岩溶塌陷防治技术

岩溶塌陷防治技术一、概述岩溶（Karst）：可溶性岩石以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴随以机械作用而形成沟槽、裂隙、洞穴，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。土洞：岩溶地层上覆盖的土层被地表水冲蚀或地下水潜蚀所形成的洞穴。进一步发育形成地表塌陷。1、岩溶的形成发育条件岩溶：可溶性岩层（可溶性、透水性）、地下水活动（溶蚀性、流动性）、潮湿气候、地质构造与地形1）岩体 岩体首先是可溶解的。岩体不仅是由可溶解岩石组成，而且岩体必须具有透水性能，这才有发展岩溶的可能。岩体的透水性要注意两个方面：一是可熔岩石本身的透水性，这就是说在岩石内要有畅通水流的孔隙，而另一方面是在岩体内要有裂隙，它们往往成为地下水流畅通的通道，是造成岩溶发育的主要原因。裂隙类型很多，而造成岩溶空隙以构造裂隙和层理裂隙影响最大。它是造成深成岩溶发育的必要条件之一。2）水质 水的溶蚀性主要取决于水中侵蚀性CO2的含量。当CO2的含量过多时，则会大大增强对石灰岩的溶解速度。此外，有机酸和无机酸也可对碳酸盐类的岩石产生溶蚀作用，而湿热的气候条件（主要是温度）则有利于溶蚀作用的进行。3）水在岩体中活动水的流动性取决于岩体中水的循环条件，它与地下水的补给，渗流及排泄直接有关。 地下水的主要补给来源是大气降水，故降雨量大的地区，由于水源补给充沛，岩溶就容易发育。岩体裂隙的规模、形态、数量以及连通情况，是决定地下水渗流条件的主要因素，它控制着地下水的比降、流速、流量、流向等一系列水文地质因素。此外，地形坡度，覆盖层的性质和厚度等对水渗透情况也有一定的影响。地形平缓，地表径流差，渗入地下的水量就多，因此岩溶就易于发育。覆盖层为不透水粘土或亚粘土所组成，且厚度又大时，则会直接影响大气降水下渗，所以在覆盖层分布较厚的地带，岩溶发育程度相对减弱。2、岩溶地区的特征(地貌)地表形态：溶沟、溶槽、石芽、石林、漏斗、落水洞、竖井地下形态：溶蚀裂隙、溶洞、暗河、石钟乳、石笋、天生桥穿山公园石林石峰武隆芙蓉洞2、岩溶地区的特征(地貌)武隆芙蓉洞位于武隆县江口镇4千米处的芙蓉江畔。发现于1993年5月。经中国与澳大利亚有关溶洞科研机构两次实地勘测，评价为:“世界奇观，一级洞穴景点”，“一座地下艺术宫殿和洞穴科学博物馆”。芙蓉洞主洞长2700米，总面积3.7万平方米，其中“辉煌大厅”面积1.1万平方米，最为壮观。洞内钟乳石类型几乎包括世界各类洞穴近30余个种类的沉积特征。芙蓉洞石帘武隆天生三桥3、主要工程地质问题与防治两类主要工程地质问题：地基稳定性与塌陷渗漏和突水4、岩溶塌陷1）、概述

岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生的一种地面变形和破坏的灾害，是我国主要的地质灾害之一。它是指岩溶洞隙上方的岩、土体在自然或人为因素作用下引起变形破坏，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种岩溶动力地质作用与现象，即岩溶的一种溶蚀或沉淀的动力地质作用和现象。2)、分类 岩溶塌陷可分为基岩塌陷和上覆土层塌陷两种形式。基岩塌陷是由于下部岩体中的洞穴扩大而导致顶板岩体的塌落，上覆土层塌陷则由于上覆土层中的土洞顶板因自然或人为的因素失去平衡而产生下陷或塌落。由基岩洞穴发展成的塌陷常产生深达十几米到数百米的井筒状时塌陷漏斗；由土洞发展成的塌陷，也产生深几米到几十米的圆形陷坑。

