1、1化学灌浆在软土地基加固中的应用内容摘要：本文结合工程实例，介绍化学灌浆在土洞、溶洞等软土地基加固处理的施工技术及其施工注意事项；该土洞、溶洞经化学灌浆加固处理后，其复合地基承载力得到大幅度提高，与钻孔灌注桩相比，具有工程成本低、工期短等优点。 关键词：土洞、溶洞软弱地基土， 化学灌浆加固处理，复合地基承载力提高，工程成本低，工期短 中图分类号：TU44 文献标识码：A 文章编号： Abstract: combining with engineering examples, this paper describes chemical grouting in the earth hole and
2、 caves of soft soil foundation reinforcement of construction techniques and construction attention; The earth hole, cave by chemical grouting reinforcement, the composite foundation bearing capacity was increased greatly compared with bored piles, has engineering cost is low, the short time, etc. Ke
3、ywords: earth hole, cave weak foundation soil, chemical grouting reinforcement, composite foundation bearing capacity increase, engineering, low cost, short time limit 21 前言 柳州钢铁（集团）公司拟建的炼铁厂喷煤主厂房占地面积约为2621m2，楼高 9 层，基础采用筏板基础，结构设计采用砖混结构，持力层采用第层红粘土，由广西钢铁设计院设计；该喷煤主厂房东南段在孔深 8.013.5m 存在土洞，14.4020.40m 存在溶洞
4、，土洞、溶洞的水平投影呈椭圆形，其规模：长轴短轴约为 8.06.0 m2，土洞与溶洞相互贯通；孔深在 20.9021.90m 为规模较小的溶洞，水平投影呈椭圆形，长轴短轴约为 2.01.0 m2，以下为微风化白云岩，洞内均为软塑可塑状粘土所充填。该层地基土承载力 fak=60kPa，未能满足设计地基土承载力（fak180kPa）的要求，需要对其进行化学灌浆加固处理，使其承载力达到设计要求。受柳州钢铁（集团）公司委托，我院承担对该软弱地基土分布范围内的微风化白云岩以上的土洞、溶洞进行化学灌浆加固处理。本次化学灌浆加固施工耗时 15 天，共完成灌浆孔 21 个，累计钻灌进尺 351.58m，其中土
5、层（含土洞）307.80m，基岩（含溶洞）43.78m，消耗水泥 192.00t，水玻璃 58.00 t。经检测，该层地基承载力由 60kPa 提高到 190kPa，工程质量满足设计要求。 2 工程地质特征与土洞、溶洞发育特征 2.1 工程地质特征 根据工程地质勘察资料，该场地内岩（土）层特征自上而下依次为：（1）杂填土：杂色、由碎石、砖块、灰渣、粘土等组成，结构松散，3层厚 1.02.0m。 （2）可塑状红粘土：黄浅黄色、红黄色，土质均匀，稍湿，呈可塑状，层厚 1.52.0m，埋深 2.0m；地基土承载力 fak=120kPa。 （3）硬塑状红粘土：黄浅黄色、红黄色，土质均匀致密，呈硬塑状，
6、岩心呈圆柱状，手指用力压之变形小；层厚 5.06.0m，地基土承载力 fak180kPa，具低压缩性。 （4）微风化白云岩：浅灰色，细晶结构，岩石质地坚硬、性脆，断口新鲜，揭露厚度 4.50m，顶板埋深 13.60m。 2.2 土洞、溶洞发育特征 根据工程地质勘察资料，ZK16、ZK16-2、ZK16-3 等孔分别在孔深8.0013.50m、8.5016.80m 和 8.0013.50m 遇土洞，其中 ZK16 号孔在孔深 14.7020.40m 和 20.9021.90m 遭遇溶洞。土洞、溶洞均为充填洞，其特征见表 1。 土洞、溶洞发育特征表 1 3 化学灌浆加固处理设计要求 （1）采用水玻
