石灰岩地区溶洞预处理施工技术探讨
[摘要]石灰岩溶洞地区，建筑工程基础施工前，溶洞的预处理工作非常重要。
毕业论文网 [关键词]溶洞；预处理；施工技术 Abstract： Limestone carve distraction， before the construction, the treatment work is very important. In this paper, it will put forwards to several treatment methods. Key Words; carve; pre—treatment; construction technology 中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号： [正文]随着建筑行业的发展，结构的需要，建筑工程对地基的要求越来越高，在石灰岩地区如何有效的处理溶洞保证工程施工过程的质量和安全，成了当今工程技术人员一大课题。
一、溶洞处理的目的 为确保工程的施工安全、质量、加快施工进度，对施工区域范围内溶洞进行预处理。
溶洞处理的目的是使溶洞的空腔能填充密实，充填物能够与周围环境固结成为一个整体，且具有一定的强度，切断洞体与地下水、溶隙水的联系，使其不再发育，以保证工程施工的安全，同时也能保证地基的稳定性和建筑物的安全、降低施工成本。
溶洞处理的目是使处理后的土体强度提高，确保工程施工安全、工期的顺利完成，减少地基沉降量，确保地基的稳定性。
二、溶洞的探测 针对场区可能存在溶洞部位，应先探明溶洞的情况，如溶洞洞高、充填情况、充填物性质、溶洞大小、分层情况等。
工程施工超前钻时，若揭露有溶洞，应加密超前钻孔，加密钻孔布置为：以超前钻中心为基点向东、西、南、北延伸2m布置四个钻孔，探明溶洞分布情况及大小。
三、溶洞处理方法的选择 溶洞的分类一般可分为2种：全填充溶洞、半填充或无填充溶洞。
根据溶洞存在的不同情况，采用高压灌注砂浆（或低标号混凝土）、袖阀管注浆、花管注浆相结合的处理方法； 1、对于全充填型溶洞宜采用袖阀管注浆处理方法； 2、对于半充填或无充填型溶洞且洞，高大于或等于2m采用泵注砂浆（或细石混凝土）与花管注浆相结合的处理方法，即采用混凝土输送泵将砂浆（或细石混凝土）由钻孔通过导管直接注入洞中，再利用花管对排气孔注入双液浆以填充洞的顶板、底板处的薄弱部位以及低标号混凝土灌注盲区，使洞内充填物与洞壁固结成为一个整体。
四、溶洞处理施工工艺适用的范围及要求 1、灌注砂浆（混凝土）、袖阀管注浆、花管注浆适用范围如下表： 施工方法 工序简介 适用范围 方法一： 袖阀管注浆 1、布孔、钻孔(110mm)； 2、浇注套壳料； 3、下袖阀管、固管止浆； 4、起拨套管； 5、分序、分段注浆。
方法二： 泵送砂浆 1. 布孔、钻孔(土层150mm、岩层130mm)； 2. 安装导管； 3. 泵送砂浆； 4. 起拨导管； 5. 重复花管注浆工艺。
1、洞高h≥1.5m的半充填溶洞； 方法三： 泵送混凝土 在方法二的基础上进行 1、 洞高h≥3.0m的溶洞。
方法四： 花管注浆 1、布孔、钻孔(91mm)； 2、下注浆外管； 3、起拨套管； 3、注浆； 1、洞高h≤1.5m的无充填溶洞； 2、洞高h≤1.5m的半充填溶洞。
2、注浆施工工艺设计要求如下表 注浆孔类型 设计要求 灌注砂浆或素砼 1.洞高大于或等于1.5m且无充填或半充填溶洞； 2.先高压泵送M10的水泥砂浆，注浆压力为6～8Mpa； 4.溶洞洞高大于3m，直接灌注细石混凝土； 5.若溶洞被相邻注浆孔灌浆时充填，可采用花管或袖阀管注浆。
排气孔 1. 放置75mmPVC管，溶洞部位每隔20cm对开2个直径2～3cm孔洞； 2. 32.5R普通硅酸盐水泥浆，水灰比暂定为1:1； 3.水玻璃浆液配成具有一定玻美度的浆液，玻美度Be/=8—10。
4.水泥浆液与水玻璃浆液按体积1:1混合，注浆压力暂定0.5～1.0Mpa，最终通过现场试灌确定。
袖阀管灌注水泥浆 1.全充填溶洞，洞高小于或等于1.5m且半充填的溶洞； 2.灌注32.5R普通硅酸盐水泥浆，水灰比暂定0.5～0.6，注浆压力暂定2.0～3.0Mpa；最终通过现场试灌确定。