3）、分布

岩溶塌陷的空间分布很广泛。广西的岩溶分布最多，也是我国岩溶塌陷的主要分布地区。据资料统计，作为重点开发新区的桂林市西城区，截至1999年1月，该区已发生的塌陷一共有319处，贵州是有名的岩溶区，全省已有塌陷近100处，塌陷坑点2200余个，另外，湖南、湖北、武汉、山东、辽宁、山西、河北、陕西等地都有岩溶塌陷现象，陷坑总数超过3万多个。基岩塌陷岩溶渗漏武汉岩溶地面塌陷水口山矿区岩溶地面塌陷恩口岩溶地面塌陷地面塌陷破坏农田岩溶地面塌陷破坏农田岩溶地面塌陷损坏铁路南岭隧道岩溶地面塌陷泰安车站

岩溶地面塌陷5、岩溶地基稳定性问题6、岩溶塌陷的防治1）勘测要点

（1）、对建筑场地和地基有影响的岩溶发育规律、埋藏现状和各种岩溶形态的分布、形状、大小、延伸方向及其与建筑物在空间位置的相对关系等。

（2）、岩溶岩层的完整性（如断裂、节理切割），风化程度及由溶岩作用引起的岩石结构的破坏。

(3)、岩溶水情况和岩溶充填物的情况。

(4)、岩土层的工程性质等。2）选线原则 在岩溶地区选线，要想完全绕避是不大可能的，尤其是在我国中南和西南岩溶分布十分普遍的地区，更不可能。因此，宜按认真勘测、综合分析、全面比较、避重就轻、兴利防害的原则。根据岩溶发育和分布规律，注意以下几点：

(1)在可溶性岩石分布区，路线应选择在难溶岩分布区。

(2)路线方向不宜与岩层构造线方向平行，而应与之斜交或垂直，因暗河多平行于岩层构造线发育。

(3)路线应尽量避开河流附近或较大断层破碎带，不可能时，亦宜垂直或斜交通过，以免由于岩溶发育或岩溶水丰富而威胁路基的稳定。

(4)路线尽可能避开可溶岩与非可溶岩或金属矿床的接触带，因这些地带往往岩溶发育强烈，甚至岩溶泉成群出露。‘

(5)岩溶发育地区选线，应尽量在土层覆盖较厚地段通过，因一般覆盖层起到防止岩溶继续发展，增加溶洞顶板厚度和使上部荷载扩散的作用。但应注意覆盖土层内有无土洞的存在。

(6)桥位宜选在难溶岩分布区或无深、大、密的溶洞地段。

(7)隧道位置应避开漏斗、落水洞和大溶洞，且避免与暗河平行。

3）防治措施(1)清除填堵法：首先清除溶洞或土洞中的松土，然后填以碎石、块石等，可以在土洞回填的碎石上设置反滤层，以防止潜蚀发生，后上覆粘土并分层夯实，以达到改善地基的效果。(2)跨越法：这是一种用于塌陷坑或隐伏土洞较深较大、开挖回填有困难的处理方法。该种方法是以结构跨越塌陷坑洞，两端支撑在可靠的岩、土体上，并注意其承载能力和稳定性。厚板跨越法

