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地基下土洞注浆处理的应用论文
摘要：南方地区地基暗伏土洞的处理，采用单液高压注浆施工方案，质量好。本文介绍其施工特点、工艺原理、工艺流程及操作要点、材料与设备、质量安全和环保控制措施、效益分析及应用实例。
关键词：土洞处理；高压注浆；单液浆；操作要点
1 前言
南方地区多为丘陵地带，地质构造复杂，岩溶发育，地基中常暗伏土洞，有些土洞底部与石灰岩相连，一般情况下，石灰岩岩溶裂缝较为发育，致使土洞与岩溶裂缝间接相通。土洞长期在地下水的作用下，易发育，致使土洞不断扩大，若重要建(构)筑物建在有土洞的地基之上，则易使建(构)筑物下沉、开裂，甚至引起破坏。因此应对土洞进行处理，对中小型土洞(单个土洞直径≤5m，深度≤10m)，较好的处理方法是对土洞进行单液高压注浆，注浆灌满土洞，并阻止土洞的发育。经过对多个工程地基中土洞的处理，取得了较好的效果。
2 特点
2．1注浆材料采用水泥和水，取材容易，材料无污染、无毒，符合环保要求。
2．2单液高压注浆，注浆压力大，浆液在土层、砂砾石层、泥砾石层等渗透性能好，凝结速度快，且分层注浆时对土层、砂砾石层、泥砾石层等扰动小，固结强度高，整体稳定性好，并可形成较为均匀的复合地基。
2．3与传统的大开挖回填处理土洞施工方法比较，具有较为明显的先进性、经济性和新颖性。两种施工方法从工期、质量、安全、造价等方面进行比较详见表1：
3 工艺原理及适用范围
在土洞的中心位置及周围按一定距离进行钻孔，用纯水泥浆通过压力注浆设备在高压力的作用下将水泥浆通过注浆孔渗透充填土洞，浆液凝固胶结后，充填密实土洞以达到设计要求。适用于工业与民用建(构)筑物地基暗伏土洞(中小型土洞)的施工。
4 工艺流程及操作要点
4．1工艺流程
4．2操作要点
4．2．1准备工作
4．2．1．1注浆孔布置原则
一般情况下，土洞有一定的分布范围，应根据地质勘测报告及施工勘测资料，初步确定土洞的主要发育方向，以土洞的中心位置为灌浆主孔。主孔灌浆后，沿土洞的主要发育方向分别施工灌浆孔、孔间距为5m，直至追探到土洞消失为止，土洞消失后，再外延施工探孔以证实。
从上述主轴分别向另一个方向间距5m平行布置灌浆附轴，其灌浆孔与主轴灌浆孔呈梅花状相错列。附轴灌浆孔，一是进行灌浆，二是核实灌浆效果，如不足则补灌浆。灌浆孔平面布置详见图1。
4．2．1．2测量定钻孔位
根据工程已有的坐标控制点和地质勘测报告及施工勘测资料用经纬仪定出土洞的中心位置点1#孔，土洞主要发育方向为灌浆主轴，分别以1#孔为中心向南、北和东、西方向按灌浆孔平面布置要求定出各注浆孔和外延探孔的中心位置，并打入木桩。
4．2．2钻孔
灌浆孔、探孔均采用冲击钻进，全孔取“土心”，触及坚硬层(石灰岩面或风化岩面)后可停钻。流塑充填物取不得“土心”，以“掉钻”判认。施工中应注意可能遇到岩面陡然深降岩溶充填物。
灌浆孔、探孔施工应作好编号和记录。
4．2．2．1采用XJ100型液压钻孔机，配备相应空口管、扶正稳定器及可捞取松软渣样钻具。
4．2．2．2钻孔采用冲击钻进，直径不小于φ110、深度以钻至石灰岩面或风化岩面为止为终孔依据。
4．2．2．3钻机设备安装周正、稳固、底座水平。
4．2．2．4每回次进尺控制在1.0m内。
4．2．3清孔
成孔后，下钢套管并进行清孔，清除孔内泥浆、沉渣。
4．2．4浆料配比及制浆
配合比：水泥浆由稀到浓分为三个层次，水灰比(重量比)分别为2:1:1:1:0.5:1。
