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摘要：由于岩溶地区地质复杂，地下水活动强烈，在岩溶发育地段岩面以上常形成局部软塑状土。本文通过结合工程实例进行分析，阐述了化学灌浆原理、施工工艺、施工设计及施工控制，阐述了化学灌浆法施工加固所能达到的预期效果，提出了施工过程中应注意的相关事项及其探讨性建议。
关键词：岩溶地区；地基处理；化学灌浆；施工工艺；
由于岩溶地区地质复杂，地下水活动强烈，其波动对上覆残积土层影响大，因此，在岩溶发育地段岩面以上常形成局部软塑状土，土洞也是岩溶区土层地基中常见的一种岩溶作用的产物。局部软土的存在及土洞的发育塌陷，严重影响地基的稳定性及地基土的均匀性。浅层土洞处理一般采用开挖至土洞顶板灌入砾石、碎石混凝土等方法处理，若土洞埋深较大时，分层压实灌入砾石、碎石施工难度大。
1 化学灌浆法原理分析
化学灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”。灌浆理论主要有渗透灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆及电化学灌浆等四类。在岩溶地区软土及土洞中多采用劈裂灌浆。劈裂灌浆是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直最小应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和擴散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。其加固目的主要有以下几方面：
(1)增加地基土的不透水性，在一定程度上封堵岩溶水；
(2)浆液灌注土洞中固结，并填充土洞，防止并避免土洞的进一步发展；
(3)提高地基土的承载力，改善软土的工程性质，减少地基的沉降和不均匀沉降。
2工程施工加固预期效果
本工程共施工灌浆孔18个，平均引孔长度为8．50m，实际压浆孔段长需以打入出浆管情况综合确定，最终打入134．50m，灌注浆液64．90m3，耗用水泥59t。质量检测在施工结束10天后进行，采取钻孔检查、观测灌注质量及效果，并在灌注目的层作标准贯入检测。由业主指定2个点作标准贯入测试并取心观察，检测结果表明，处理范围内的土洞以被水泥化学浆液固结充填密实。取出岩心多见水泥化学浆液呈树枝状、脉状穿插固结，标准贯入试验6段，锤击数5．0～7．0击。土层承载力标准值>140kPa，以满足设计要求。
3工程概况
某教工宿舍楼，占地面积约220m，建筑面积约1400m，楼高为6层(底层车库、杂物间)。拟建场地位于岩溶峰丛平原区，根据工程勘察资料，上覆盖第四系厚度4．50～12．00m，其中表层填土厚度为0．50～2．50m，以下为红粘土，其特征为上硬下软，整个场地红粘土以硬塑状、可塑状为主，硬塑状红粘土承载力标准值fak=170kPa，可塑状红粘土承载力为fak=140kPa。在该拟建宿舍北面东、西两个角点勘探孔ZK7、ZK9号发现软塑状红粘土及半充填土洞，ZK7号孔土洞埋深3．20m，高度2．40m，软塑状红粘土埋深7．60m，厚度4．10m，ZK9号孔土洞埋深2．70m，高度7．40m，该洞底板即为灰岩。
4工程设计及施工工艺控制
根据对场地岩土工程地质特征及施工条件综合分析，选择压力化学灌浆方法进行加固处理。设计要求处理后的土洞填充密实，承载力标准值达到140kPa。在充分研究拟建场地地基土情况和设计要求的基础上，经过精确设计并确定需要加固处理的软土、土洞范围，根据软土的地基土参数确定灌浆孔间距、灌浆压力、灌浆量等。
在圈定的北面东、西两个角点的独立柱范围内布置灌浆孔，灌浆孔间距为0．97～1．03m，采用距形布置，灌浆深度为埋深在7．60～11．70m之间的软塑状红粘土层，以及埋深2．70～10．10m之间的土洞，处理范围及灌浆孔布置详见图1。
