岩溶地区软弱地基化学灌浆加固施工实践
摘 要：文章结合工程实际情况，介绍化学灌浆加固施工新-工艺在岩溶地区浅层地基加回处理方法，通过新工艺能成功地将地基承载力特征值未能满足设计要求的地基土提高至200。220kPa，同时化学灌浆加固施工新工艺具有工程材料节约、成本低、施工设施简单、施工工期短等优点。
关键词：岩溶地基；地基加固；地基承栽力；化学灌浆
中图分类号：TU502 文献标识码：A
文章编号：1674-1145(2010)05-0163-02
广西来宾市某公司在该厂区内东侧投资兴建10000t／d技改工程蒸发工段和过滤车间，由柳州市有色工程地质勘察公司提供岩土工程详细勘察报告，其中ZK2、ZK3、ZKl7、ZK26、ZK32～ZK34、ZK46等8个勘察孔遇浅层溶洞或溶槽和裂隙发育等复杂地质条件，需要对其进行化学灌浆加固处理。受建设单位委托，我院承担该场地内的浅层溶洞和裂隙发育等软弱地基土加固处理，经过20天施工，共完成化学灌浆孔38个，累计进尺252.95m，灌浆消耗普通硅酸盐水泥280.50t，水玻璃58.65t；经检测单位检测，经化学灌浆加固处理后的蒸发工段和过滤车间复合地基土承载力特征值分别为220KPa和200KPa，完全满足设计要求。
一、工程概况
(一)场地内工程地质特征及水文地质条件
1.场地内工程地质特征。根据《岩土工程详细勘察报告》，场地内岩土层主要为人工堆积填土(Qml、残坡积成因含砾次生红粘土(Qel+d1)和沉积成因泥质灰岩夹泥岩(P1q)组成，自上而下分别为：
(1)填土(第l层Qml)：灰黄色、灰色，结构松散，表层，大部分为混凝土，底层以粘性土为主，欠固结，新近堆填。该层厚0.00～3.10m，场地内大部分有分布。
(2)坚硬一硬塑状含砾次生红粘土(第4～2层Qa+a1)：深黄色，局部灰黄色，结构致密，呈坚硬，硬塑状，含少量角砾，主要成份为硅质岩、灰岩，棱角状，出露无规律，粒径不均匀，局部较密集，列粘土胶结较好。该层土属中压缩性土，埋深0.00～2.30m，层厚0.00～9.60m，层厚变化大，主要分布于蒸发工段东侧和南侧。该层土地基承载力特征值fak=200KPa。
(3)可塑状次生红粘土(第5层Qel+dD：深黄色。灰黄色，土体结构稍密一致密，土质较软，局部含少量风化角砾。本层土呈可塑状，属中压缩性土，埋深0.20～2.70m，层厚0.00～4.10m，层厚变化较大。
(4)强风化泥质灰岩夹泥岩(第7层Plq) 灰黄，灰黑色，岩体呈泥质结构为主，局部为微晶结构，以泥质灰岩为主，夹杂泥岩、薄层状层间页岩。易机械破碎，岩芯呈粉末状及碎块状，埋深0.00～5.00m，层厚0.00～4.60m，主要分布于过滤车间北侧及蒸发工段西侧。该层土地基承载力特征值fak=150KPa。
(5)微风化泥质灰岩夹泥岩(第8层P1q)：灰～灰黑色。岩体呈泥质结构，细晶结构，岩芯呈短柱状及碎块状，具纹理层，常见裂隙及方解石脉，以泥岩灰岩为主，夹泥岩及层间页岩。本层溶洞较发育，以溶洞为主，局部为断裂破碎带。溶洞单体横向延伸约9.00m，洞高达2.60m，走向为南北向，其充填物以松散状一稍密状粘性土为主，埋深0.40～13.00m，未钻穿。
2.场地内水文地质条件。场地内地下水属上层滞水，主要来源为生产用水及大气降水，水质对钢筋混凝土结构无侵蚀性。对钢筋及混凝土结构无腐蚀性。
(二)场地内溶洞和溶槽的特征 场地内浅层岩溶较发育，在65个勘察孔中，有35个孔遭遇溶洞，遇溶洞率达54％。洞内充填物为可塑。软塑状粘土，呈半充填～全充填状，标准贯人试验锤击数2～4击，其承载力特征值fak=80～110KPa。其中需要进行化学灌浆加固处理范围内的浅层岩溶发育特征详见表1。
(三)加固处理要求
加固处理要求：加固处理后，蒸发工段的复合地基土承载力特征值fak≥200KPa；过滤车间复合地基土承载力特征值fak≥150KPa。
(四)施工现场环境条件
场地已开挖深1.80m的基坑，基坑底部较平坦，有简易临时道路进入施工现场，施工用材料运输便利。水源和电源已接到施工现场。
二、化学灌浆加固施工技术
(一)化学灌浆加固施工顺序
依据勘察资料，沿浅层溶洞或溶槽发育的走向，先进行其，外围的化学灌浆加固处理，待外围形成灌浆帷幕后，再进行中间部分的化学灌浆加固处理，确保化学灌浆加固效果。
(二)化学灌浆孔布置
据浅层溶洞或溶槽发育情况和走向，在浅层溶洞或溶槽分布范围内布置灌浆孔3～6个，孔间距O.70m～L.00m。
(三)化学灌浆孔成孔技术
成孔施工技术，土层采用冲击取土法成孔，孔径φ110ram～φ130mm；基岩采用硬质合金回转钻进工艺成孔，钻孔应当钻至溶洞底板0.50m以上，钻孔直径φ91mm。
(四)化学灌浆方法与灌浆加固机理
