黎鸿 张军新 颜光辉

【摘 要】 众所周知溶蚀孔洞对建筑场地的使用和安全有着严重的影响，地基中下伏孔洞往往会削弱或破坏其上覆岩（土）层的稳定性，给建筑工程基础选型和施工带来难题。在这类场地上修建工程，首先必须对孔洞的稳定性即孔洞围岩或孔洞上覆岩（土）层的承载力和稳定性进行研究和评价，针对性的给出合理的处理手段。而溶蚀孔洞场地地基处理方式往往不是单一的，文章以成都某含膏泥岩溶蚀孔洞场地的地基处理为例，通过孔洞分布情况、稳定性分析结果采用多种综合处理手段成功解决了该项目的地基加固问题，为以后处理含膏泥岩溶蚀孔洞场地提供相关处理经验。

【关键词】含膏泥岩; 溶蚀孔洞; 大直径素混凝土置换桩; 综合评价

1 工程概况

项目位于成都市高新区，建筑物共33层，高度99.9 m，剪力墙结构，下设地下室2层。详勘期间未发现持力层附近存在溶蚀孔洞。原建筑物的基础形式为桩-筏基础，后在开挖基础桩孔的过程中，发现孔内泥岩结构裂隙发育，岩土破碎，在孔内还发育大量的溶蚀孔洞，规模较大。此时桩基已开挖桩孔深度不一（大部分为9.00～12.00 m），同时在已有的桩孔施工中发现，采用管井法结合的桩孔内抽水法也不能有效降低地下水位至12.00 m以下，人工挖孔桩的方案也难以实施。故需要查明地基溶蚀孔洞分布情况，对地基进行综合加固处理。

2 含膏泥岩溶蚀孔洞成因及分布

本工程地质条件特殊，在受力层范围内受包江橋断裂及石膏岩溶蚀影响，在强风化泥岩及相应角砾岩层中分布有较多的溶蚀孔洞，在对地基进行综合处理前，需分析溶蚀孔洞成因、查明溶蚀孔洞范围及深度，为后续含膏泥岩溶蚀孔洞处理施工提供依据。

2.1 溶蚀孔洞成因分析

场地内分布的孔洞大致可分为两大类：一类为主要分布于泥岩中的构造孔洞，另一类为分布于角砾岩中的硫酸盐溶融孔洞。

2.1.1 构造成因孔洞

主要形成于断裂构造发育期，由岩石塑性变形或断裂而形成，常发育于白垩系灌口组泥岩地层中。

2.1.2 溶融孔洞

主要形成于断裂构造带及角砾岩形成后期，经受地下水的径流、侵蚀作用，溶融了角砾岩层中的硫酸盐，形成溶融孔洞，常发育于角砾岩层中，部分孔洞中残留有数量不等的角砾岩碎块及岩块。场地内孔洞主要展布方向于断裂走向基本一致，次要展布方向于断裂走向呈约60°夹角，与压扭性应力方向基本一致。但因岩石裂隙、塑性变形及地下水的影响，孔洞规模大小不等，单个孔洞的发育情况不等，个体形态各异，无规律可循。

2.2 溶蚀孔洞分布查明

本项目在地基（孔洞）处理前和处理过程中，综合采用物探（高密度电法）、取芯钻探、水下摄像、声波测试、压水试验对地下水渗流分析等多种勘查、测试手段，重点、详细查明孔洞的分布、大小、填充物及连通性等，以便及时调整处理方案，实现地基处理的信息化、动态化，保证地基（孔洞）处理效果，从而保证地基处理的预期目的。

2.2.1 物探（高密度电法）

该方法工作效率高，一次布设观测可以完成纵、横二维探测过程，可反映地下岩土体沿水平及垂直方向的电性变化情况，具备常规直流电剖面法和电测深法的综合探测能力等优点，物探成果表明，建筑地基下伏孔洞总体连通性不强，呈随机分布，且大小不一（图1）。