五、注浆总体施工顺序 注浆总体施工顺序遵循“先外后里、先大后小、先砼后浆”的原则： （1）岩溶注浆施工在主体结构施工之前进行； （2）注浆应在钻孔完成并安装完注浆管或套管后进行； （3）先注砂浆孔，后注水泥浆孔； （4）对多层溶洞要先处理下层溶洞再处理上层的。
根据设计要求的水泥用量、注浆压力等指标，最终确定注浆压力、水泥用量、配合比、注浆次数等施工参数。
1、砂浆或低标号混凝土试灌 分两种类型进行试验，第一种类型为有1～2层溶洞的孔，第二种类型为有3层及以上溶洞的孔。
（1）单层及双层溶洞的试灌 ①试验孔的选择 拟选择2个孔进行试验。
②成孔 采用XY－100A型钻机，用150mm的口径开孔，钻至基岩面后，下入146mm的套管，换130mm的钻头进行基岩钻进，揭穿第一、第二层溶洞的顶板后钻入第二层溶洞的底板下0.5米后终孔。
排气孔用110mm孔径开孔，终孔孔径不小于91mm，深度不小于注浆孔。
③安装及加固注浆导管 钻孔成孔后安装Ф108mm注浆导管，导管进入溶洞底以上0.3～0.5m或进入溶洞顶板以下0.3～0.5m（有2层溶洞者按上述标准下至第二层溶洞；对于1层溶洞，则直接可以用钻孔护壁套管作为注浆导管），并高出地表面约50cm，高出地面导管外侧焊Ф50mm短管或在导管头焊接法兰，防止导管掉入孔内。
然后在孔口以下1米范围内浇注砂浆固定导管、充填导管与孔壁的间隙，防止泵送砂浆（混凝土）过程中导管移位或跳动，并将管口与地泵输送管连接。
④安装PVC管 PVC管直径为75mm， 壁厚为3.6mm,在溶洞部位每隔20cm对开2个直径为2～3cm孔洞。
将已制作好的PVC管置于排气孔内（管底部要用堵头封堵），然后起拨钻孔套管。
⑤拌制砂浆 砂浆的强度为M10，试灌配合比为：水泥：砂：水=1：4.8：0.8，素砼采用商品C15混凝土。
⑥泵送砂浆（或素砼） 通过混凝土输送泵将砂浆或商品混凝土经过输送管及注浆导管注入洞体。
待溶洞灌满，压力达到设计压力后，稳压30分钟左右，拔出注浆导管及146mm的土层套管（对于二层溶洞，自下而上逐级灌满）。
终注标准：直到达到设计压力或排气孔冒浆、灌满为止。
注浆完毕后，采用纯水泥浆，用花管通过排气孔进行补浆，注浆压力为0.5～1.0Mpa，并根据试验效果确定最终注浆压力。
（2）3层及以上溶洞的试灌 ①试验孔的选择 拟选择1个孔进行试验。
②成孔 成孔与单层溶洞相似，穿过多层溶洞后可能会出现一系列的钻探难题（如漏失、上钻加尺后找不到原孔等），排气孔的成孔方法及要求同上。
③安装及加固注浆导管 安装及加固注浆导管与单层溶洞相似，导管必须进入最底层溶洞底以上0.3～0.5m或顶板以下0.3～0.5m。
④安装PVC管 与单双层溶洞相同。
⑤拌制砂浆 砂浆的强度为M10，试灌配合比为水泥：砂：水=1：4.8：0.8，素砼采用细石混凝土。
⑥泵送砂浆（或素砼） 与单双层溶洞相似（真对多层溶洞，自下而上逐级灌满）。
终注标准：与单双层溶洞相同。
②成孔 采用XY－100A型钻机，用110mm的口径开孔，钻至基岩面后，下入108mm的套管，换91mm的钻头进行基岩钻进，钻至最后一层溶洞的底板下0.5米后终孔。
③下套壳料 在注浆段范围内（溶洞顶、底板之间）要浇注套壳料（粘土水泥浆），用来防止袖阀注浆管在注浆过程中变形、变位或损坏，并能保证水泥浆通过袖阀注浆管。
要求套壳料收缩性小，脆性较高，早期强度高。
套壳料的耗损、扩散系数取1.3。
①套壳料用量(m3)＝1.3π【（r12 (钻孔半径)－r22 (袖阀管半径）】×h(注浆段高度)。
②套壳料配合比为水泥：膨润土：水＝1：1：1.88（重量比）。
③套壳料浇注：将钻杆下到孔底，用泥浆泵将拌好的套壳料经钻杆注入孔内，直至注浆段高度以上0.2m处为止。
④下袖阀管 袖阀管分花管和实管两部分，根据注浆段长度配备花管，下管时管内灌入清水克服浮力，使花管占据注浆段（对土洞、溶洞要超出洞顶、底界各0.20m），溶洞顶界以上至地面为实管，实管要高出地面一定高度，尽量使袖阀管垂直居于孔中心。
花管与实管要连接牢固。
袖阀管下底端要套好锥形堵头，上顶端要戴上保护帽，保护帽上注明注浆孔号。
⑤固管止浆 浆液配合比为水：水泥=1：1.50。
