鄧愷堅 丁昌銀 葉家成

廣州珠江建設發(fā)展有限公司 廣東 廣州 510075

在富水巖溶發(fā)育地質(zhì)條件下進行成槽施工時，地下連續(xù)墻槽孔易因溶洞中豐富的地下水導致泥漿液流失而坍孔，從而影響地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量。行業(yè)學者、從業(yè)人員針對該工程問題展開了相關的研究。常龍等[1]通過“一槽兩鉆”的方式，探明擬建地下連續(xù)墻周邊的溶洞、土洞邊界后，進行注漿加固；金雪峰等[2]采用袖閥管注漿的工藝方式對擬建地下連續(xù)墻周邊的溶洞填充土體進行加固。但上述研究均未涉及對高大半填充溶洞（洞高不低于6.0 m）或強徑流無填充溶洞等不利工況的針對性保障措施。本文對上述不利工況展開相關研究，提出對應溶洞工況下的針對性措施，盡可能地在灌漿量可控的情況下完成地下連續(xù)墻施工前的溶洞土體加固處理。

1 工程概況

背景工程商業(yè)樓項目位于廣州市白云區(qū)，為框架剪力墻結構。勘察資料顯示，場地巖溶現(xiàn)象普遍，溶洞大小不等，處于巖溶強烈發(fā)育區(qū)，大部分為半充填溶洞，少部分為全充填溶洞和無充填溶洞，溶洞洞高較大，為0.17～20.5 m，鉆探過程大量漏水。場地下伏基巖主要為石灰?guī)r，勘察施工82個鉆孔，共有34個鉆孔揭露溶（土）洞，鉆孔總見洞率41.5%。因此需要采取有效的方法解決在溶洞地質(zhì)構造情況下，地下連續(xù)墻施工困難的工程問題。

2 施工工藝流程

先加密補勘擬建地下連續(xù)墻周邊地質(zhì)情況，創(chuàng)建BIM三維地下連續(xù)墻模型，再根據(jù)地質(zhì)模型與地下連續(xù)墻模型的對比分析，把溶洞大致分為3個類型，進行針對性處理：

1）全填充溶洞、洞高＜2.5 m的半填充溶洞。

2）洞高2.5～6.0 m的半填充溶洞，洞高＜1.5 m的無填充溶洞。

3）洞高＞6.0 m的半填充溶洞，洞高≥1.5 m的無填充溶洞。

3 施工工藝原理及操作要點

3.1 創(chuàng)建BIM三維地質(zhì)模型

1）對擬建地下連續(xù)墻處存有溶洞區(qū)域進行加密補勘。現(xiàn)場勘測孔位的密度直接影響項目三維信息化地質(zhì)模型的精度。在擬建地下連續(xù)墻兩側10 m范圍，勘測孔位平均間距不超過5 m；在10～25 m范圍，勘測孔位平均間距不超過10 m；在25 m范圍外，勘測孔位平均間距不超過15 m。

2）在Autodesk Revit軟件中創(chuàng)建適用的自定義族，如圖1所示。該自定義族具有根據(jù)鄰近若干個鉆孔的土層信息，表達該區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況的功能[3]。再由該若干個賦予土層分布信息的自定義族——“土塊”，構成整體場地三維地質(zhì)模型。

圖1 場地溶洞分布及擬建地下連續(xù)墻的位置分析

3.2 全填充溶洞、洞高2.5 m的半填充溶洞

當溶洞為全填充溶洞或小型半填充溶洞時，填充物相對密實，用袖閥管注漿處理：結合三維地質(zhì)模型擬建地下連續(xù)墻處的溶洞分布，布置灌漿點、確定注漿進深→袖閥管壓力注漿加固溶洞填充物→擬建地下連續(xù)墻成槽施工。

3.2.1 袖閥管注漿的加固半徑

當全填充溶洞采取灌水泥漿處理時，加固半徑見表1。

表1 灌漿加固半徑

3.2.2 袖閥管灌水泥漿液施工

1）通過袖閥管灌注強度等級為42.5R的硅酸鹽水泥漿，水灰比0.6～0.8，注漿壓力1.5～2.5 MPa。

2）袖閥管鉆進土洞、溶洞底部深度以下0.3～0.5 m。

3）袖閥管注漿施工工藝流程：泥漿護壁成孔→澆筑袖閥管套殼料→下放袖閥管及固管止?jié){→灌注水泥漿。

4）當單孔水泥漿灌注用量超過30 m3仍達不到注漿壓力要求時，則暫停注漿，第2天改用水泥-水玻璃雙液注漿。兩組分水泥漿的體積比約為1∶0.5，水玻璃模數(shù)m＝2.4～3.0（濃度38～43 °Be）。雙漿液具體配比需根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整，使凝結時間控制在1～2 min，并確保不堵塞袖閥管。當?shù)?天的補充注漿的注漿壓力仍達不到要求，則停止注漿。7 d后補勘擬建地下連續(xù)墻處溶洞、土洞填充處理的情況。

