。檢驗(yàn)性鉆孔不應(yīng)少于注漿鉆孔總數(shù)的5%，且不少于3個(gè)孔，每孔加固塊取樣試件個(gè)數(shù)不少于3件，同時(shí)每個(gè)溶洞均應(yīng)檢測(cè)一次。

6 結(jié)語(yǔ)

廣州棠溪火車站的地質(zhì)條件復(fù)雜，喀斯特強(qiáng)發(fā)育，溶洞見洞率高。在喀斯特先行勘察處理的基礎(chǔ)上，再展開大面積施工，其處理技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理。采用以上處理技術(shù)后，整個(gè)地下連續(xù)墻和樁基工程順利完成，在確保施工工期的同時(shí)，工程質(zhì)量得以保證，工程造價(jià)相應(yīng)降低，為廣州棠溪火車站的順利建設(shè)提供了有力保障。本文論述了廣州棠溪火車站地區(qū)強(qiáng)發(fā)育喀斯特的處理方式與方法，可為今后類似的工程施工提供參考依據(jù)。