在袖阀管与孔壁之间的空隙中下入4分镀锌管至套壳料顶面(待加固土洞顶界位置)，从4分镀锌管中注入配置好的浆液直至孔口返出，孔口浆面下沉后应多次回灌，保证固管止浆效果。
⑥注浆 用BW150型注浆泵注0.5～0.6单液浆，浆液现场用LJ—300型搅浆桶搅拌；注单液浆采用分层注浆，先注下层溶洞，下层溶洞注满并稳压后再提管至上一层溶洞，直至注满； 在注浆泵压力表上观测注浆压力，开环压力0.3Mpa，终止注浆压力设计为2.0～3.0 Mpa（现场试灌时，可先选择低压0.3～0.7 Mpa进行试注，并根据试灌情况确定最终压力参数），稳压30―60分钟后清洗袖阀管并预开一次环，以待下次再注。
设置观测点：每个洞体注浆前在地面设置3—5个沉降观测点，注浆时观测控制地面变化。
终灌标准：在注浆压力下，注入量＜1～2L/min，稳压15 min或相邻孔、排气孔孔口出现冒浆。
在试注过程中，应观察相邻注浆孔的返水、排气、冒浆情况，若周围孔有浆液冒出，说明注浆效果好。
若周围注浆孔没有反应，且注浆量过大，特别是在土、洞底部当浆流失过大时，应采用“间歇定量分序注浆法”进行注浆,以控制浆液扩散范围。
整孔注浆不得超过3小时，如3小时没注满则清洗袖阀管；如果二次注浆两小时后仍没有压力反应则调整水泥浆配比至0.6：1，如仍无压力反应,则改注双液浆，水玻璃用水稀释到8—10度，与水泥浆以1：1的比例同时注入洞内，凝固时间约为10到15分钟。
3、双液注浆施工工艺及流程 适用范围：袖花管注浆灌注的水泥浆，仍未灌满或达不到注浆压力；排气孔采用花管补浆时，采用水泥—水玻璃双液进行注浆。
(1)原理特点： 双液注浆是通过注浆孔，将水泥•水玻璃混合浆液一次性充填到所需加固溶洞、土洞、土体间隙中。
利用其迅速凝固的特点，从而阻断岩溶的连通通道，从而达到封堵的目的。
(2)浆液配比： ①水泥浆配成水灰比为1:1的浆液； ②水玻璃浆液配成具有一定玻美度的水浆液，玻美度Be/=8—10。
(3)施工方式： 上述两种浆液采用体积比为1：1混合方式，由注浆泵注入到已灌注水泥浆的溶洞的间隙中，使填充在溶洞内的水泥浆液充分挤压胶结成为一个整体，达到溶洞处理的目的。
(4)注浆施工控制参数 因注浆施工范围内涉及到多个不同土层、溶洞、土洞，特别是涉及到溶洞、土洞的注浆时，实际施工中的注浆参数应根据具体的实际情况进行调整。
①注浆机械设备：双液注浆泵，LJ—300型搅拌机进行拌和水泥浆。
②注浆速度：按20~30L/min控制。
③注浆时间：按分段（0.5米）5～10分钟左右控制。
⑤注入浆量，与土洞、溶洞的性质、深度等有关，实际平均注入浆量在0.3~0.4m3/min左右，溶洞、土洞间隙等部位的注浆应首先满足充填要求。
（5）注浆液配合比：A、B液的注入比例为1：1，在实际操作时，根据各土层的情况控制双液混合后凝结时间控制在15~30分钟左右，由此调节A、B液的注入比例。
（6）注浆结束标准 注浆结束标准：当注浆压力逐步升高，达到设计终压，并继续注浆10min以上，且有一定的注浆量，吸浆量在20L/min～30L/min以下时，即可结束该孔注浆。
七、串孔等特殊溶洞的注浆方法及技术措施 遇到特殊溶洞如大溶洞，应事先做好准备，做到心中有数，在事故发生时，做到不慌不乱，同时采取事先准备的应急措施，进行处理。
首先查明原因，采取具体有效的技术措施，并预先估算并储备足够的商品混凝土，灌注时，需低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆或掺加速凝剂等方式处理。
结束语：本文主要针对工程施工前，溶洞的预处理提出一些个人意见。
由于溶洞位于地下，看不见摸不着，溶洞的发育规律性不等，施工时必须凭借经验，针对溶洞的具体情况及施工基础工程的特点，采用实际的、有针对性的技术措施进行处理，确保工程施工的安全。
参考文献：（1）地基处理手册，中国建筑工业出版社，2003 （2）建筑地基处理技术规范，中国建筑工业出版社，2003 （3）建筑工程水泥—水玻璃双液注浆技术规程，光明日报出版社，2010 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。