3.3 洞高2.5～6.0 m的半填充溶洞、洞高＜1.5 m的無填充溶洞

在復雜巖溶地質(zhì)工況中，較多地出現(xiàn)此類溶洞情況。在溶洞填充物較為松散的情況下，先通過全回轉全套管鉆機在擬建地下連續(xù)墻外側構筑素混凝土排樁。全套筒全回轉鉆機避免了旋挖鉆頭與土壤之間的摩擦，減少了樁體成孔過程中對溶洞內(nèi)既有填充土體的擾動，從而降低了灌注混凝土時溶洞中的動態(tài)地下水對成樁質(zhì)量的影響[4]。其充盈系數(shù)一般處于1.3～1.8的區(qū)間范圍內(nèi)。形成封閉的“止?jié){墻”后，防止場內(nèi)的灌注漿料向場外流失，再采用灌素混凝土或砂漿加固處理。素混凝土止?jié){墻布置如圖2所示。

圖2 素混凝土止?jié){墻布置示意

3.3.1 素混凝土咬合樁止?jié){墻的定位布控

1）通過三維BIM地質(zhì)模型反映的溶洞分布，進行地下連續(xù)墻外側素混凝土咬合樁布設。單樁樁徑宜為1.0 m，樁芯間距宜為0.8 m，排樁進深溶洞底部的0.3～0.5 m。

2）基于三維BIM信息化模型的素混凝土咬合樁參數(shù)化排布，在BIM三維模型中，可快速形成工程量作業(yè)表單，指導現(xiàn)場施工作業(yè)，如表2所示。

表2 咬合樁信息化作業(yè)表單

3）為提高孔口的定位精度，應在素混凝土咬合樁頂部設置厚100 mm的鋼筋混凝土導墻，如圖3所示。導墻定位孔直徑宜比咬合樁直徑大80～100 mm。全回轉鉆機就位后，應將首節(jié)套管插入定位孔，調(diào)整套管與定位孔之間的空隙，使之均勻分布。

圖3 咬合樁導墻平面布置示意

3.3.2 素混凝土咬合樁止?jié){墻的混凝土灌注及搭接處理

1）采用強度較低的C25水下混凝土進行澆筑施工，A樁澆筑時，適量加入緩凝劑，適當延長A樁混凝土的初凝時間。澆筑過程中，邊澆筑、邊拔套筒。

2）相鄰B樁的施工間隔應盡量控制在A樁混凝土的初凝時間與終凝時間之間。降低B樁成孔施工對A樁固化中的混凝土造成擾動。同時，避免B樁施工時，A樁混凝土成形強度過高而影響全套筒鉆機及旋挖鉆的施工工效。

3）緩凝劑必須達到以下技術參數(shù)的要求：

① 混凝土緩凝時間≥60 h；每臺機開鉆后前4條樁混凝土緩凝時間≥72 h。

② 混凝土坍落度：200 mm±20 mm。

③ 混凝土的3 d強度值≤3 MPa。

④ 最終強度滿足設計要求。

3.3.3 溶洞的灌漿加固預控

1）灌漿點布置。根據(jù)BIM中的溶洞分布情況，在各個溶洞所在區(qū)域分別布置1個灌漿點，孔徑不小于130 mm；周邊1.0～1.5 m范圍內(nèi)，設置1～3個檢查注漿孔（排氣孔），孔徑不小于90 mm。當排氣孔冒漿時，視為灌滿。

2）灌漿預控值。根據(jù)三維地質(zhì)模型所反映的溶洞體積和大致形狀[5]，可推測出場地內(nèi)溶洞的大小，作為溶洞灌漿量預控的依據(jù)。以場內(nèi)非串聯(lián)式溶洞及較小的溶洞作為首次灌砂漿、素混凝土的填充區(qū)域。如圖4所示，現(xiàn)場實測區(qū)域CK59的溶洞灌漿量為83.56 m3，該區(qū)域溶洞地質(zhì)模型測算體積為113.25 m3，應用公式“灌漿量充盈系數(shù)＝該區(qū)域溶洞灌漿量/該區(qū)域溶洞測算體積”可計算出該區(qū)域溶洞灌漿量（砂漿、素混凝土）充盈系數(shù)為0.738。

圖4 區(qū)域CK59的溶洞灌漿充填三維示意

3）在初步取得現(xiàn)場溶洞灌漿（砂漿、素混凝土）的充盈系數(shù)后，結合BIM地質(zhì)模型中所統(tǒng)計得出的各區(qū)域溶洞測算體積值，即推測出其余區(qū)域溶洞填充的灌漿量預控值。灌漿量預控值＝溶洞測算體積×灌漿充盈系數(shù)。

