岩溶地区应用压力灌浆化学加固法处理常见地质病害研究

宾富

摘要：本文通过实例分析，充分说明压力灌入水、水泥、水玻璃、粉煤灰这一化学加固法，加固覆盖岩溶地区地基软土、土洞、塌陷以及封堵岩溶裂隙，溶洞等常见地质病害是一种很有效的方法。另外，这一加固法具有取材广泛，无环境污染等优越性。因此在类似的广大覆盖岩溶地基处理中，结合场地实际情况，可以推广应用这一多快好省的地基加固处理方法。

关键词：岩溶地区 应用压力灌浆化学加固法 处理 常见地质病害

中图分类号：F407.1文献标识码：A

一、岩溶地区主要地质病害及形成机理

溶洞、土洞、岩洞塌陷、软土等，是岩溶地区常见地质病害。

溶洞：受地表水、地下水不断浸蚀，化学作用机械作用而形成。

土洞：是岩溶层上覆盖的土层被地表水冲蚀或地下水潜蚀、冲刷、掏空出现管道，流土造成土体破坏而形成的洞穴。

岩溶塌陷：是岩溶地区最主要的环境问题之一，其形成机制主要由下面两种作用形成。

1、渗流潜蚀作用：

在土洞形成的机理上，随着岩溶地下水的进一步潜蚀，岩溶洞穴管道中的中填物被潜蚀带走，对覆盖层地部基岩面附近，尤其是开口溶洞或岩溶深槽处的松软土体进行冲刷搬运，产生流土使土松化。特别是在打井抽水地区由于强力抽汲岩溶地下水，这种作用特别明显，可使土洞迅速扩大产生岩溶塌陷。

2、地下水位波动作用：a、失托增荷作用：当地下水位下降，土体尤其是土洞顶极处土体受到浮托力减小乃至消失，使土体溶重增加导致塌陷陷。b、浸泡软化作用：地下水位上升或降雨使土体饱水软化降低土体物理力学性能，使土洞顶极失稳而塌陷。c、散解作用：地下水位反复升降波动，使土体反复干湿交替变化，加剧土体崩解剥落形成土洞，促使塌陷。

软土：其产出部位往往在基岩面附近，这也是直接与岩溶裂隙，开口通道连通部位，随着地下水流动，破坏土体结构，使土松软。进一步潜蚀最易形成土洞。

二、病害的危害性

岩溶地区由于以上病害的存在，对房屋地基稳定性造成直接威胁，影响建筑物使用安全是很大工程隐患。特别是岩溶塌陷对已建建筑物危害更大，直接影响到人民生命财产安全，给国民经济造成巨大损失。

三、压力灌浆化学加固处理

岩溶地区地质病害危害严重必须处理，压力注入水、水泥、水玻璃、粉煤混合浆液这一化学加固法对堵岩溶开口、裂隙，加固土洞、固化软土提高地基承载力、稳定性是一种很有效的方法。

化学加固机理：

1、水玻璃与水泥水解产物生成硅酸钙，化学反应式：

NaOnSiO2+Ca（OH）2+MH2O—→CaOnSiO2·MH2O+NaOH同时水玻璃还与土中的钙反应生成的硅酸盐使土体进一步固结，增强本体抗潜蚀能力。

2、灌注大量浆液后，松散土体遭受挤压排出空隙水改变土体塑性状态，土体积缩小，土粒紧密从而提高土体强度。另外浆液在土中充填、穿插、切割、包裹等形式与土体形成新的混合体提高了土体强度。在灌注加固过程中以上两种机理是同时存在的，只是程度因时空条件不同而有所差异。

四、在基础设计方面

在覆盖岩溶地区进行建筑时，要尊重客观自然规律，以避免或减少岩溶塌陷等灾害所造成的损失。在设计建筑物时按抗震设计规范并采取相应的构造措施并提高建构物的整体刚度。建议五层以上砖混结构住宅建筑须设置地基圈梁，且其断面及配筋一般可按承重横墙最不利位置基础下产生直径为2.0m的土洞塌陷进行计算和设计，上下对称配筋。建议在工程地质勘察布孔时，除满足现行勘察规范外，尚应适当加密孔距和加深孔深。如发现地基有土洞、塌陷、软土等现害时，应先查明土洞、塌陷、软土的边界及评价其影响，并先对地基进行相应的处理，再进行建筑会更有利，符合方便节省的原则。