(2)浆液配比：注浆采用425普通硅酸盐水泥，同时掺入水泥用量0．3％的复合型减水早强剂。水：水泥：早强剂 = 1：1．3：0．04。
(3)注浆压力一般与加固土层的深度、土层的密实度、浆液稠度、灌注速度和灌注量等因素有关。若注浆压力偏小，可能达不到对土体产生劈裂、渗透效果，若注浆压力偏大，会产生被加固体不均匀，甚至有可能导致地基结构的破坏。但在保证地层结构安全的情况下，可偏向于较高的注浆压力，这样有利于提高浆液的可灌性，有助于挤出土层和浆液中的多余水分，提高浆液结石的强度。注浆压力根据相同土层注浆施工经验确定，一般情况下，在粘性土中的经验数值为0．2～0．3MPa。在缺乏经验时，也可采用被动土压力理论公式计算，初步确定灌浆压力，并通过现场试验最终确定。
(1)
式中：——土体重度，kN／m3；——土体内摩擦角，(°)；c——土体的粘聚力，kPa；——加固土层的厚度，m。
(4)注浆量根据土层情况和土洞大小确定，可按公式(2)计算量作为参考。一般软塑状红粘土每延米灌注量为0．8～1．0m3，而土洞灌注量以灌满冒浆为止。
(2)
式中：——浆液总用量，L；V——注浆对象的土体积，m3；n——土的孔隙率；K经验系数，软土、粘性土取0．3～0．5。
采用φ42mm钻杆加工成出浆管，出浆孔直径约为3～5mm，均匀分布在出浆管上，出浆管长度80～100cm为宜，端部用一探头封堵，探头呈锥形，略大于出浆管。采用普通工程钻机将与钻杆连接的出浆管打入基岩面，钻杆上部连接输浆管(输浆管采用硬质塑料管，管径50mm，耐压高于1MPa)，压力泵通过输浆管、钻杆及出浆管将浆液压人软土层及土洞中。
注浆施工时应先施工外围注浆孔以形成帷幕，再施工内侧注浆孔，以此提高灌浆有效性，防止浆液过多外窜。为确保工程质量，施工时应以每段注浆量和总注浆量分别进行控制，即基岩面自下而上分段灌注，每段灌注完毕后往上提升出浆管，并要求每次提升要有0．2m搭接。
采用间隔跳跃式施工，尽量让相邻注浆孔施工时间间隔长一些，使先施工的注浆孔浆液有一定程度的凝固，局部封堵浆液流动通道，使后期注浆孔灌注效果更佳。施工中注意防止冒浆及灌注动态，若灌注形成不了压力，一般说明与通道连通，应采用间歇性灌注办法或适当加大浆液浓度等措施，灌注量未达到设计要求而开始冒浆时，应暂停灌注，待孔内浆液有所凝固时再恢复灌注。要特别注意准确地控制浆液的凝结时间，如果浆液的凝结时间大于灌浆时间，灌浆质量将大受影响。
5施工加固效果
本工程共施工灌浆孔18个，平均引孔长度为8．50m，实际压浆孔段长需以打入出浆管情况综合确定，最终打入134．50 m，灌注浆液64．90 m3，耗用水泥59 t。
质量检测在施工结束10天后进行，采取钻孔检查、观测灌注质量及效果，并在灌注目的层作标准贯入检测。由业主指定2个点作标准贯入测试并取心观察，检测结果表明，处理范围内的土洞以被水泥化学浆液固结充填密实。取出岩心多见水泥化学浆液呈树枝状、脉状穿插固结，标准贯入试验6段，锤击数5．0～7．0击。土层承载力标准值>140 kPa，满足设计要求。
6 施工过程应注意的相关事项及建议
（1）如果需处理的土洞较大时，水泥用量较大，如在满足设计要求的情况下，可在水泥浆液中渗入一定比例的粘土或粉煤灰，以减少施工成本。
（2）灌浆时要特别注意施工场地周围的情况变化，如地面隆起，冒浆串入下水道等，尤其是施工场地附近是居民生活区更要注意，有时可能浆液会流入污水管道以致堵塞。
（3）由于粘性土(特别是饱和软粘土)的渗透性较差且不均匀，故在灌浆时其加固效果也往往是分布不均匀的，我们在以往的一些软粘土灌浆检测中也证明了这一点，所以在灌浆设计时应充分考虑到软粘土的这种特性，灌浆孔距、排距尽量取小值，或通过现场灌浆试验确定，本设计中采用孔距约1．00m，取得了较理想的效果。
参考文献：
[1]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S]．
[2]黄智岳，分层劈裂注浆在加固机坪软基中的应用[J]．市政技术，2004，22(2)．