配制：按配合比要求用0.25m3高速搅拌机搅拌水泥浆液，水泥浆液充分搅拌均匀。
4．2．5压浆施工要点
4．2．5．1注浆装置安设：成孔及清孔后，下置钢套管，管顶与输浆胶管密封连接，用GTZ60／210型高压注浆机压浆。
4．2．5．2压浆：压浆顺序，先施工中轴线的孔，依次向外施工。
采用水灰比为2:1的水泥稀浆开灌。随着压浆的进行，浆液逐渐加浓。当某一级水灰比浆液的压浆量达500L以上而单位吸浆量不见减小，灌浆压力无改变或改变小时，则改浓一级进行后续压浆。
根据吸浆量的大小，压力由低至高逐渐增大，直至达到设计终灌压力0.4～0.5MPa为止。最大压力控制在1MPa以下。
当水泥浆液浓度已达0.5:1，在压浆压力达到设计压力后，压浆段吸浆量≤3Lmin-1，延续稳定时间≥3min，即可结束。
4．2．6注浆施工遇特殊情况的处理措施
压浆施工中出现周边地表冒浆、孔内漏浆及灌浆因故中断等现象，根据具体情况采取如下技术措施。
4．2．6．1冒浆：采用表面封堵、低压、限量、改压浓一级浆液、间歇灌注等方法进行处理。
4．2．6．2孔内漏浆：少数钻孔吸浆量特大，改压0.5:1水泥浓浆长时间灌注仍达不到终灌标准，采用间歇压浆方法反复灌注，直至达到设计要求。间歇时间不宜过长，一般5～10min，避免浓浆在高压下固化将压浆管堵塞。
4．2．6．3压浆因故中断：若中断时间较短，尽快恢复压浆，恢复压浆时，重新从稀浆开始，如吸浆量与中断前接近，则恢复到中断前的浓度，否则逐渐变浓；若中断时间较长，一恢复压浆后吸浆量减少很多，则重新钻孔，按2:1水灰比的水泥浆液灌注。
4．2．6．4压浆过程中，密切注意压浆可能造成的孔内外及周边环境的变化，如吸浆量、压力、地表冒浆等变化情况，按照设计要求及时调整浆液配比。如压浆初始即出现泵压大、吸浆量小或注浆过程中突然出现这种情况，即应停止送浆，清孔后再进行压浆。
4．2．6．5注浆过程中发生相邻钻孔串浆时，如果串浆孔具备条件可采用同时进行注浆，应一泵一孔，否则应将串浆孔堵塞住，待注浆孔注浆结束后，串浆孔再进行扫孔冲洗，然后继续注浆。
4．2．6．6对吸浆量大，注浆难以结束地段，应采用低压、浓浆、限流、间歇注浆或掺加速凝剂等方法进行处理。
4．2．6．7如遇到塌陷、淘空部位注浆量过大时，应在浆液中掺加粉细砂等掺和料。
5 材料与设备
5．1材料要求
5．1．1水泥：采用P.O32.5普通硅酸盐袋装水泥或散装水泥，要求新鲜无结块。水泥有出厂合格证及检验报告单，进场使用前，见证取样送当地有资质的试验室进行试验，由试验室提供水泥合格的试验报告。5．2机械设备
机械设备配备如表2(1个独立操作点机械设备)
6 质量控制
6．1严格遵照执行国家和行业现行有关质量施工及验收规范、规程和标准。
6．2原材料合格，配合比准确，水泥浆液搅拌均匀。
6．3土洞注浆充填密实。
6．4严格按照工程坐标控制点、地质勘测报告和施工勘测资料确定土洞的具体位置及分布范围。
6．5严格控制材料质量和配合比：水泥进场后，检查出厂合格证及检验报告单，并见证取样复检，水泥复检合格后方可使用。水泥浆液搅拌严格按配合比计量，搅拌均匀。
6．6土洞注浆充填必须密实，每个灌浆孔注浆必须先稀浆后浓浆，且注浆压力达到设计要求，延续稳定时间≥3min，方可注浆结束。
6．7在灌浆孔外围用探孔检查是否还有土洞发育，在灌浆孔范围之内钻孔抽芯抽查土洞充填密实情况。
7 安全措施
7．1严格遵照贯彻执行国家和行业现行有关安全技术规范、规程和标准。
7．2进场施工前，作好安全技术交底和安全教育。
7．3安拆钻孔机、注浆机，搅拌机等机具设备时，应由专人指挥、专人安拆，并严格遵守操作规程。