２００１年１１月１４日，青藏高原昆仑山口发生８．１级大地震，这次地震造成了一条宽３米至５米，长约４００公里的地震断裂带。为有效避免地震可能给青藏铁路带来的威胁，青藏铁路路基采用垂直通过的方式跨越了这条全国最长的地震断裂带。青藏铁路建设总指挥部总工程师赵世运说，为减少地震影响，设计青藏铁路时尽量让线路绕过地震断层，如果线路必须进入地震带活动范围，则先调查清楚地震带走向，然后让铁路与地震带垂直相交以浅路基通过。(3)强夯法：强夯法是一种常用的地基处理方法，是把10—20t的夯锤起吊到一定高度（10—40m），让其自由下落，通过重锤下落时的强烈冲击波对土体进行夯实加固。(4)灌浆法：对于溶洞或土洞因埋藏较深，不可能采用挖填和跨盖方法处理时，在溶洞中可采用水泥、粘土混合灌浆于岩溶裂隙中；对于土洞，可在洞体范围内的顶板上打孔灌砂或砂砾，但应注意灌满和达到一定密度。(5)排导法：由于洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶蚀，冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大或洞顶坍塌，因而应防止自然降雨和生产用水下渗，采用截排水措施，将水引导到其他地方排泄。(6)桩基础法：当土洞埋深较大时，可用桩基处理，如采用混凝土桩、钢桩、砂桩或爆破桩等，目的除提高支承能力外，还有靠桩来挤压挤密土层和改变地下水渗流条件的功效。(7)高压旋喷法：高压旋喷法是用高压脉冲泵通过钻杆底部的喷嘴向周围土体喷射化学浆液，高压射流使土体结构破坏并与化学浆液混合、胶结硬化从而起到加固作用的一种地基处理方法。二、强夯加固(一)方法简介

强夯法是1969年法国Menard技术公司首创的一种地基加固方法。它用巨锤、高落距，对地基施加强大的冲击能，强制压实地基。强夯法首次用于芒德利厄海（法国）围海造地，建造２０幢８层住宅的地基加固。建筑场地为新近填筑的采石场弃土碎石层，厚约9m，其下为12m厚疏松的砂质粉土，底部为泥灰岩。工程起初拟用桩基，因负摩擦力占桩基承载力的60%～70%，不经济，后考虑预压加固，堆土高5m，历时3月,沉降仅20cm，无法采用，最后改为强夯：锤重100kN，落距13m，夯击功能1200kNm/m2，沉降量达50cm，满足工程要求。8层楼竣工后，基底压力为300kPa，地基沉降量仅13mm。（二）、强夯法加固地基的机理 强夯法是用于大吨位起重机，将巨型锤提至空中，从h=8～25m(hmax=40m)高处自由下落，形成巨大的冲击能与冲击波。 强夯法施工通常强夯夯击第一锤，可使锤陷入地面达１m左右。这1m范围土的固体矿物的体积，大部分被强制性挤压到夯坑以下土的孔隙中，呈超压密状态。由此可见，强夯法加固地基的机理与重锤夯实法表面形式相似但有本质的差别。强夯法加固地基有三种不同的加固机理。（１）动力密实机理强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土为动力密实机制，即强大的冲击能强制超压密地基，使土中气相体积大幅度减小。（2）动力固结机理强夯加固颗粒饱和土为动力固结机理，即强大的冲击能与冲击破坏土的结构，使土体局部液化并产生许多裂隙，作为孔隙水的排水通道，加速土体固结土体发生触变，强度逐步恢复。（3）动力置换机理强夯加固淤泥为动力置换机理，即强夯将碎石整体挤入淤泥成整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。（三）强夯法设计 根据工程的规模与特点，结合地基土层情况，确定强夯处理有效加固深度，这与强夯的功能有关。据此选择锤重与落距。1、有效加固深度（1）公式计算 根据我国各单位的实践经验，修正了法国梅纳最初提出的公式，按下式计算：

式中H——强夯的有效加固深度，m；W——夯锤重，KN；h——落距，m；a——与土的性质和夯击能有关的系数，一般变化范围为0.5～0.9，细粒土、夯击能较大时取大值。（２）经验统计值（３）现场试夯 按公式，初步确定强夯的有效回固度与夯击功能的关系，选用强夯的锤重与落距，以进行现场试夯为准。2、强夯的单位夯击能 强夯的单位夯击能应根据地基土的类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2，细颗粒土可取1500～4000kN·m/m2；3、选用夯锤与落距 对当地强夯施工单位已有的夯锤与起重机型号作调查，根据所需有效加固深度与单击夯击能，最后选用夯锤与落距。在单击夯击能相同的情况下，实践表明：增加落距h比增加锤重Ｗ更有效。4、确定每个夯点重复夯击次数 通常每个夯点应多次重复夯击，才能达到有效加固深度。若击数太多，则费时费钱。由现场试夯所得夯击次数与夯沉量关系曲线确定最佳夯击次数，且应同时满足下列条件：最后两击的平均夯沉量：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能力4000～6000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm；夯坑周围地面不应发生起锤困难。不因夯坑过深而发生起锤困难。