五、实例

本人在单位从事岩土工程勘察、设计、施工至今现结合本人在工作中的一些经历介绍在应用压力灌浆化学加固法并结合设计成功处理几起因地质病害对房屋地基造成危害的例子。湖南省某地区地下河流纵横交错，岩溶十分发育。

a）、该地区某住宅小区于2012年10月8日至11月7日短短一个月时间连续发生3个住宅墙体基下土体大塌陷。塌坑直径在3.9～5.5米，深度2.0～5.0。经查原因是由于在某住宅小区西侧山脚下，距住宅区约100米处的一口新水井，在成井洗井试抽水过程中引起的，最大抽水量108t/h，因抽汲地表、岩溶水而诱发塌 陷。另外根据地震折射资料，表明在住宅区内有6条异常带，这些异常带是容易形成土洞和产生塌陷的地带，这些另外根据地震折射资料，表明在住宅区内有6条异常带，这些异常带是容易形成土洞和产生塌陷的地带。新井洗井抽水，使地下水位下降，时抽时停，反复多次抽水，使地下水位大幅度波动变化，产生正负水击，引起塌陷。模拟抽水试验，当抽水17和18分钟时，主井水位下降7米多，相距200米的水位监测孔下降4米多，这充分说明岩溶裂隙被抽通之后水位连通，变化剧烈，危害严重。建委下文作出封闭该井的决定，同时，住宅场区内采用压力注浆方案加固地基，封墙基岩面溶洞开口，提高基岩面软流塑土抗渗流潜蚀能力，消除塌陷隐患。从所打质检孔在基岩面附近取上了柱状粘土水泥蕊，原来的软流塑状土变成了可塑状土。同时从取上的基础岩蕊来看，岩蕊中小裂隙、溶孔都充满了混合浆液二者胶结紧密，表面灌入的浆液沿基面流窜，互相连接以至重叠交错，在基岩面形成了一个板状混凝土垫层。经过这样的灌浆处理，一则封堵了可能存在的岩溶开口，再则增强了软土的抗潜蚀能力，消除软土流失的条件。因此自加固以来至今住宅区安然无恙。

b）、2012年某新建图书馆地基，通过物探发现两条次级破碎带斜穿该建筑物地基下，软流塑状土体发育，我公司在基建施工中，除对基础形式作了适当变动（由独立柱基改为柱下梁式带形基础）外，还作了压力注浆封堵岩溶开口裂隙，防止基岩面土体潜蚀而产生土洞塌陷。地基处理后该图书馆已由原设计的四层加至五层，并已建成投资使用。

c）、2012年4月我公司在兴建319、318、317三栋宿舍时，根据地质报告揭示，319栋场区内下伏流塑状淤泥质土，距基底持力层3米～5米，层厚1.2米～3.5米。同时在该建筑物○A×○7轴交点处发现一土洞。该土洞位于软塑状粉质粘土中，洞高4.4米，洞宽（直径）2.6米。另根据该地质报告水文简况分析，该场区地下水具有双层含水结构，上层水主要赋存及运转于中砂卵石层中的孔隙潜水。下伏基岩裂隙中，为岩溶裂隙水，水量丰富，地质报告结论指出：场区内具备土洞发育的土层和地下水条件。土洞有可能继续发育产生地面塌陷，从而导致局部地稳定性变差或失稳。由于流塑状土，土洞的存在对地基稳定性造成了直接威胁。为消除隐患，我校采取压力灌浆化学加固法对软土和土洞进行了加固处理。在基础结构上将原设计片石基础改为钢筋混泥土条形基础，并加高基础梁提高建筑整体刚度。

对软土：通过浆液在软土中充填、穿插、挤密等形式。使土体得到团结加强。形成水泥、淤泥质粉土混合体，以提高其强度。

对土洞：土洞周边加固至岩面，封堵岩溶裂隙，确保土洞不再发育。土洞中心加固至土洞顶板，使土洞不再继续向上发育，达到杜绝引起地面塌陷的目的。

通过采取上述措施处理后，该建筑2012年11月已交付使用情况良好。

参考文献：

[1] DL/T 5148-2001. 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]. 2001

[2] SL 62-1994. 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]. 1994