7．4施工用电设专用配电箱，并做好接零接地和设置触电保护器，全部采用电缆，现场设电工1人，非电工不得从事电工作业。
7．5施工人员必须配戴好防护用品，(如手套、口罩、工作服、安全帽等)。
8 环保措施
8．1环保标准
8．1．1严格贯彻执行国家和行业现行有关环境保护规范、规程和标准。
8．1．2根据工程特点和现场实际情况，布置好排水沟、集水井和泥浆废浆池，及时清理，及时排除职水，污废水经沉淀后排入场区下水管网。
8．1．3如使用包装水泥，当天工作完后，清理水泥袋，打包运到仓库进行回收。
8．1．4每日工作完后，及时清理现场，工程完后，应清理干净现场方可离场。
8．1．5居民区附近施工，每天22:00时至凌晨7:00不得作业。
9 效益分析
以湖南华润鲤鱼江发电B厂翻车机区域汽车卸煤槽为例进行效益分析如下：
9．1工期如采用大开挖回填施工，工期需30d，采用单液高压注浆施工，实际工期为15d，工期提前15d。
9．2设备配置：如采用大开挖回填施工，需配置反铲挖掘机、装载机、运土汽车、打夯机等；采用单液高压注浆施工，配置钻孔机、搅拌机、注浆机等。前者投入机械设备多，工期长，后者投入机械设备少，工期短。
9．3环保：采用大开挖回填施工，需开挖大量土石方，施工场地作业面大，且易造成水土流失；回填土洞，需从场外挖运土石方到现场进行回填，挖土易造成水土流失，运土易污染道路及现场，影响环境。
9．4经济效益：采用大开挖回填施工，需投入较多机械设备、挖填大量土石方、投入劳动力多、工期长；采用单液高压注浆施工，实际投入机械设备少，注浆材料水泥用量不大、投入劳动力较少、工期短。两者比较，采用单液高压注浆比采用大开挖回填施工节约机械费用约3万元，综合降低工程成本约5万元。
9．5社会效益：采用单液高压注浆与采用大开挖回填进行比较，少投入机械设备、少耗油耗电、节约设备和能源；投入劳动力少，节约人力资源；不需挖填土石方，减少土地资源的浪费、减少环境的污染、保护环境。
10 应用实例
湖南华润鲤鱼江发电B厂2×600MW机组主厂房区域集控楼、电除尘支架基础和翻车机区域汽车卸煤槽等3个单位工程的土洞处理均采用单液高压注浆施工。
10．1汽车卸煤槽，为钢筋砼框剪结构，基础底标高-10.987m，基础平面长×宽=92.85m×19.7m，KS196钻孔揭露有土洞，土洞顶标高距汽车卸煤槽基底下6m多，土洞垂直深度为9.3m(顶标高为-17.20m)，土洞施工开工日期为2005年8月10日，完工日期为8月25日。
10．2电除尘支架基础，为钢筋混凝土结构，基础的底标高为-2.00m，基础平面尺寸长×宽=61.85m×23.46m，KS110钻孔揭露有土洞，土洞顶标高距电除尘支架基础基底下5m多，土洞垂直深度为4.1m。土洞施工开工日期为2005年8月28日，完工日期为9月8日。
10．3集控楼，为钢筋砼框架结构，C-D轴基础为冲孔桩基，E-M轴基础为柱下砼条形基础，基础平面尺寸长×宽=74m×23.5m，地质勘测揭露有土洞，土洞顶标高距集控楼基底(条基)下4m多，土洞垂直深度为5.2m。土洞施工开工日期为2005年9月15日，完工日期为9月30日。
以上三个单位工程地基下土洞处理均采用单液高压注浆施工，施工完后，均各在土洞注浆孔范围内钻孔抽芯各4个点检验土洞灌浆质量，抽芯结果显示土洞灌浆饱满，满足了设计要求。
此后，在湖南和广东等地区相应工程中应用，已得到进一步推广。
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