[3]中国勘察设计协会工程勘察与岩土分会．第六届全国岩土工程宴录交流会岩土工程实录集[M]．北京：兵器工业出版社，2004．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：岩溶地区；地基处理；化学灌浆；施工工艺；
由于岩溶地区地质复杂，地下水活动强烈，其波动对上覆残积土层影响大，因此，在岩溶发育地段岩面以上常形成局部软塑状土，土洞也是岩溶区土层地基中常见的一种岩溶作用的产物。局部软土的存在及土洞的发育塌陷，严重影响地基的稳定性及地基土的均匀性。浅层土洞处理一般采用开挖至土洞顶板灌入砾石、碎石混凝土等方法处理，若土洞埋深较大时，分层压实灌入砾石、碎石施工难度大。
1 化学灌浆法原理分析
化学灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据其位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性良好的“结石体”。灌浆理论主要有渗透灌浆、劈裂灌浆、压密灌浆及电化学灌浆等四类。在岩溶地区软土及土洞中多采用劈裂灌浆。劈裂灌浆是指在压力作用下，浆液克服地层的初始应力和抗拉强度，引起岩石和土体结构的破坏和扰动，使其沿垂直最小应力的平面上发生劈裂，使地层中原有的裂隙或孔隙张开，形成新的裂隙或孔隙，浆液的可灌性和擴散距离增大，而所用的灌浆压力相对较高。其加固目的主要有以下几方面：
(1)增加地基土的不透水性，在一定程度上封堵岩溶水；
(2)浆液灌注土洞中固结，并填充土洞，防止并避免土洞的进一步发展；
(3)提高地基土的承载力，改善软土的工程性质，减少地基的沉降和不均匀沉降。
2工程施工加固预期效果
本工程共施工灌浆孔18个，平均引孔长度为8．50m，实际压浆孔段长需以打入出浆管情况综合确定，最终打入134．50m，灌注浆液64．90m3，耗用水泥59t。质量检测在施工结束10天后进行，采取钻孔检查、观测灌注质量及效果，并在灌注目的层作标准贯入检测。由业主指定2个点作标准贯入测试并取心观察，检测结果表明，处理范围内的土洞以被水泥化学浆液固结充填密实。取出岩心多见水泥化学浆液呈树枝状、脉状穿插固结，标准贯入试验6段，锤击数5．0～7．0击。土层承载力标准值>140kPa，以满足设计要求。
3工程概况
某教工宿舍楼，占地面积约220m，建筑面积约1400m，楼高为6层(底层车库、杂物间)。拟建场地位于岩溶峰丛平原区，根据工程勘察资料，上覆盖第四系厚度4．50～12．00m，其中表层填土厚度为0．50～2．50m，以下为红粘土，其特征为上硬下软，整个场地红粘土以硬塑状、可塑状为主，硬塑状红粘土承载力标准值fak=170kPa，可塑状红粘土承载力为fak=140kPa。在该拟建宿舍北面东、西两个角点勘探孔ZK7、ZK9号发现软塑状红粘土及半充填土洞，ZK7号孔土洞埋深3．20m，高度2．40m，软塑状红粘土埋深7．60m，厚度4．10m，ZK9号孔土洞埋深2．70m，高度7．40m，该洞底板即为灰岩。
4工程设计及施工工艺控制
根据对场地岩土工程地质特征及施工条件综合分析，选择压力化学灌浆方法进行加固处理。设计要求处理后的土洞填充密实，承载力标准值达到140kPa。在充分研究拟建场地地基土情况和设计要求的基础上，经过精确设计并确定需要加固处理的软土、土洞范围，根据软土的地基土参数确定灌浆孔间距、灌浆压力、灌浆量等。
在圈定的北面东、西两个角点的独立柱范围内布置灌浆孔，灌浆孔间距为0．97～1．03m，采用距形布置，灌浆深度为埋深在7．60～11．70m之间的软塑状红粘土层，以及埋深2．70～10．10m之间的土洞，处理范围及灌浆孔布置详见图1。
(2)浆液配比：注浆采用425普通硅酸盐水泥，同时掺入水泥用量0．3％的复合型减水早强剂。水：水泥：早强剂 = 1：1．3：0．04。