3.3.4 鋼花管灌砂漿、素混凝土工藝

1）鋼花管灌漿孔鉆進深度應超過土洞、溶洞底部深度的0.3～0.5 m。成孔孔徑不小于100 mm。并且，為防止土洞、溶洞漏漿，宜采用全套管鉆進工藝成孔。

2）灌注1∶1水泥砂漿。如水泥砂漿灌注量超過60 m3，可改灌C15素混凝土。若單孔灌注素混凝土超過預控值的1.3倍仍未穩(wěn)定，則暫停施工，立即清孔，第2天按上述步驟繼續(xù)補灌。當?shù)?天仍不能灌滿時，停止施工。7 d后補勘擬建地下連續(xù)墻處溶洞、土洞填充處理的情況。

3）若灌注的水泥砂漿量不足預控值的0.7，即出現(xiàn)灌漿孔或檢查孔泛漿冒泡時，暫停施工0.5～1.0 h，再繼續(xù)補灌，直至周圍注漿孔冒漿后，為單孔注漿結束的標準。

3.4 洞高＞6.0 m的半填充溶洞、洞高≥1.5 m的無填充溶洞

該溶洞遇到的情況較少，但無論是水泥漿還是水下混凝土，都易隨溶洞中的徑流流失，灌漿填充量難以預估。對此，采用擬建地下連續(xù)墻內(nèi)外兩側各構造雙排灌注樁的方式，構筑止?jié){墻。其與擬建地下連續(xù)墻的位置關系如圖5所示。完成雙排樁止?jié){墻施工后，直接進行地下連續(xù)墻成槽施工。

圖5 雙排樁止?jié){墻布置示意

3.4.1 采用全套筒全回轉鉆機進行雙排樁的成孔施工

成孔工藝與3.3節(jié)所述的素混凝土咬合樁的施工工藝相仿，可通過導墻進行雙排樁止?jié){墻的精確定位。但與之不同的是，本類半填充溶洞、無填充溶洞的洞高度較大，套筒直接拔管后若遇地下強徑流，則成樁質(zhì)量將難以得到保證。因此，可采用增設鋼筋籠以及土工織物袋的方式防止跑漿。

同時，雙排樁間不再進行咬合（預留100 mm左右的間隙）。樁體直徑為1.0 m左右，雙排樁止?jié){墻的鉆進深度不得小于溶洞底部深度的2.0 m。

3.4.2 外包土工織物袋的鋼筋籠

1）本類溶洞范圍內(nèi)的止?jié){墻樁體需放置外包鋼絲平網(wǎng)＋防水土工織物＋波紋鋼絲網(wǎng)的鋼筋籠，以防止拉拔鋼套管時水泥漿料和骨料流失（圖6）。

圖6 鋼筋籠外包鋼絲網(wǎng)大樣

2）鋼絲網(wǎng)和防水土工織物的布設應上下延伸至土洞、溶洞的進尺深度范圍外不小于1.0 m。邊澆筑混凝土、邊拔管施工。

3）外包的鋼絲網(wǎng)和防水土工織物的材料規(guī)格必須經(jīng)過工藝測試（現(xiàn)場安裝、澆筑混凝土后，記錄水下混凝土澆筑量，測定充盈系數(shù)），且只有在測試合格后才能使用。

4 結語

1）本文在現(xiàn)有地質(zhì)勘探資料的基礎上，進一步對地下連續(xù)墻巖溶發(fā)育較強烈區(qū)域加密補勘，進而構筑出反映地下巖溶狀況的BIM三維地質(zhì)模型，直觀展示溶洞走向、分布、大小等情況。

2）對于全填充溶洞或洞高度較小的半填充溶洞，可通過袖閥管注漿直接對溶洞內(nèi)的砂土填充物進行注漿加固。

3）對于洞高度較大的半填充溶洞和洞高度較小的無填充溶洞，可通過全套筒鉆機外設咬合樁止?jié){墻。其后再灌注砂漿、混凝土進行加固溶洞土體處理。同時，可利用BIM模型反映的溶洞大小，預估灌漿充盈系數(shù)及灌漿量。

4）對于洞高度特大的半填充溶洞或洞高度較大的無填充溶洞，可通過全套筒鉆機及外包土工織物袋保證內(nèi)外側雙排止?jié){墻樁體成形，再直接進行地下連續(xù)墻成槽施工。

[1] 常龍,諸葛仲彥,袁光輝,等.溶洞發(fā)育地區(qū)地下連續(xù)墻施工技術[J].施工技術,2017,46(14):18-21.

[2] 金雪峰,于彥召,張志華.廣州地鐵某融資項目地下工程溶(土)洞處理及加固技術[J].施工技術,2019,48(7):38-41.

[3] 李新.明挖車站溶土洞處理及地下連續(xù)墻施工技術[J].四川建筑,2015,35(1):202-204;208.

[4] 朱哲鋒,李云鋒.高密度巖溶強烈發(fā)育地區(qū)全套管灌注樁施工技術[J].廣東土木與建筑,2019,26(2):1-6.

[5] 何登甲.淺談BIM配合下的溶洞綜合注漿處理技術施工實踐[J].廣東土木與建筑,2015,22(12):42-44.