2.2.2 取芯钻探

根据对物探探明场地溶蚀孔洞区，采用XY-1型钻机对场地进行钻探核实，并形成地质勘探三维模型（图2）。

2.2.3 水下钻孔摄像

为了更加直观、有效的查看场地中由硫酸盐溶融形成的孔洞分布情况和溶蚀特征情况，采用水下钻孔电视成像技术对存在较大溶蚀孔洞的钻孔进行全孔壁数字成像测试（图3）。

2.2.4 声波测试

利用波速的变化反映岩层岩性的变化，根据岩体完整性指数，表明底部基岩体完整性属较完整类。根据波速的变化反应岩土存在孔洞的特性（图4）。

2.2.5 地下水渗流分析

通过连通试验结果分析可得，下伏石膏岩层溶蚀较好，各孔洞连通性好，且多处溶洞均与地表水和府河水存在直接联系。局部存在多处独立溶蚀体系，其尚未贯通形成可循环的补、径、排通道（图5）。

3 上覆岩（土）层的承载力和稳定性分析

根据溶蚀孔洞查明情况，通过建立模型进行数值仿真计算，掌握地下孔洞对地基承载力及变形的影响规律和程度，进行综合评估地基承载力，然后针对性的给出处理方式建议（图6）。

计算过程先对计算域进行初始位移场平衡计算，然后模拟计算地基上覆土层的开挖，最后模拟地基土的加固，并施加竖向建筑荷载。

模型计算了土层开挖后产生的卸荷回弹，以及采用筏板及置换桩加固并施加压力后土层的沉降量;另外计算分析了地基中孔洞灌浆后，再采用筏板及置换桩加固并施加压力后的沉降量（图7～图9）。

由计算云图可知，上层土开挖完后在孔洞四周，有孔洞工况下的最大回弹位移比无孔洞工况下的回弹位移1～2 mm，其中尺寸最大的孔洞差异最大，为2 mm，约占总回弹位移的17 %。

孔洞灌浆工况下，在筏板上施加压应力后开挖面的最大沉降量为-5.1 cm，最小沉降量为-3.4 cm，与未灌浆工况下及无孔洞工况下计算的沉降量差异不大。但孔洞四周的沉降量则比未灌浆下的小，其中最大孔洞四周的最大沉降量比未灌浆工况下的沉降量小8 mm左右，其余3个孔洞的沉降量则小4 mm左右。也充分说明了在地基处理的基础上对孔洞灌浆是必要的，可减小地基的变形，提高地基承载力。

4 地基处理综合方法

通过对上覆岩（土）层的承载力和稳定性分析以及溶蚀孔洞分布特点，在解决基础底承载力不足的基础上还需对下伏的溶蚀孔洞进行进一步的处理，以减少孔洞四周的沉降变形，而单一的处理方式无法完全解决地基承载力及下伏孔洞变形的问题，需采用多种处理方式对泥岩溶蚀孔洞场地地基进行处理。

4.1 大直径素混凝土置换桩加固软岩地基

该加固方案是在充分利用原有天然地基承载力的基础上，将原设计的12.00 m的桩基方案改为桩长5.00 m的素混凝土桩复合地基方案。采用该方案不但更加充分的利用了原有天然地基的承载力，同时桩长减小到5.00 m，使基础底5.00 m厚度范围形成硬壳层后，桩端与地下孔洞间的顶板厚度增大了7.00 m以上，减小了孔洞顶板坍塌风险，保障了建筑地基基础的安全性。另一方面，采用大直径桩复合地基后，大直径素混凝土桩桩长仅5.00 m，也一并解决了人工挖孔桩的降水问题（图10）。

4.2 抛石压浆充填

对于已探明存在大孔径孔洞范围（高度超过2 m以上）的孔桩的孔洞采用抛石压浆充填，方式如下：

（1）前期已施工孔桩继续开挖至孔洞顶边界，对已有充填物的孔洞，如充填物可灌性小，固结强度低，通过孔洞范围的压浆孔高压注浆，注浆体采用抗硫酸盐水泥配制纯水泥浆液，水灰比为2∶1、1∶1、0.5∶1，先用2∶1浆液开灌，待返浆稳定后，改用1∶1浆液灌注，当返浆浓度1∶1时，改用0.5∶1浆液灌注，使浓浆均匀渗透。

（2）如孔洞内充填物较少，通过孔桩向孔洞内投入毛石、片石等物料充填，充填饱满度不小于90 %;然后通过压浆孔向孔洞内压浆，充填毛石、片石之间的裂隙，形成浆液的结石体，与孔洞岩面良好的固结（图11）。