5、夯点平面布置1）按设计起重机开行路线，顺序布置夯击点；2）强夯夯击时，应力向外扩散，因此，夯击点必须间隔5～9m夯距，如图4—1（a）所示的为正确布置。若夯点紧接，应力叠加，应力叠加，效果降低，如图4—1(b)所示的为不正确的布置。

通常夯击平面按行列式（正方形）布置施工方便，也可采用梅花形（等边三角形）布置。3）确定夯击遍。根据土的性质、夯击功能与有效加固深度确定，一般情况为2～３遍，最后再以低能满夯一遍。对于渗透性弱的细颗粒土，夯击遍数可适当增加。每一遍夯击，如图4—2中１所示，两个夯击点相隔7m。按行、按列将整个场地夯击完后，开始第二遍夯击，如图4—2中２所示。依此类推。图4—2采用强夯4遍的平面布置，空白处为最后低能深度的1/2～2/3，但不宜小于3m。图4—2夯击平面布置图６、两遍夯击之间的时间间隔 两遍夯击之间的时间间隔，取决于土中超孔隙水压力的消耗时间。对碎石与砂土可连续夯击；对渗透性差的粘性土，应不少于3～４周。

7、现场试验测试调整 初定强夯参数，提出强夯试验方案，进行现场试验，经间隔时间后进行夯后测试并与夯前数据对比，检验强夯效果。确定正式强夯参数。（四）强夯法的施工１强夯法的机具设备 强夯法的机具设备很简单，主要为夯锤、起重机和自动脱钩装置３种。（１）夯锤 我国常用锤重为80～250kN，世界最大锤重为2000kN，锤重大小根据加固要求由计算与现场试验确定；夯锤的材料，理想材料为铸钢，也可用厚钢板外壳，内浇筑混凝土制成；夯锤底面构造，锤底形状宜采用圆形，锤底面积按土的性质确定，锤底静压力值可取25～40Kpa。锤的底面应对称设置若干个与其顶面贯通的排气孔，以消除高空下落时的气垫，且便于从夯坑中起锤，孔径可取250～300mm。（2）起重机 西欧国家起重机大多采用履带式吊车，日本采用轮胎式吊车。履带式起重机稳定性好，可在臂杆端部设置辅助门架，防止夯锤在高空自动脱钩时发生机架倾覆。吊车能力大于锤重。（３）自动脱钩装置 当起重机将夯锤吊至设计高度时，要求夯锤自动脱钩，使夯锤自由下落，夯击地基。自动脱钩装置有两种：一种利用吊车副卷扬机的钢丝绳，吊起特制的锁卡焊合件，使锤脱钩下落；另一种采用定高度自动脱锤索，效果良好。2、强夯法的施工工艺 为了保证强夯加固地基的预期效果，需要严格的、科学的施工技术与管理制度。1）夯前地基的详细勘察。查明建筑场地的土层分布、厚度与工程性质指标。2）现场试夯与测试。在建筑场地内，选代表性小块面积进行试夯或试验性强夯施工。间隔一段时间后，测试加固效果，为强夯正式施工提供参数的依据。3）清理并平整场地。平整的范围应大于建筑物外围轮廓线，每边外伸设计不小于3㎝。4）查明第一遍夯点位置。对每一夯实点，用石灰标出夯锤底面外围轮廓线，并测量场地高程。5）起重机就位，夯锤对准夯点位置，位于石灰线内，测量夯前锤顶高程。6）将夯锤起吊到预定高度，自动脱钩，使夯锤自由下落夯实地基，放下吊钩，测量锤顶高程。若因坑底倾斜造成夯锤歪斜时，应及时整平坑底。7）重复步骤（6），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击。8）重复步骤（5）-（7），按设计强夯点的次序图，完成第一遍全部夯点的夯击。9）用推土机将夯坑填平，并测量场地高程。标出第二遍夯点位置。10）按规定的间隔时间，待前一遍强夯产生的土中孔隙水压力消散后，再按上述步骤，逐次完成全部夯击遍数，通常为3-5遍。最后采用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量场地夯后高程。11）强夯效果质量检测。全部夯击结束后，按下述间隔：砂土1-2周，低饱和度粉土与粘性土2-4周，进行强夯效果质量检测。采用两种以上方法，检测点不少于3处。对重要工程与复杂场地，应增加检测方法与检测点。检测的深度应不小于设计地基处理的深度。（五）强夯加固地基的效果 强夯加固地基可产生以下几种优良效果。(1)提高地基承载力强夯加固处理后，地基承载力通常可提高1～5倍，fak=180～250kPa。(2)深层地基加固强夯法可使深层地基得到加固，国内有效加固深度一般为5～10m。高能量强夯法加固深度可超过10m。（3）消除液化饱和疏松细砂为可液化土，经强夯后可以消除液化。例如，北京剪板厂与北京面