7、璃水泥系浆液对该建筑物地基范围内的土洞、溶洞内充填物及其周围土体的裂隙通过高压化学灌浆加固处理使土体劈裂、挤压、密实、固结，形成结构稳定的、强度高的复合地基土。 （2）洞体充填物经灌浆加固处理后其承载力标准值 fak180kPa。 （3）在下伏基岩与溶洞之间形成一道水泥封隔带，封堵基岩与溶洞4相互联系的地下水通道，使其不再受地下水运动的影响，确保地基土的稳定。 4 化学灌浆加固施工技术 4.1 化学灌浆加固施工工艺流程 其施工工艺流程图：布设测量观测点及建立合理测量观测网灌浆孔的布设钻机就位安装、成孔安放灌浆管压水冲洗浆液配制双液法灌浆测量跟踪观测与监控灌浆量达到设计值或灌浆压力满足设计值并持
8、续一定时间起拔灌浆管冲洗机具验收合格后交付甲方使用。 4.2 灌浆加固施工技术 （1）测量观测点布设和施工测量监控：施工前，在灌浆施工附近的矿槽通廊设置测量观测控制点 5 个，建立合理的测量观测网。在灌浆加固处理过程中对矿槽通廊进行跟踪测量观测与监控；当观测点数据发生变化时，及时调整灌浆技术参数或改变灌浆位置直到软弱地基土灌浆加固后承载力满足设计要求为止，避免灌浆加固周围的建筑物因灌浆局部抬升量过大而开裂。 （2）化学灌浆加固处理范围：根据工程地质勘察资料和有关施工规范要求，灌浆加固范围：纵向自溶洞底板以下 0.5m(微风化白云岩)至土洞顶板以上 1.0m；横向按浆液有效扩散半径进行控制，通常
9、为土洞外周0.61.0m。 （3）灌浆孔的布设：根据有关施工规范及结合以往施工经验，灌浆孔沿土洞、溶洞周围布置，灌浆孔间距约为 0.81.0m。 5（4）施工顺序：灌浆加固施工顺序：先四周，后中间，自下而上逐段进行；但考虑到土洞规模大，成孔施工难，先对上部土洞进行灌浆加固处理，后进行下部溶洞灌浆加固。 （5）成孔技术：灌浆孔选用 GY-1 型钻机成孔，对不属处理孔段，采用冲击法成孔，成孔直径通常为 130mm 和 110mm，基岩采用硬质合金清水钻进。土层则采用冲击成孔，成孔过程中应注意观察土层情况变化，准确记录土洞和溶洞顶、底板位置及洞内充填物等情况。 （6）灌浆量的估算：灌浆加固处理的体积
10、是自溶洞底板以下 0.5m至土洞顶板以上 1.0m 及其周围土层的空洞和孔隙体积，灌浆量可按下式进行计算：Q=KVmn 式中 Q预计灌浆量，m3； K浆液损耗系数，可取 1.151.25； m浆液结石率,可取 80%90%； V灌浆加固体积，m3； 浆液充填系数，可取 85%95%； n受灌地层的孔隙率，根据地质资料，土层 n=40%65%，圆砾及卵石层 n=40%65%，溶洞内充填物 n=80%95%。 根据计算所得的灌浆量和设计浆液配合比，可以估算出水泥和水玻璃的用量。 （7）灌浆材料及浆液配制 灌浆材料水泥：强度等级 32.5MPa 的普通硅酸盐水泥；外掺剂：波美度 3545、模数 2.
11、43.4 的水玻璃；生产用水：厂区自来水。 6浆液配制：水泥浆液的配制：采用机械现场搅拌，水灰比W：C=1：10.8:1，搅拌均匀；水玻璃溶液的配制：用清水稀释浓水玻璃至适当浓度以供施工用，其掺入量应根据施工实际情况经现场试验后确定，通常情况下其掺入量为水泥用量的 2030%，特殊情况如地表冒浆，掺入量为水泥用量的 40%左右，以缩短浆液的胶凝时间，控制浆液的无效半径。 （8）灌浆方法和技术参数的选择 灌浆方法：本次化学灌浆加固采用双液法、自下而上逐段拔管进行，即用泵分别将配制好的水泥浆液和水玻璃溶液抽送经高压胶管、注浆管和三通接头，并于注浆管混合，形成混合液；混合液在泵压作用下经灌浆管压入软