本工程化学灌浆采用双液法、自下而上逐段拔管灌浆的方法进行，即灌浆孔钻至设计要求的孔深后，安放φ50mm铁质水管作为水泥浆液的输送管，同时作为灌浆管，基底部长1.00m范围内布设φ8mm小孔作为出浆孔；而在φ50mm灌浆管内再安装φ20mm铁质水管作为水玻璃溶液的灌浆管。用BW-150型变量泵分别抽送配制好的水泥浆液和水玻璃溶液，经两条高压管，分别进入φ50mm和φ20m的灌浆管，并于φ20mm的灌浆管底部混合，形成混合液。混合液在泵压作用下，经扩散充填、渗透、挤密、劈裂等作用，扩散充填和渗透到溶洞等空隙中，经挤密、劈裂等作用，排出水和空气，与洞内充填物的土体颗粒胶结、硬化固结，形成结构稳定、承载力高的复合地基土。当某孔段灌浆满足设计要求后，应当将灌浆管往上提0.50～0.80m，继续进行化学灌浆加固处理，直到溶洞顶板以上1.00m部分。
(五)化学灌浆量的确定
预计化学灌浆量Q可以按下式进行确定：Q=KVαβ式中V-受灌地层的加固体积；K-浆液的损耗系数，K取1.10～1.20；
n-受灌地层的孔隙率；α-浆液的结石率，α取0.90～0.95；
β-有效充填系数，β取0.85～0.95。
(六)化学灌浆压力控制
1.灌浆压力的选择：灌浆压力大小，主要与灌浆段顶部深度、浆液扩散半径、盖板厚度和地层渗透系数等因素有关。灌浆压力的大小理论上可按下式进行计算，并应通过现场试验后确定。
P=I／10×βC×γ×T+K×γ×h，
式中P-容许灌浆压力(10N／cm2)；
T-覆盖层或盖板的厚度；
βc-浆液粘度对水的粘度比，βC值在1～3范围选择；
γ-圆砾层之上的覆盖层或盖板的容重，(t/m3；
K-与灌浆方法有关的系数，自下而上，K=0.6；
λ一与砂砾石层结构性质有关系数：λ值取0.5～1.5；结构疏松，渗透性强的，λ取小值；结构紧密，渗透性差的，λ取大值； h—覆盖层或盖板底部至灌浆段顶部的深度(m)。
2.灌浆压力控制：灌浆过程中灌浆压力控制采用逐级加压方法，每一级浆液保持一定的压力，并持续一段时间(通常为30min左右)后，改为下一级配的浆液进行灌浆，采用控制灌浆量的方法来控制灌浆压力，本工程灌浆压力控制0.80～1.00MPa。当地层吸浆量接近或达到设计灌浆量时，采用浓浆进行闭浆30min。灌浆过程中若遇到压力陡升或突降时，应查明原因或排除故障后方能继续灌浆。
(七)浆液的配制
水泥浆：采用现场机械搅拌，搅拌均匀。应当根据受灌地层的结构性质，采用级配的浆液。对于结构疏松、吸浆量大的灌浆段，采用水灰比为：1.5:1：1:1；0.8:1；0.6:1四种级配的浆液；对于结构紧密、吸浆量不大的灌浆段，采用水灰比为：2:1；1.5:1；1:1和0.8:1四种；同时施工现场应根据地层吸浆量的大小和压力变化及时做相应的调整。水玻璃溶液应当根据现场施工实际情况，确定其浓度和掺入量；当发现灌浆孔串浆或地面冒浆时，应当按水泥浆灌入量的10％～30％掺入，有效控制浆液扩散半径，减少水泥和水玻璃等原材料的浪费，降低工程成本。
(八)终灌标准
在灌浆过程中，当某灌浆段的灌浆量满足预计灌浆量的1.3倍，或其灌浆压力满足设计灌浆压力并保持稳定，吸浆量小于0.50L／min。持续30min，可结束该灌浆段灌浆。
(九)化学灌浆加固补强
在灌浆加固处理施工过程中，应当及时对灌浆加固效果进行自检，如发现薄弱环节，应当及时增加钻孔进行灌浆加固补强，直到满足设计要求为止；本工程曾对勘察孔ZKl7和ZK32的浅层溶洞等软弱地基土，各增加1个灌浆孔进行化学灌浆加固补强，最后其承载力满足设计要求。
三、化学灌浆效果检测 ，
加固处理完成后7天，由建设单位委托有相应检测资质的检测单位进行检测，采用标准贯人试验或动力触探等原位测试和钻探取芯等方法对化学灌浆加固后的浅层溶洞或溶槽和裂隙发育等软弱地基土进行检测。从取上岩芯看，水泥浆呈脉状、薄层状、短柱状贯穿于溶洞或溶槽和裂隙的可塑一软塑状红粘土的充填物之中，局部星长柱状纯水泥浆，主要分布在溶洞的空洞部分。从标准贯入试验看，实测锤击数11～15击/10cm，局部孔段达25击／10can，修正后统计，锤击数为7.8～9.2击／10cm，其承载力特征恤fak≥200KPa和fak≥220KPa，满足设计要求。
四、结语
在岩溶发育地区，采用化学灌浆加固处理的方法对存在的浅层溶洞或溶槽及裂隙等软弱地基土进行加固处理，其承载力特征值由原来的80～110KPa提高到200～220KPa，承载力得到-大幅度提高。 采用化学灌浆加固处理方法，与钻(冲)孔灌注桩施工相比，具有技术可行、操作简单、工程成本低和施r"T期短等优点。
在本次化学灌浆加固施工中，因缺乏对浆液扩散有效的监控手段，仅靠灌浆孔附近的钻孔是否串浆，或地面是否出现冒浆现象对浆液扩散进行监测，浆液无效扩散半径较大，造成灌浆材料的浪费，如何节约材料是今后类似工程施工提出的探索技术难题。