吴伟平，卢 进，王青龙，涂志诚，蔡 婕

（1、中铁建工集团有限公司 北京 100160；2、广州地铁集团有限公司 广州 510308）

0 引言

随着我国基建事业的不断发展，灌注桩基础在建筑工程中得到了越来越多的应用。而在岩溶地区进行灌注桩施工过程中，有必要在施工前对灌注桩范围内的溶洞进行预处理。注浆法作为灌注桩溶洞预处理方式的一种，具有原位加固、施工简单方便、对地面损害和扰动小等特点，施工过程中该方法不需要大型复杂的设备，其施工技术运用起来简单，易于操作［1］，其代表方法有采用单液水泥浆或双液浆（水泥浆液+水玻璃浆液）的静压注浆法或袖阀管注浆法以及灌注水泥砂浆法，其中水泥+水玻璃浆液凝固后的结石率高，达98%以上，且结石体的早期强度增长很快，抗压强度较高，较为常用［2-4］。

1 复合灌注材料间歇注浆预处理施工技术的优势

传统的浆方法是将溶洞内的空隙用单液水泥浆、双液浆（水泥浆液+水玻璃浆液）或水泥砂浆充填满，关键在于注浆材料可在短时间内瞬间凝固，可确保浆液在一定范围内且不流失，以提高材料利用率，加固底层也更为稳定［5］。但对于大型溶洞，采用单液水泥浆的注浆量太大，若溶洞内存在流动的地下水，注入的浆液不易于形成固结体，造成浆液随地下水的流动而四处跑浆，造成浆液浪费；而双液浆虽然凝固快，没有跑浆问题，但其造价较单液浆高，而且容易在溶洞中形成锥体，不能完全填充桩基础范围的溶洞。

上述缺陷极大地限制了注浆法在桩基溶洞预处理工程的应用，间歇注浆或者掺加速凝剂解决能够有效填充桩基础范围的溶洞［6］。本文提出的复合灌注材料间歇注浆预处理桩基溶洞施工工法，解决了桩基溶洞预处理过程中水泥用量大、浆液四处跑浆问题，能够有效填充桩基础范围的溶洞，相对于传统施工，该工法更加高效经济，工程适用范围更加广泛，较大地提高了其市场竞争力。

复合灌注材料间歇注浆预处理桩基溶洞施工工法充分糅合了单液注浆法、双液注浆法及灌注水泥砂浆法3 种常用处理方法的优点，发展出一种更加高效的灌注桩溶洞预处理方法，具有以下突出特点：

⑴可将灌注桩范围内大型溶洞填充成圆柱体，确保灌注桩顺利施工，控制混凝土充盈系数。

⑵溶洞注浆量可控，克服了在大型溶洞中的跑浆问题。

⑶注浆体强度较高，可提高灌注桩在溶洞范围内的侧摩阻力。

⑷工法施工简便、快速，不需要太多特殊的施工机具。

2 复合灌注材料间歇注浆预处理施工技术原理

采用复合灌注材料间歇注浆预处理灌注桩范围内的溶洞时，砂浆灌注孔与袖阀注浆孔沿桩周均匀交替布置，布孔原则为桩径1.0～1.4 m 的桩布孔各3 个；桩径1.5～1.8 m 的桩布孔各4 个；桩径2.0 m 的桩布孔各5 个。

对每个砂浆灌注孔，依次泵送砂浆至达到设计压力，砂浆注不进时灌注即可完成。

待砂浆具有一定强度后，对每个袖阀注浆孔，依次按下列工艺进行注浆：首先在溶洞范围内采用袖阀管注双液浆（水泥浆液+水玻璃浆液）1次，双液浆快速凝固，形成环状止水帷幕，使后续注浆加固具有可控性及可靠性；双液浆灌注完毕后，关闭水玻璃浆阀门，提管灌注水泥浆一定时间，使得注浆管周边范围不会因双液浆凝固造成封管，接着在溶洞范围内采用袖阀管注单液水泥浆，水泥浆缓慢凝结形成一定直径的注浆体；最后，再在溶洞范围内采用袖阀管注双液浆（水泥浆液+水玻璃浆液）1 次，通过双液注浆的渗透、劈裂、挤密作用扩大浆液扩散范围，并及时封堵注浆体内孔隙，从而使处理效果更佳。复合灌注材料间歇注浆施工工艺原理如图1所示。