粉厂位于北京市大兴县黄村，地基为饱和粉砂，强夯加固后已消除液化。（4）消除湿陷性

山西化肥厂地基为自重温陷性黄土，采用锤重25t、落距25m、夯击能6250kN·m夯击加固后，消除黄土湿陷性深度达12m。（5）减少地基沉降量

强夯加固地基，使土的密度增大，孔隙比减小，压缩系数降低，因此，地基沉降量有时可减小数倍，并可解除不均匀沉降的危害。（六）强夯法的适用范围1.适用的地基土质 强夯法大多数工程应用动力密实机理，最适用于孔隙大而疏松的碎石土、砂土及建筑垃圾，也适用于低饱和度的粉土、粘性土、湿陷性黄土和素填土。对高饱和度的粉土与粘性土地基，尤其对软粘土地基，采用动力固结机理强夯法时要慎重。2．强夯振动影响范围

强夯施工夯锤冲击地面，强大的冲击能产生的强烈振动，是否对邻近建筑物造成危害取决于地基土的性质，强夯的夯击能大小，工程的坚固程度，尤其是夯点离建筑物的距离。结论为：一般距夯击点30m以外，为相对安全区；15m以内，为明显振动区，若必须在邻近建筑物处进行强夯时，可以采取防振措施。例如，烟台大学教职工食堂与已建成使用的二层学生食堂相邻，净距仅6～7m，采用了挖隔振沟的办法，故在教工食堂地基强夯时，学生食堂安然无恙。（七）对强夯法的评价1.优点(1)设备简单、工艺方便、原理直观。(2)应用范围广，加固效果好。(3)需要人员少，施工速度快。(4)不消耗水泥、钢材，费用低，通常可比桩基节省投资30%～70%。２．缺点(1)振动大，有噪音，在市区密集建筑区难以采用。(2)强夯理论不成熟，不得不采用现场试夯才能最后确定强夯参数。(3)强夯的振动对周围建筑物的影响研究还不够。

今后还应深入总结经验，加强理论研究，不断提高强夯法的水平。

三、灌注填充（一）方法简介 岩溶注浆方案，是通过钻孔灌注水泥浆液，堵塞基岩顶部的岩溶空间，截断上部土层物质的潜蚀运移通道，消除产生岩溶的基本条件，达到防止塌陷的目的。主要应用于岩溶发育深度不大，形态以裂隙型为主，大型溶洞很少，填充率高，而且具有较厚的第四纪覆盖层的岩溶地区。这些特点，使岩浆注浆方案的技术可靠性和经济合理性明显优于其他整治方案。