(3)注浆压力一般与加固土层的深度、土层的密实度、浆液稠度、灌注速度和灌注量等因素有关。若注浆压力偏小，可能达不到对土体产生劈裂、渗透效果，若注浆压力偏大，会产生被加固体不均匀，甚至有可能导致地基结构的破坏。但在保证地层结构安全的情况下，可偏向于较高的注浆压力，这样有利于提高浆液的可灌性，有助于挤出土层和浆液中的多余水分，提高浆液结石的强度。注浆压力根据相同土层注浆施工经验确定，一般情况下，在粘性土中的经验数值为0．2～0．3MPa。在缺乏经验时，也可采用被动土压力理论公式计算，初步确定灌浆压力，并通过现场试验最终确定。
(1)
式中：——土体重度，kN／m3；——土体内摩擦角，(°)；c——土体的粘聚力，kPa；——加固土层的厚度，m。
(4)注浆量根据土层情况和土洞大小确定，可按公式(2)计算量作为参考。一般软塑状红粘土每延米灌注量为0．8～1．0m3，而土洞灌注量以灌满冒浆为止。
(2)
式中：——浆液总用量，L；V——注浆对象的土体积，m3；n——土的孔隙率；K经验系数，软土、粘性土取0．3～0．5。
采用φ42mm钻杆加工成出浆管，出浆孔直径约为3～5mm，均匀分布在出浆管上，出浆管长度80～100cm为宜，端部用一探头封堵，探头呈锥形，略大于出浆管。采用普通工程钻机将与钻杆连接的出浆管打入基岩面，钻杆上部连接输浆管(输浆管采用硬质塑料管，管径50mm，耐压高于1MPa)，压力泵通过输浆管、钻杆及出浆管将浆液压人软土层及土洞中。
注浆施工时应先施工外围注浆孔以形成帷幕，再施工内侧注浆孔，以此提高灌浆有效性，防止浆液过多外窜。为确保工程质量，施工时应以每段注浆量和总注浆量分别进行控制，即基岩面自下而上分段灌注，每段灌注完毕后往上提升出浆管，并要求每次提升要有0．2m搭接。
采用间隔跳跃式施工，尽量让相邻注浆孔施工时间间隔长一些，使先施工的注浆孔浆液有一定程度的凝固，局部封堵浆液流动通道，使后期注浆孔灌注效果更佳。施工中注意防止冒浆及灌注动态，若灌注形成不了压力，一般说明与通道连通，应采用间歇性灌注办法或适当加大浆液浓度等措施，灌注量未达到设计要求而开始冒浆时，应暂停灌注，待孔内浆液有所凝固时再恢复灌注。要特别注意准确地控制浆液的凝结时间，如果浆液的凝结时间大于灌浆时间，灌浆质量将大受影响。
5施工加固效果
本工程共施工灌浆孔18个，平均引孔长度为8．50m，实际压浆孔段长需以打入出浆管情况综合确定，最终打入134．50 m，灌注浆液64．90 m3，耗用水泥59 t。
质量检测在施工结束10天后进行，采取钻孔检查、观测灌注质量及效果，并在灌注目的层作标准贯入检测。由业主指定2个点作标准贯入测试并取心观察，检测结果表明，处理范围内的土洞以被水泥化学浆液固结充填密实。取出岩心多见水泥化学浆液呈树枝状、脉状穿插固结，标准贯入试验6段，锤击数5．0～7．0击。土层承载力标准值>140 kPa，满足设计要求。
6 施工过程应注意的相关事项及建议
（1）如果需处理的土洞较大时，水泥用量较大，如在满足设计要求的情况下，可在水泥浆液中渗入一定比例的粘土或粉煤灰，以减少施工成本。
（2）灌浆时要特别注意施工场地周围的情况变化，如地面隆起，冒浆串入下水道等，尤其是施工场地附近是居民生活区更要注意，有时可能浆液会流入污水管道以致堵塞。
（3）由于粘性土(特别是饱和软粘土)的渗透性较差且不均匀，故在灌浆时其加固效果也往往是分布不均匀的，我们在以往的一些软粘土灌浆检测中也证明了这一点，所以在灌浆设计时应充分考虑到软粘土的这种特性，灌浆孔距、排距尽量取小值，或通过现场灌浆试验确定，本设计中采用孔距约1．00m，取得了较理想的效果。
参考文献：
[1]JGJ79-2002，建筑地基处理技术规范[S]．
[2]黄智岳，分层劈裂注浆在加固机坪软基中的应用[J]．市政技术，2004，22(2)．
[3]中国勘察设计协会工程勘察与岩土分会．第六届全国岩土工程宴录交流会岩土工程实录集[M]．北京：兵器工业出版社，2004．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。