覆盖型岩溶地基加固处理与效果检测.pdf
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1、DOI:10.13379/j.issn.1003-8825.202210052开放科学(资源服务)标识码(OSID)覆盖型岩溶地基加固处理与效果检测邓钟尉,彭卫平(广州市城市规划勘测设计研究院、广东省城市感知与监测预警企业重点实验室,广州510060)摘要:为保证建筑物地基基础施工时的安全,在查明某商住楼场地岩溶发育情况基础上,采取注浆法对该岩溶场地进行加固处理。施工结束后,采用钻探抽芯法、标准贯入试验、室内土工试验等多种方法对注浆处理效果进行检测分析。结果表明:采用注浆法处理后,溶(土)洞充填效果明显,平板载荷试验得到的地基承载力特征值增长超 17.4%,标准贯入试验击数平均值增长 17.6
2、%31.3%,土层孔隙比、压缩模量、黏聚力、内摩擦角等物理参数整体提升 5.6%20.4%。注浆处理对土层加密效果较好,能有效预防建筑场地在地基基础施工过程中发生地面塌陷地质灾害。关键词:溶(土)洞;注浆;抽芯法;平板载荷试验;标准贯入试验中图分类号:U416.1文献标志码:B文章编号:1003 8825(2023)04 0173 05 0 引言对于覆盖型岩溶地区高层建筑,由于溶洞和土洞的存在,在工程建设过程中,尤其是地基基础施工过程中,溶(土)洞受到扰动,易诱发地面塌陷地质灾害。长期以来,岩溶地区地基处理是工程建设中难点1。许多学者针对 溶(土)洞处理进行了研究,陈昊2研究了高压灌浆技术在溶
3、洞处理中的应用;程鉴基3对双液化学硅化法在岩溶地基处理中的可行性进行了研究分析;吕建兵等4运用模糊综合评判法与离散抽样模型,对岩溶地基处理方案进行了评价和选择;苏谦等5通过工程案例对岩溶地基加固处理效果进行了对比分析。为满足某商住楼基坑开挖后桩基础施工要求,在查明项目场地溶(土)洞发育情况的基础上,对场地溶(土)洞进行注浆处理设计。施工结束后,采用钻探抽芯法、平板载荷试验、标准贯入试验、室内土工试验等多种方法对注浆场地的注浆处理效果进行了检测分析,其土层的孔隙比、压缩模量、黏聚力、内摩擦角等物理参数整体得到了有效提升,注浆效果显著,达到了预期的设计加固目的。可为同类场地的岩溶处理设计、施工和检
4、测提供参考。1 工程概况广州市荔湾区大坦沙岛拟建 2026 层商住楼,地下 34 层,基坑开挖深度约 13.717.3 m,局部达 18.0 m。基坑底部岩溶发育,基坑底板距溶(土)洞顶部的最小距离仅为 1.8 m,安全距离过小,在混凝土灌注桩机等施工机械的荷载下,易诱发地面塌陷地质灾害。场地紧邻地铁隧道、市政道路和管线,周边环境复杂。场地距离现状道路边线约 20.4 m,地铁6 号线盾构隧道从场地东侧约 20.0 m 处通过,一旦发生地面塌陷地质灾害后果不堪设想。该区域属江心沙洲地貌单元,处于广州断陷盆地西侧与流溪河断陷相接处,地质构造复杂,基岩为白垩系上统大塱山组(K2d)石灰岩及碎屑岩,
5、上覆厚度 15.841.5 m 不等的第四系冲洪积淤泥、砂层、黏性土层6,多种岩石呈互层分布,属典型广州市特殊的“红层岩溶”分布区,场地岩溶强发育,钻孔见洞率 43%,揭露最大溶洞高度为8.1 m,大部分为未充填或半充填,为典型的覆盖型岩溶发育区。典型地质剖面,见图 1。场地水文地质条件复杂,勘察期间水位埋深0.904.50 m,基坑侧壁和底部砂层厚度大,透水性强,含水量丰富。场地基岩溶(土)洞发育,岩溶水丰富,具有承压性,强透水砂层与基岩直接接触。场地北侧和西侧临近珠江,基坑与地基基础施工可能贯通溶(土)洞或珠江,引发涌水。桩基础施工时水动力条件急剧变化,易诱发地面塌陷,施 收稿日期:202
6、2 12 02基金项目:广东省重点领域研发计划项目(205241900002)作者简介:邓钟尉(1986),男,广东河源人。高级工程师,硕士,主要从事岩土工程与地质灾害治理方面的生产和科研工作。E-mail:。邓钟尉,等:覆盖型岩溶地基加固处理与效果检测 173 工前需对溶(土)洞进行注浆处理。J3010.41Z1511.25J2911.24基坑底板2.702.502.607.408.507.408.5012.0015.2019.3020.9023.2027.4030.705.605.608.608.6011.507.802.507.8011.9015.0016.7020.4025.3015.