图1 复合灌注材料间歇注浆施工工艺原理Fig.1 Schematic of the Construction Process of Intermittent Grouting of Composite Grouting Materials

3 复合灌注材料间歇注浆预处理施工工艺

复合灌注材料间歇注浆施工工艺流程如图2所示。

图2 复合灌注材料间歇注浆施工工艺流程Fig.2 Flow Chart of the Construction Process of Intermittent Grouting of Composite Grouting Materials

3.1 施工准备

⑴清场备料：平整施工场地清除地面障碍，当地表过软土时，应采取防止机械失稳的措施，备足水泥和外加剂。

⑵测量放线：按设计要求定好注浆孔、排气孔孔位，并作出明显标志。

⑶机具就位：钻机、泵机就位，安装制浆、测浆设备，接通水路、电路和气路，运转试机。

3.2 砂浆灌注孔成孔钻孔

⑴钻头定位，将钻机钻头定位于放线孔位处。

⑵钻孔施工选择采用地质钻机钻孔到设计深度。

⑶钻孔孔径一般为150 mm。

⑷对持力层中出现砂层等易塌孔地层，需采用泥浆护壁或套管护壁，保证钻孔不垮孔不堵塞。

3.3 灌注砂浆

⑴为防止孔壁垮塌堵塞钻孔，钻孔完成便放下直径为120 mm 的灌注导管，导管下至稳定的土层或岩面，顶端高出地面50 cm，外侧焊直径25 mm 的钢筋，以防止导管掉入孔内。

⑵在孔口以下1.5 m 范围内浇注砂浆固定导管，防止泵送砂浆时导管移位。

⑶泵送砂浆时压力控制在10 MPa，施工过程中密切观测地表变化，如果地面产生裂缝和抬升，则及时降低泵送压力及灌注量。

⑷当达到设计压力，注不进时灌注即可完成。⑸灌注完成后及时用挖机拔出灌注导管，清洗干净以备后用。

3.4 袖阀注浆孔成孔钻孔

⑴砂浆具有一定强度后，钻头定位，将钻机钻头定位于放线孔位处。

⑵注浆孔施工选择采用地质钻机钻孔到设计深度。⑶注浆孔钻孔孔径一般为91 mm。

⑷对持力层中出现砂层等易塌孔地层，需采用泥浆护壁或套管护壁，保证钻孔不垮孔不堵塞。

3.5 安装袖阀管

⑴插入袖阀管，袖阀管为内径50 mm 的塑料管，由两部分组成，注浆段（穿过溶洞部分）为带有带射浆孔的花管，注浆段以上为实管。

⑵花管每隔33 cm 钻一组射浆孔（6～8 孔），射浆孔呈梅花形布设，其外为长8 cm 的橡皮袖阀包裹。

⑶为使下管容易、避免管弯曲，下管时可在管内注满水，花管下到溶洞底，超出溶洞顶50 cm。袖阀管下端套好锥形堵头，上端戴上保护帽。

⑷下好袖阀管后，地面以下1.0 m 内用1∶3 水泥砂浆封堵密实，待封堵砂浆强度超过3 MPa。

3.6 袖阀管双液注浆

⑴安装双塞密封注浆管，分段注浆，0.5～1.0 m为一段，间歇注浆，每段注浆完毕后间歇30～60 min后继续下一段注浆，第一次双液浆灌注完毕后，关闭水玻璃浆阀门，提管灌注水泥浆5～10 min，使得注浆管周边范围不会因双液浆凝固造成封管。

⑵注浆压力：采用1.0～2.0 MPa；注浆压力需根据每个溶洞填充土的性质进行注浆压力设计。

⑶双液注浆配比：水泥浆液（A 液）质量配合比为水∶水泥=1∶1，水玻璃溶液（B 液）为水玻璃原液∶水=1∶1（体积比），水玻璃波美度Be=38～43，两种浆液A∶B=1∶1（体积比）。所用水泥浆及双液浆配比可根据现场施工需要在配比波动范围内进行调配。