12、土中，排除土体中的空气和水，并与土体中固体颗粒胶结、硬化；当某一灌浆段的灌浆量达到设计浆量时或灌浆压力达到设计灌浆压力并持续 30min，结束该段灌浆，将灌浆管往上提 0.40.5m，继续进行上一灌浆段的灌浆，直至土洞顶板上部 1.0m 为止。 灌浆压力的选择：灌浆允许压力值 P 可按下式进行估算：P=1/10KH 式中 P灌浆允许压力，kgf/cm2； K系数，可采用 15； 受灌地层地的容重，t/m3； H灌浆段上面土的厚度，m。 实际生产中经灌浆试验后，灌浆起始压力选择 0.40.8MPa（即48 kgf/cm2） ；但当原工程勘察孔（灌浆施工时作为排水、排气孔）被7堵死后，土洞、溶洞内
13、的流塑可塑状粘土无法排出，即灌浆结束前采用高压灌浆，洞内内的流塑可塑状粘土在高压劈裂作用下得到进一步的压密、劈裂，使水泥浆液贯穿其中，施工中采用的灌浆压力2.02.5MPa。 4.3 施工注意事项 （1）成孔施工中，应设专人对成孔质量负责如灌浆孔位置及深度，准确记录土洞、溶洞的顶板、底板位置等。 （2）灌浆施工过程中，应设专人负责灌浆质量，如水泥浆的水灰比、灌浆量、灌浆压力、浆液的配比和灌浆管提升等控制和记录；同时还设专人观察沉降基础和附近地面情况，如发现异常情况（如地表冒浆或地板开裂等现象，应立即停止灌浆；待查明事故原因后方能继续施工。 （3）在灌浆加固施工过程中，测量工程技术人员必须实行跟
14、踪观测与监控，并将测量观测结果及时向工程负责人汇报，以便及时调整灌浆施工方案，选择合理的灌浆参数，避免抬升量超过设计要求。 （4）在灌浆施工前，应对灌浆施工的机械设备进行检查，确保其运行正常，避免因机械故障导致灌浆管堵塞或发生其它事故。 （5）在灌浆施工中，如发现地表冒浆或附近建筑物（矿槽通廊）有抬动现象，应立即停止灌浆施工，待查明事故原因和采取有效预防措施后方能继续施工，确保灌浆施工安全。 （6）为了有效地控制浆液的扩散半径，减少灌浆材料的浪费。在进行土洞、溶洞外围的灌浆施工中，既要保证土洞、溶洞与其周围土体的灌浆加固厚度，又要合理控制浆液的扩散半径；在进行土洞中间灌浆施8工中，宜采用加大外
15、掺剂的用量，缩短混合浆液的胶凝时间，合理控制浆液的扩散半径，降低工程成本，同时采用高压灌浆，又能使洞内软土得到进一步的劈裂、压密，形成的复合地基土的承载力大幅度提高。 5 化学灌浆加固效果检测 化学灌浆加固处理完成 3 天后，由建设单位委托有相应检测资质的检测单位采用钻探取芯和原位测试等手段进行检测。检测结果：从钻探取芯看，土洞从孔深 8.00m 到基岩面，洞高 3.505.60m，洞内充填物为粘土水泥混合物，是经化学灌浆加固处理后形成的复合土层，呈硬塑状。从取上岩芯看，灌浆加固后水泥浆多呈脉状、网状、团块状贯穿其中，局部呈 1015cm 短柱状。脉状水泥一般 1.502.00cm 不等，10
16、.211.15m 段多处出现达 1530cm 柱状水泥，水泥浆液固结良好；检2 孔于 19.0022.08m 遇溶洞，洞高 3.08m，洞内被水泥粘土所充满，其中在 19.0019.30m、20.5021.30m 孔段为纯水泥（未完全固结） ，其它孔段为粘土水泥混合物，呈可塑硬塑状。原位测试结果：土洞内充填物每贯入 30cm 锤击数 813 击，承载力标准值 fak190kPa，溶洞内充填物锤击数 79 击，承载力标准值 fak190kPa，满足设计要求。 6 施工体会 （1）该土洞、溶洞内充填物经化学灌浆加固处理后，形成的复合地基承载力标准提高明显，灌浆加固效果显著。 （2）本工程灌浆加固施工与钻（冲）孔灌注桩相比，具有施工设备简单、操作方便、易于控制，且工程成本低、工期短等优点。 （3）灌浆加固施工中，局部地段仍出现较多的地表冒浆，造成灌浆9加固成本高，如何有效地调整水泥水玻璃混合浆液的初凝时间，有效地控制浆液的扩散半径，减少材料的浪费，降低工程成本，仍是我们今后生产实践中值得探索的问题。 作者简介：田锦文（1954 年） ，男（汉族） ，广西南丹人，广西水文地质工程地质勘察院分院长，政工师，主要从事岩土工程勘察、软土加固、基坑支护、地质灾害勘查与治理等工程施工管理与指导工作。