另外，岩溶注浆方案还具有施工简单，对行车无干扰、不污染地下水源、不增加维护工作等特点，在实际处理工作中可广泛应用。（二）岩溶注浆工程设计与施工 由于覆盖层岩溶的特殊性、复杂性及目前勘测手段的局限性，岩溶注浆工程的设计与施工采用了“探—注结合”的沿途工程体制，详细勘察与注浆试验工程结合进行，地质人员、设计人员参与施工全过程。并通过实地的注浆试验，取得较为可靠的注浆设计与施工工艺参数。1、注浆设计主要技术参数1）注浆处理范围至铁路路基坡脚外5m；2）注浆孔按孔距小于等于8m，并结合场地条件布置，一般采用直孔，与铁路行车发生干扰采用斜孔；3）注浆孔深至基岩顶面以下2~3m，注浆段孔径110-130mm；4）浆液采用抗压强度为41.7Mpa的普通硅酸盐水泥，掺加速凝剂配制，水灰比一般选用（0.8：1）~（1：1）；5）岩溶注浆量的计算6）土层注浆量与疏松带发育程度有关。2、注浆施工工艺1）按先外围后中间的顺序进行注浆。注浆孔采用取心钻进方法，并进行简易水文地质测量。第四系潜水层需用套管封闭，注浆管套下至基岩面上0.5m，并嵌固于含砾粘土层中。含砾粘土层松软或很薄时，采用粘土球回填夯实的方法嵌固。2）清洗孔底基岩注浆段，清洗时间不应过长，一般以3~5mm为宜。对不漏水的孔，洗孔最大孔口压力不超过500kPa。3）进行注水试验，测得基岩注浆段单位吸水率，其计算公式为： 式中q为单位吸水率，r为套管内半径，及为第一次及第二次测定的孔内水柱高度，为基岩注浆段高度，t为两次水位测定间隔时间。4）根据钻孔岩心及注水试验资料选用适宜的浆液浓度、速凝剂配比、注浆压力、注浆流量等参数，并视注浆过程中基岩吸浆量及注浆压力的变化加以调整。在实际工作中，遇到多种情况与多种变化过程的多种组合，关系较为复杂，一般地，对于吸浆量较小的孔，采用先稀后浓的浆液进行连续的压力注浆；对于吸浆量较大的孔，采用先浓后稀再浓的浆液进行多次定向间歇注浆；对于遇到较大岩溶通道、吸浆量又较大的孔，应在注浆的同时加注骨料，并选用适宜的透砂量。5）岩溶注浆结束的标准为：孔底压力达到600~700MPa；吸浆量小于4L/min，并稳定30min。由于岩溶发育的不均匀性，各注浆孔的实际耗浆量一般大于平均单孔耗浆量，后期注浆孔则较小，所以，切不可以单孔耗浆量作为注浆结束的标准。6）岩溶注浆结束后，提拔套管，进行土层注浆，注浆孔压力一般小于100kPa。3、注浆效果检查液浆的扩散是在地下隐蔽进行的，必须通过注浆效果检查来确认其工程质量。1）检查钻孔的数量，为注浆孔数的10%~20%，采用有目的的布置，在注浆孔之间或随机布置的方法布孔，部分（约20%~30%）检查孔的位置，是由建设单位和接收单位的监理人员与验收人员于现场确定。检查孔深度比临近注浆孔深度深2~3m。2）对检查孔岩心进行检查，在基岩和土层部位都再未遇到洞隙空间，原有岩溶洞隙或土洞、土缝处可见到柱状、片状的胶结致密的水泥结块。3）进行孔内注水（压水）试验，测定注浆后基岩（浅部）单位吸水率，与注浆前对比。注浆前的注浆孔内单位吸水率一般在10-30L/min.m.m；注浆后的检查孔内单位吸水率多数小于0.05L/min.m.m.4）对于个别吸水率较大的检查孔，进行压力补注浆；单位吸水率小于4L/min.m.m，检查孔实际补浆量一般都不大；对个别单位吸水率大于4L/min.m.m或补浆量较大的，则要结合有关注浆孔的地质资料和注浆施工资料进行综合分析，适当增布检查孔和补注浆孔。

