浅谈溶洞处理灌注水泥砂浆工法

胡天奇 程建平 苏保聪

（广州轨道交通监理公司八北监理3标）

摘 要：溶洞处理 灌注水泥砂浆

1 工程概况

广州市轨道交通八号线北延段施工7标之小坪车站，全长311m，标准段宽20.1m，覆土3m，底板标准段埋深16.41m，南、北端均为盾构始发，北端设置轨排井。车站平面如下所示（见图1）。

20.1m

图1 车站平面图

小坪车站地质情况从上至下依次为：人工杂填土、淤泥、粉细砂、中粗砂、砾砂、粉质粘土、残积土层、灰岩微风化岩。根据“一槽两钻”与地质详勘报告，地质剖面情况（节选D33—D34槽段）如下所示（见图2）。同时，车站的地下水位较浅，稳定水位埋深约0.9—6.7 m，标高为 1.5—7.3m。地下水存在于松散层孔隙水（主要在冲积砂层）和基岩裂隙水（主要在碎屑岩的强、中风化带）中。

根据地质钻孔揭露，车站灰岩为可溶性岩石，其微风化层存在大量溶洞，一旦溶洞周边水土体的流失，造成失稳会导致地面沉降和塌陷。为减少围护结构在施工时发生坍塌的风险，预防溶土洞在地下水作用下迅速发展的风险，减少后期运营的风险，必须对溶洞加以处理。

图2

地质剖面图一

图2 地质剖面图二

2 溶洞处理原则、范围及措施

2.1 处理原则

遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、主体结构、抗浮方案、施工期涌水及运营风险防治方案等多方面协调统一考虑的原则，对工程影响范围内的非全填充溶土洞均应处理。 2.2 处理范围

对于围护结构底标高以下3 m范围的、基坑底板以下2 m范围的所有溶洞均应处理。 2.3 处理措施

溶洞采用压力注浆的方法进行处理，注浆压力从低到高，间歇、反复压浆。注浆液体分为单液浆、双液浆及水泥砂浆。

本文针对洞高大于3 m的溶洞采用水泥砂浆灌注进行处理的工法，进行了阶段性总结。

3 灌注水泥砂浆工法

3.1选择溶洞

根据一槽两钻的地质资料，选取在基坑东侧的D33-D34槽段位置进行该溶洞的水泥砂浆灌注，此溶洞相对位置远离交通道路，影响较小；同时，经过槽段周边的探边钻孔得知，此溶洞较大，包络图容积约为2200m3。具体位置如下所示（见图3）。该位置一槽两钻的D33-D34的钻孔施工记录如下表：

编号 ZT-D33-001 ZT-D33-002 ZT-D34-001 ZT-D34-002 入岩深度（m) 14.7 18 16 23 终孔深度（m) 28.2 29 27.5 30.18 溶洞位置（m) 20.2-28 19-27 17.5-25.9 23.2-28 备注 7.8m 8m 8.4m 4.8m 综上可知，该溶洞平均高度7—8米，为大溶洞，呈少量砂粒及粉质粘土填充状态。 3.2 机具准备

本次试验需用到的机械设备详见下表，施工前确保各机械运作正常。 序号 1 2 2 名称 锚固钻机 空压机 泵车 型号 MDL-135D 12m³ 数量 1台 1台 1台 备注 液压气动式 供气压力1MPa 泵送压力3MPa 3.3 材料准备

水泥砂浆根据设计图纸要求的配合比，采用搅拌站供应的M5水泥砂浆；水泥砂浆配比为：水泥：砂：水=1：6：1.1，水泥强度等级采用425R。

施工前搅拌站取得联系，让搅拌站备足材料；灌浆过程与搅拌站保持密切联系。

3.4 监测布点

为确保施工安全，控制施工风险，对该位置进行地面沉降点的布置，监测点采用没有下管的靠近试验孔的探边钻孔打入1m螺纹钢筋，顶部齐平地面。施工前先测得初始值。具体监测：钻孔成孔前监测一次作为初始值，成孔完成后监测一次与初始值对比，灌浆完成后再继续监测，连续3天监测数据稳定后停止监测，同时对整个施工过程中进行加密监测，将监测数据信息及时反馈，指导施工。详细的布点如下所示（见图3）。 图3 监测及布孔平面图