4.3 旋挖桩钢套筒穿越孔洞

当孔洞的连通性不是很好时，在已有1 m的基础桩的桩底采用旋挖成孔穿过大孔洞区，孔洞区顶板以上2 m至桩底之间范围内采用钢护筒护壁（图12）。

（1）护筒用5 mm 厚的钢板卷制而成， 护筒长度按孔洞区顶板以上2 m至桩底之间范围确定。

（2）钢护筒在地面拼装制作，在钢护筒顶部夹塞软棉物， 以防止灌注混凝土时产生离析。

（3）在灌注孔洞区的混凝土时， 混凝土浇注速度要减慢， 防止由于侧压力过大， 致使钢护筒变形。

4.4 一般溶蚀孔洞发育区灌浆

对于一般的溶蚀孔洞区，采用钻孔灌浆的形式，注浆孔按3.0 m×3.0 m梅花形布置，采用XY-100型钻机成孔，孔径100 mm，成孔深度按该区域最浅孔洞以上3 m至最深孔洞以下5 m考虑，且不小于15 m。成孔过程中对桩底孔洞进行进一步核实。

灌浆所用抗硫酸盐水泥浆液，设计灌浆压力0.8 MPa;在浆液中掺加水泥重量1 %～2 %的速凝剂，使渗入采空区的浆液尽快固结，速凝剂采用水玻璃，当注浆量大或孔洞裂隙、空隙较大时，改灌0.5∶1∶1水泥砂浆，但掺砂量不应大于水泥重量的200 %;浆液变换按由稀到浓逐级变换。

（1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减小时，或当注入率不变而压力持续升高时，不改变水灰比。

（2）当某级浆液注入量已达300 L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级水灰比。

（3）当注入率大于30 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

（4）在该灌浆段最大设计压力下，当注入率不大于1 L/min后，继续灌注30 min，灌浆可结束。

5 加固效果的多种检测手段

5.1 物探（高密度电法）

项目在孔洞压浆处理后采重新用了物探（高密度电法）对比处理前的效果，可见通过工程处治前后对比可以看出，测线1-1’附近洞穴状低阻异常已经消失，取而代之的是较为平滑的整体形态曲线，且与围岩电阻率相差不大，耦合性较好，推测此段处治效果较好（图13、图14）。

5.2 压水试验

通过压水试验对比灌浆前后地层渗透系数和渗透流量的变化，对压水试验结果逐段分析，评定压浆质量。

根据SL-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》规定，对4#、6#、8#孔进行压水试验。压浆前后地层压水试验的吕容值（Lu）数据见表1、表2。

根据压浆前后压水试验的吕容值（Lu）数据显示，试验孔数据前后变化明显，已达到设计要求。灌浆后通过提取芯2.932样检查，芯样饱满，未发现积水现象，满足设计要求。

5.3 长期监测

地基处理后，通过埋设大量监测元件对施工过程中的地基受力性状和建筑物沉降进行了长期监测，监测检测和监测结果表明，采用多种方式处理后的地基，地基变形满足各项要求，处理达到了预期效果，满足设计要求，并取得了多项科技成果，填补了红层软岩溶蚀孔洞地区的地基处理方法。

6 结论

（1）在地基（孔洞）处理前和处理过程中，综合采用多种勘查、测试手段，重点、详细查明孔洞的分布、大小、填充物及连通性等，以便及时调整处理方案，实现了地基处理的信息化、动态化，保证地基（孔洞）处理效果，从而保证了地基处理的预期目的。

（2）该项目采用“压浆处理孔洞+大直径素混凝土置换桩加固软岩地基+抛石回填+旋挖桩钢套筒穿越孔洞”的多种方法综合处理技术，在岩溶地区软岩地基处理中属首次，创新了含膏泥岩溶蚀孔洞地基的处理技术。为今后岩溶场地软岩地基的处理技术的推广应用具有重大的实践意义。

（3）由于孔洞处理后的压浆效果如何不能直观判断，用常规的检测手段也无法完成，该项目在孔洞压浆处理后采用了物探（高密度电法）、压水试验、钻孔取芯等综合手段进行检测，并与处理前孔洞探查情况进行对比，较好的评价了孔洞压浆处理的效果。

（4）通过埋设应变计、压力盒、沉降计等元件对大直径素混凝土置换桩及其桩间土进行长期的内力及變形监测，并对监测结果进行分析，了解掌握此类含膏溶蚀孔洞的复合地基的受力机理和承载力特性，为今后类似工程设计方法改进和变形预测积累了宝贵的实测资料。

参考文献

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3437501908224