三、实例 福建龙长高速公路A9标段线路位于连城县境内,属丘陵区。水文地质复杂,尤其是石灰岩地区地质构造极为复杂,溶洞、溶槽、裂隙发育,场内不良地质构造包括石灰岩中的岩溶给桥梁桩基施工带来较多困难。1、桩基概况

该工程主线山窝岗大桥5-1#桩(设计桩径150cm,采用C25混凝土,施工桩长35m)和9-2#桩(设计桩径150cm,采用C25混凝土,施工桩长27.15m)施工完,钻孔取芯抽样检查发现桩身混凝土芯样连续完整、质量良好,但桩尖持力层内均存在溶洞。经福建省交通规划设计院进一步勘探确认5-1#桩桩尖持力层1.8～2.60m内处存在一个高1.20～2.40m、长约3.00m、宽约2.00m的溶洞,洞内含有泥质及砂质充填物;9-2#桩桩尖持力层内存在1.1～1.3m的类似溶洞,洞内为粘土、粉细砂及角砾石等充填物。而设计要求桩底持力层完整基岩3D(D为桩径)范围内无溶洞、采空区及软弱夹层,因此,两桩均不满足设计要求,必须采取补救措施。经讨论研究,提出3种解决方案:①原桩报废,在原桩位重新冲孔穿过溶洞区域,终孔于可靠持力层上②保留原桩,在原桩位两侧增加2根直径80骑马桩;③利用高压旋喷浆加固原桩底持力层。 以上3种方案技术上均可行,但前两种方案施工期长,也不经济,因此,决定采用高压旋喷法对桩基进行压浆置换补强。2、高压旋喷技术补强桩底持力层机理

利用旋喷机把安有水平喷嘴的旋喷管伸入孔底,以20～25MPa的高压水流对缺陷部位自上而下、由下而上反复冲击切割,使其充填物削落形成松散颗粒物,然后采用气举反 循环的方法清渣,将削落的松散沉淀物大部分或全部清出桩身外,形成空腔;采用高标号水泥配制水泥浆,将旋喷管伸到溶洞底部自下而上边提升边旋喷注浆,置换出桩底持力层空腔内的清水,再通过孔口压力挤浆使其与持力层紧密连接,形成整体,从而使持力层连续、完整,达到补强的目的。3、高压旋喷施工(1)施工工艺