3.5 施工流程

3.5.1 布孔：布孔原则是每组灌砂浆孔成孔两个。根据探孔资料，选取溶洞最高处布一个孔作为主灌浆孔，另选一个作为主排气孔及副灌孔（二次灌浆孔），二洞间距约为1000mm。如果溶洞范围大，需多管多点施工灌浆，则每组砂浆孔间距不超过4 m，可根据溶洞大小适当调整。

3.5.2 成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞底0.5mm为止（见图4）。具体工法：

履带式锚固钻机通过60mm钻杆钢管与135mm的钻头相联，由电机带动液压动力，使钻杆转动、向下进尺，同时，12 m3的空压机提供气压动力，高压气通过钻杆内空作用于钻头，使钻头工作。当有气压压力时，钻头头部会突出，与钢管处呈陀螺状铰接，钻头呈陀螺状摇动、钻进可形成200mm左右直径的孔（见图6）；其中钻头面是凸齿磨牙状，中心有两个直径约1cm的气孔，同时对地层产生扰动、破碎压力并能将渣土压出钢管外（见图5）。由于钢管钻杆与周围土层间始终存在气压力，来平衡土压力并能密实部份土体，保证不会塌孔。

地面二次灌浆孔146套管溶洞500500 图4 成孔示意图

图5 钻头平面图

图6 钻机钻杆及钻头联结图

3.5.3 下套管：成孔完毕后，中断气压，利用液压撤出钻杆及钻头，埋设146mm孔径的钢套管于200mm孔中，作为护壁管及注浆管。埋设深度至溶洞中部（即洞高的一半），并用夹具固定防止掉落，同时管的上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接。用同样的方法埋设一条钢套管深度至溶洞顶往下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔。 3.6 灌注砂浆

采用泵送水泥砂浆。灌浆孔平面布置如下图（见图7）。上部灌浆管（146钢管）与泵车管连接后，直接泵送水泥砂浆（M5）；在灌浆前，先对146管进行泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞。

2001000200146146146套管灌浆孔图7 灌浆孔平面图

二次灌浆孔

3.7 灌浆终止

观察地面冒浆情况，泵车的灌砂浆压力一般控制在3-5MPa，灌注不下即可终止。不可强行加大压力，以免周围空孔气压过大造成冒涌，泻压时造成塌孔塌方。第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注水泥砂浆，作为第一次灌浆的补充，此时其它探边孔可作为排气孔。二次灌浆的终止，可以以第一次的灌浆孔反冒出砂浆为准（见图8）。此时，可视为两个灌浆孔都已填充满了。

图8 二次灌浆图

4 效果检测

注浆效果检验，主要是检查填充率及密实程度。

4.1密实程度检验：灌浆结束28天后进行了抽芯检测。此特大溶洞检测抽取了3个孔，发现砂浆样品比较完整、不破碎（见图9），抗压强度平均值为0.8MPa,而设计要求抗压强度是不小于0.2MPa。表明砂浆固结状态及效果较好;同时采用原位标准贯入试验27次，实测击数为13—23，平均值为17击，设计要求是标贯击数应不小于10击，表明砂浆固结强度也达到合格。

4.2填充率检验：采用“二次压浆”方法检验。针对灌注砂浆孔不再进行二次压注砂浆，而是注水泥单液浆检验，压力值很快稳压达到0.6MPa，证明此孔内灌注效果较理想。

图9 砂浆抽芯芯样图

5 技术及经济效益总结

5.1 本工法优点

5.1.1砂浆坍落度虽大，但其堆积率远大于单纯的水泥浆液，故填充密实度也相较水泥单液浆而言更好。

5.1.2砂浆灌注后的固结强度一般而言，也大于单液浆的固结强度。

5.1.3砂浆灌注的速率工效较快，一般一小时可灌注40-60 m3，而单纯水泥浆一般一小时20-30 m3，二者存在明显差别。

5.1.4由于砂浆是搅拌站供料，对于工程计量更加清楚直观，可控性更强。本溶洞共计三组六个孔，灌注砂浆660m3，补充单液浆约450 m3，相较包络图的2200 m3，节约效果明显。 5.2 本工法缺点

5.2.1本工法在钻孔及灌浆施工过程中存在两个不足：一是气压带出渣土泥浆，四处飞溅，不利于文明施工；二是气压或泵送压过大，对地下水及土层扰动较大时，易造成孔洞周围甚至更大面积的路面塌陷，不利于安全施工。

5.2.2砂浆遇到地下水丰富且流动性较大时，极易产生砂、浆分离现象，达不到固结强度。5.2.3砂浆供料过程中，由于灌注量的不确定性，经常会造成供料过多而浪费的现象，不利于节约成本。