7、0016.7020.4025.3030.5014.5014.5019.1019.1019.1024.2028.1029.20-1 淤泥-2粉细砂-4 中粗砂-3 中粗砂 粉质黏土 石灰岩溶洞溶洞 人工填土图1典型地质剖面 2 岩溶勘察部分场地溶洞、土洞分布情况,见表 1。表1场地溶洞、土洞分布情况(部分)孔号类型洞高/m充填情况充填物J8溶洞1.20无充填J12溶洞1.60全充填软塑状黏性土溶洞2.70全充填软塑状黏性土J13溶洞4.80无充填J16溶洞0.80无充填J17土洞5.20无充填溶洞4.10半充填软塑状黏性土J18土洞3.00半充填流塑状黏性土J19土洞3.70半充填流塑状黏性土J
8、21土洞1.90半充填流塑状黏性土溶洞8.00无充填软塑状黏性土J23土洞1.10无充填J26溶洞0.80无充填J27溶洞4.20半充填软塑状黏性土J28土洞1.40无充填Z37溶洞3.60无充填Z38溶洞0.40无充填Z39溶洞1.30无充填Z40溶洞15.30无充填 场地基岩主要为石灰岩,地下水丰富,场地岩溶较发育,以溶洞、土洞等形态为主,布置的 223个钻孔中,共有 96 个钻孔揭露有溶(土)洞,见洞率为 43%,为岩溶强发育区。溶(土)洞埋深20.8058.00 m,洞高 0.108.10 m。溶洞内多充填流、软塑状黏性土,部分溶(土)洞为空洞,无充填物。在钻探施工过程中,几乎所有钻孔
9、钻至岩面时都出现漏水现象,发生多处地面塌陷,见图 2。影响面积直径超过 8.00 m,塌陷深度超过 3.00 m。(a)塌陷一(b)塌陷二图2场地地面塌陷 高层商住楼设计采用钻孔灌注桩基础和预应力管桩基础,为保证地基基础施工过程的安全,综合考虑建筑物的安全、工期和造价,对该岩溶地基采用注浆处理的方法。3 注浆处理方案 3.1 注浆设计根据勘察资料,对于钻孔揭露的土洞、无充填或半充填且洞高大于等于 1.5 m、顶板厚度小于2.0 m 的溶洞,采用高压灌注 M5 水泥砂浆进行填充处理,预防桩基础施工时出现地面塌陷或者漏浆现象。注浆孔周边间距 1.01.5 m 布置 13 个注浆检查孔,兼做出气孔,
10、水泥砂浆稠度值约70100 mm,注浆材料具体强度和流动性根据现场试验确定7。典型注浆平面(局部),见图 3。CPNLJHFEB810111415171921 22 23 241213151618NZJ02ZJ02-1ZJ02-2ZJ02-3ZJ01ZJ04ZJ04ZJ05ZJ06ZJ06ZJ07ZJ08ZJ09ZJ10ZJ11抽芯检测孔注浆孔ZJ13ZJ03ZJ12图3典型注浆平面(局部)3.2 注浆参数及工艺注浆孔主要沿勘察揭露的溶土洞布置,注浆孔附近布置 13 个注浆检查孔,注浆检查孔距注浆孔 1.01.5 m 左右,呈“品”字形布置。考虑到注浆施工的要求,注浆孔孔径应不小路基工程 17
11、4 Subgrade Engineering2023 年第 4 期(总第 229 期)于 130 mm,注浆检查孔孔径不小于 91 mm。注浆检查孔成孔时,如发现发型溶(土)洞,应扩孔改为注浆孔。注浆孔深度应进入强风化不少于 3 m,中微风化不小于 2 m,遇溶洞进入至溶洞底。注浆管顶应置于现状地面,灌注砂浆时,注浆管进入溶洞顶板以下 0.30.5 m,可根据现场试灌情况调整,灌注水泥浆时,注浆管应达到溶洞底。注浆孔采用钢管注浆,先高压泵送 M5 水泥砂浆,注浆压力 6.08.0 MPa,如灌注的水泥砂浆超过 100 m3,待砂浆初凝结束再注,直至灌满,达到注浆压力要求。注浆检查孔采用花管注浆