高压旋喷施工的基本工序:孔位布置→高压旋喷切割→清渣→配制浆液→旋喷注浆→压浆,其中高压旋喷切割和清渣需反复进行。1)孔位布置 考虑到已有2个取芯抽样钻孔,若2孔连通,则可以利用该抽芯孔;如果不连通,再考虑钻第3个孔。2)高压旋喷切割 将旋喷管伸入抽芯孔底溶洞部位,通过钻杆及高压管与高压泵连接,利用高压泵产生的高压水流对溶洞内壁缓慢进行定喷、旋喷,对溶洞填充物进行反复旋喷切割。施工参数如下:旋喷压力为27～30MPa,转动速度为10～20r/min。提升速度为5～10cm/min;清水排量为80～90L/min。3)气举反循环清渣 将桩顶表面杂物清除干净,在原抽芯孔孔口埋置直径≥102mm的孔口管,待试压强度达到2MPa后方可进入下道工序。将清渣管下至孔底,并将风管置入其内,从相邻的孔位注入清水,开动空气压缩机,同时不停地提动气管管窜,采用气举反循环法使孔底缺陷部位被切碎的淤泥、粉细砂及角砾石等充填物随水排出桩外。 施工参数如下:空气压力为0.6～0.7M,空气排量为3m/min.反复进行高压旋喷切割和清渣,直至返出较清水且无砂为止。4)配制浆液 按水灰比0.5～0.8配浆,采用42.5R普通硅酸盐水或1%～2%FDN或2%减水剂,预计每桩使用水泥10t,加入200kg减水剂。5)注浆 下入管窜直至溶洞底0.5～1.00m,自下而上进行旋喷注浆,注浆速度为10cm/min转速为18r/min,压力15MPa,喷嘴直径为3mm。如旋喷注浆量达到理论用2～3倍后孔内仍不返浆,则改用孔底间歇注浆,直至孔口返出浓浆(浆液稠度与注入浆液稠度一致)为止。安装孔口压浆装置,开动压浆泵压浆,压力为1～2MPa。压力超过2MPa并稳压10min后关闭压浆泵和井口,候凝。图4-4缺陷桩示意图图4-4缺陷桩示意图图4-4缺陷桩示意图图4-4缺陷桩示意图(2)质量控制 1)施工前应全面检查设备是否完好,材料是否落实,人员是否到位。 2)密切注意孔口返浆是否正常,如返浆偏小或不返浆,说明有跑浆情况。可采用间断注浆法进行处理,间隔时间根据浆液的初凝情况控制在1～1.5h;或加速凝剂,使浆液速凝,同时放慢旋喷管提升速度。 3)在正常情况下,旋喷管的转速维持在1～2r/min,提升管的速度控制在5～10cm/min,以保证旋喷桩的成桩桩径和高度。 4)旋喷压力必须大于20MPa,浆液压力应为0.4～2.0MPa,要时刻关注压力表,并作记录。(3)效果检测 施工完成后,沿压浆孔侧钻孔取芯进行检测,结果显示芯样连续完整,效果较好,两桩芯样强度均满结果显示芯样连续完整,效果较好,两桩芯样强度均满足设计要求。采用高压旋喷法进行注浆置换补强施工成功。 高压旋喷灌浆技术已由主要用于地基加固发展到用于桩基施工事故的处理,尤其是岩溶发育地区桩基施工事故处理中。本工程的实践表明,高压喷射注浆技术是能节省施工工期,并取得良好的一种非常有效的方法技术、经济效益。四、桩基工程 对于一些深度较大，跨越结构无能为力的土洞、塌陷，通常采用桩基做法，用灌注桩、钢桩或预应力钢混桩等穿越塌陷坑和岩溶洞穴，将荷载传递到基岩上。1、选择桩的类型（1）确定桩的承载性状 根据建筑桩基的等级、规模、荷载大小，结合工程地质剖面图、各土层的性质与层厚，确定桩的受力工作类型。例如，温州市水心住宅区地表为粉质粘土，层厚为1.50m，第②层为淤泥，层厚达22m，第③层为坚实土层。如为低层房屋，可采用摩擦桩；如为大中型工程，可用端承磨擦桩，长桩穿透软弱层，桩端进入坚实土层。2．选择桩的材料与施工方法 根据当地材料供应、施工机具与技术水平、造价、工期及场地环境等具体情况，选择桩的材料与施工方法。例如，中小型工程可用素混凝土灌注桩，以节省投资。如为大工程则应采用钢筋混凝土桩，通常用锤击法施工。2、确定桩的规格与单桩竖向承载力1）确定桩的规格（1）桩的长度 一般应选择较竖实土层作为桩端持力层。桩端全断面进入持力层的深度：粘性土、粉土≥2d；砂土≥1.5d；碎石类土≥1d。桩顶嵌入承台，以此确定桩长。（2）桩的横截面面积桩的横截面面积根据桩顶荷载大小与当地施工机具及建筑经验确定。如为钢筋混凝土预制桩：中小工程常用250mm×250mm或300mm×300mm，大工程常用350mm×350mm或400mm ×400mm。若小工程用大截面桩，则浪费；大工程用小截面桩，因单桩承载力低，需要桩的数量增多，不仅桩的排列难、承台尺寸大，而且打桩费工，不可取。2）确定单桩竖向承载力 根据建筑场地的地基土层性质和确定的桩型与规格，可按桩的承载力确定方法确定单桩竖向承载力。3、计算桩的数量进行平面布置1）桩的数量估算（1）按《建筑桩基技术规范》（JCJ94—94）进行设计。(２)在按《建筑地基基础设计规范》（GB50007--2002）进行设计２）