⑷注浆流量：按30～60 L/min控制。

3.7 袖阀管单液注浆

⑴安装双塞密封注浆管，分段注浆，1.0～2.0 m为一段，间歇注浆，每段注浆完毕后间歇30～60 min后继续下一段注浆。

⑵注浆压力：采用1.0～2.0 MPa；注浆压力需根据每个溶洞填充土的性质进行注浆压力设计。

⑶单液注浆配比：质量配合比为水∶水泥=1∶1。

⑷注浆流量：按30～60 L/min控制。

4 复合灌注材料间歇注浆预处理施工技术的质量保证措施

复合灌注材料间歇注浆预处理桩基溶洞施工工法可根据工程要求和当地经验采用钻孔取芯等方法进行检验，并结合灌注桩施工实际效果综合评价加固效果［7］。施工及质量检查引用《建筑地基处理技术规范：JGJ 79—2012》［8］和《建筑地基基础施工质量验收规范：GB 50202—2018》［9］的相应条款。具体措施如下：

⑴先查明施工场地内现场环境及地下溶洞的情况以及桩基直径及桩长等情况，复核砂浆灌注孔及袖阀注浆孔的设计孔位。

⑵砂浆灌注参数及袖阀管双、单液注浆参数应根据土质条件、处理要求通过试验或根据工程经验确定，并在施工过程中严格加以控制。

⑶袖阀管双、单液注浆施工过程中，注浆时应注意检查浆液初凝时间、注浆流量、压力、提升高度、间歇时间是否符合设计要求，并且随时做好记录。

⑷钻孔施工过程中，对钻孔的孔位偏差、孔斜偏差严格控制。在钻进过程中随时用重锤、水平尺校正钻孔垂直度，钻孔孔斜率小于1%。

⑸钻孔位置与设计位置的偏差不大于50 mm。钻孔过程及注浆施工过程中，详细记录实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、溶洞、涌水、漏水情况，并与岩土工程勘察报告进行比较。

⑹施工过程中，施工中应严格按照施工参数和材料用量施工，并如实做好各项记录。若发现出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取对应措施进行处理。

⑺每次注浆施工完毕，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存浆液。

⑻施工中所产生的泥浆，应及时处理，可将泥浆运出或在现场短期堆放后作土方运出。

5 工程实例

广州市轨道交通13号线某项目采用钻孔灌注桩，桩端持力层为中风化灰岩或微风化灰岩，设计为端承桩。勘察钻孔893个，揭露到溶、土洞的钻孔有438个，见洞率约49.0%，其中揭露到两层及以上溶、土洞的101 个孔，占揭露溶洞钻孔总数的23.1%。共揭露溶洞577 个，其中全充填溶洞162 个，占全部溶洞的28.1%；半充填溶洞220 个，占全部溶洞的38.1%；无充填溶洞195 个，占全部溶洞的33.8%。揭露的洞体中最大高度为27.80 m，最小仅0.20 m。

本项目的部分灌注桩溶洞采用复合灌浆材料间歇注浆预处理灌注桩溶洞技术对行了处理。以其中一条桩径1.4 m 的灌注桩的9.0 m 高无充填溶洞为例，在桩身范围布置砂浆灌注孔3个，孔深至溶洞底部，先灌注砂浆约38 m³后返浆。3 d 后，布置袖阀注浆孔3 个，交替进行双液注浆及单液注浆，注浆约17 m³后返浆，并结束注浆，注浆设备系统如图3所示。采用抽芯法对灌注桩溶洞处理范围进行检测，检测结果表明溶洞范围得到了复合灌浆材料的有效充填，标贯试验显示注浆体测试标贯击数为15～50 击，大于设计要求的标贯击数10 击，满足设计及规范要求。预处理后，改位置进行了灌注桩施工，施工过程顺利，未出现漏浆或塌孔情况，混凝土充盈系数在正常范围内。主体结构完工后，最后100 d 的沉降观测结果显示沉降速率小于0.1 mm/d，建筑物沉降已进入稳定阶段，桩基满足设计及《建筑变形测量规范：JGJ 8—2016》［10］要求。

图3 注浆设备系统Fig.3 Grouting Equipment System

6 结论

⑴复合灌注材料间歇注浆法是一种新型的桩基溶洞预处理方法，该方法将灌注砂浆与袖阀管双液注浆相结合，解决了溶洞预处理施工中常见的跑浆及难以有效填充等问题。

⑵复合灌注材料间歇注浆法施工简便，注浆材料无污染，经检验该法在桩身范围内的溶洞填充效果良好。

⑶岩溶发育的工程场地，经复合灌注材料间歇注浆法预处理后，后续灌注桩施工的安全及质量得到提高。