12、,灌注 42.5R 普通硅酸盐水泥浆,先稀(水灰比 0.81.0)后浓(水灰比 0.6),以浓浆为主,注浆压力 0.51.0 MPa,如灌注的水泥浆超过 60 m3,改用双液浆封堵,直至灌满,达到注浆压力要求。3.3 异常情况处理 3.3.1 冒浆注浆时,应加强对地表和相邻管线的观察,判断是否存在异常情况,如遇局部冒浆现象,应及时做堵塞处理,以免浆液继续冒出,必要时可调整为间歇注浆的方法,使浆液被有效注入溶(土)洞内。3.3.2 注浆压力波动注浆压力是注浆过程中的重点控制指标,若该值异常偏高或偏低均会影响注浆效果。注浆压力偏高时,可能是管路堵塞所致,需及时检查管路,若有堵塞则予以疏通;注浆压力
13、偏低时,可能是管路漏浆所致,需要及时修复,使管路恢复严密状态。注浆期间动态控制注浆压力,注浆接近尾声时,终压不可超过设定值。4 注浆效果检测与分析本次共完成注浆孔 108 个,注浆检查孔 195 个,钻孔进尺 3 435.6 m,揭露土洞 8 个,溶洞 52 个,共用水泥砂浆 4 408 m3,水泥浆 4 136 m3。注浆施工结束后,分别采用钻探抽芯法、标准贯入试验、室内土工试验法等多种方法,对注浆前后溶土洞的充填情况、土层的物理力学性质等进行分析,综合评价场地的注浆效果8。4.1 钻探抽芯法每栋塔楼布置不少于总注浆孔数的 10%且不少于 3 个抽芯孔,随机在注浆孔 1.5 m范围内布置,共
14、布设抽芯孔 28 个。从抽芯的结果来看,除个别溶(土)洞无充填或半充填之外,其余溶(土)洞均充填有水泥砂浆固结体或水泥浆固结体,其天然单轴抗压强度试验结果为 15.822.6 MPa,注浆处理达到了预期效果。混凝土芯抗压试验结果统计,见表 2。对于抽芯检测无充填或半充填的溶(土)洞,重新进行注浆处理。代表性抽芯检测,见图 4。表2混凝土芯抗压试验结果统计抽芯钻孔编号充填物取样深度/m混凝土强度换算值/MPa单值代表值ZJ01-1水泥砂浆固结体6.506.8022.122.623.222.5ZJ06-1水泥砂浆固结体6.106.5019.017.918.216.6ZJ11-1水泥砂浆固结体8.3
15、08.6015.415.815.916.1 (a)土洞充填物(b)溶洞充填物图4代表性抽芯检测 4.2 平板载荷试验有代表性的 3 个注浆孔 ZJ02、ZJ08 和 ZJ13,在距离 3.0 m 处进行浅层平板载荷试验。根据建筑地基基础设计规范(GB 500072011),试验所用载荷板直径 2.0 m,载荷板中心与注浆孔重合。最大加载量不小于最大荷载的 2 倍,取400 kPa,分 8 级加载,4 级卸载。平板载荷试验结果,见表 3 和图 5。3 个试验点的 P-S 曲线较为平缓,均未达到建筑地基基础设计规范规定的破坏条件,极限荷载均大于 400.0 kPa,地基土的承载力特征值均大于 20
16、0.0 kPa,场地注浆处理前试验得到地基承载力特征值 170.3 kPa,提高幅度超过 17.4%,可邓钟尉,等:覆盖型岩溶地基加固处理与效果检测 175 满足施工机械所需的地基承载力要求。表3平板载荷试验结果试验点ZJ02附近ZJ08附近ZJ13附近最大沉降量Smax/mm31.132.528.3残余变形Sr/mm10.312.28.9极限荷载Pu/kPa400400400承载力特征值Pe/kPa200200200 0510152025303550100150200250300350400450ZJ02ZJ08ZJ13沉降量S/mm荷载P/kPa图5平板载荷试验结果 4.3 标准贯入试验在
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