广州白云机场地下孔洞处理技术(余艳,陈磊)

时间：2021-01-12 08:11:04　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 广州白云国际机场联邦快递亚太转运中心位于佛岗与肇庆两纬向构造带之间、广从大断裂带的北西侧，地基中存在广泛发育的土洞、溶洞等不良地质现象，地基条件较为复杂。为保证上部结构的安全，在土、溶洞处理中采用了泵注低标号混凝土与袖阀灌浆相结合的施工方法。介绍了土、溶洞处理的施工方法与技术要求，归纳了质量控制要点，概述了施工中容易出现的问题并提出处理措施。

关键词: 地基处理;不良工程地质;质量控制;施工方法;广州白云国际机场

中图分类号: P642 文献标识码: A

广州白云国际机场联邦快递亚太转运中心工程位于广州白云国际机场东飞行区东北侧，在广州市白云区人和镇至花都区花东镇之间，场地南北长约4000m，东西宽约1200m，面积约190万m2。场内地下存在广泛发育的土洞、溶洞不良工程地质现象，将危害场道上部结构的安全。因此，必须对重要部位（道面区及防吹坪）进行处理，以消除安全隐患。

1 工程地质概况

广州白云国际机场联邦快递亚太转运中心位于区域构造的佛岗与肇庆两纬向构造带之间、广从大断裂带的北西侧，在局部构造上位于广花似复向斜北段东翼的次级构造—黄榜岭背斜东翼及其东侧的向斜，属广花煤田的北东部边缘。该区属于极强岩溶区，土洞、溶洞广泛发育。土洞主要发育于粘土层中，深部土洞发育于基岩顶界面的残积粘土层中。地层结构如下:

（1）表土层，由素填土、耕植土组成，平均厚度约0.8m;

（2）冲积土层，由粉质粘土、淤泥质土及砂层组成，平均厚度12m;

（3）残积土层，主要为粉土，局部有粉质粘土，平均厚度3m;

（4）基层，广泛分布有中、上石炭统壶天群和下石炭统石蹬子组石灰岩。

2 土、溶洞处理方法及工艺特点

2.1 土、溶洞处理的原则

场内土、溶洞有3种充填类型（全充填、半充填、未充填），根据广州白云国际机场前期土、溶洞处理经验，土、溶洞是否需要进行地基处理，按以下原则进行判别:

（1）洞体顶面埋深H分别大于20、25m的土、溶洞，不处理。

（2）洞体顶面埋深H分别不小于20、25m的土、溶洞，按其H与洞高h的关系确定是否处理:①当H>10h+5m时，不处理;②当H≤10h+5m、顶板灰岩厚度小于0.5m，洞体顶板稳定性差、以及H/D<2时，需处理。

2.2 土、溶洞处理工艺选择

根据土、溶洞的充填类型分别采用不同的处理方法，即:①袖阀管注浆工艺;②混凝土充填后袖阀管注浆工艺。对全充填的土、溶洞采用袖阀注水泥浆的方法进行处理;对未充填和半充填的土、溶洞，采用泵注低标号混凝土，用袖阀注水泥浆的方法进行处理。

2.3 泵注混凝土的工艺特点

（1）泵注混凝土流量大，速度快，泵注压力大，泵压可达到8～12MPa。低标号混凝土主要以充填、劈裂、挤压的形式进入洞体，可起到充填、置换、挤密的作用，扩散范围大。

（2）泵注成本低，功效高，加固效果好。钻孔和泵注作业可分开进行，钻孔设备利用率较高。套管可重复利用，节省成本。

（3）泵注压力较大，地面容易抬升、冒浆、产生裂缝，原有地层结构容易产生剪切破坏。泵注工作必须连续进行，中途停止容易造成输送管道的堵塞。

2.4 袖阀注浆的工艺特点

袖阀管注浆（即双套筒双柱塞注浆）工艺是目前一种比较先进的注浆工艺，能定深、定量、分序、分段、间歇、重复注浆，适应性强，对砂层、粉土、淤泥层等均能达到较好的加固效果。

（1）可根据需要灌注任何一个注浆段，还可进行重复注浆。

（2）注浆压力相对较小，一般为0.2～0.6MPa，注浆时冒浆和串浆的可能性小，一般不会破坏原有地层结构。

（3）浆液主要以渗透和劈裂形式进入充填孔隙中，可以起到充填裂缝固结土体的效果。

（4）袖阀管被具有一定强度的套壳料胶结，难拔出重复使用。袖阀注浆对较大空洞的处理效果较差。

3 地基处理施工

3.1 土、溶洞处理技术参数

3.2 地基处理施工方法

3.2.1 造孔阶段

（1）布孔。根据待处理地质体上代表钻孔的坐标确定地质体的范围和中心位置，以中心点为基点按2.0m×2.0m的孔、排距向外正方形布置注浆钻孔。

（2）一序孔。因为地质体实际位置、范围等详细情况还不清楚，因此必须先利用布置好的注浆孔对地质体进行勘察。这些首先布置的孔，既是勘察孔又是注浆孔，即一序孔。一序孔以“隔三跳三”的方式施工:选定在中心点位置处的某一排，先确定1个一序孔，以该点为中心每隔3个孔便是1个一序孔;然后，以该排为中心向外每隔3排为一序孔分布的排，在这些排上，每隔3孔施工1个一序孔。一序孔的间距和排距分别为8.0m×8.0m，呈正方形网格分布。

一序孔施工采用XY-100型钻机φ90～110mm钻头泥浆护壁钻孔，全孔取芯，施工时应认真观察钻进过程，控制洞体的范围和洞体发育情况，为下一步施工提供依据。

（3）扩孔。一序孔施工时发现有空洞的位置，在其周围仍要施工一定数量的勘察孔，进一步控制空洞的分布范围。

（4）袖阀注浆孔。未见空洞的一序孔，在其周围可直接施工袖阀注浆孔，XY-100型钻机φ90～110mm钻头泥浆护壁钻孔，施工时应密切注意钻进情况，亦有见空洞的可能。

（5）混凝土充填孔。根据空洞的分布范围，采用XY-100或XY-300型钻机将见空洞孔的孔径扩大到φ168mm，孔深至洞体底板，成为混凝土充填孔，用来泵注低标号混凝土。在空洞分布区混凝土充填孔的孔、排距均为4.0m，呈正方形网格布置。若空洞的中心位置不在网格上，为达到混凝土充填效果，可在空洞中心位置另行施工混凝土充填孔。

3.2.2 混凝土充填阶段

（1）安装混凝土充填管。混凝土充填孔成孔后下护壁套管至洞顶上2.0m，套管口外侧焊φ50mm短钢管或在套管头焊接法兰，防止套管掉入孔内。再在护壁套筒内下φ127mm注料管进入洞体2.0m，注料管外与混凝土输送泵连接。

（2）拌制低标号混凝土。混凝土搅拌站拌制低标号混凝土，搅拌时间不小于60s。在保证混合料有一定的强度及和易性，易于泵送的情况下，尽可能降低水泥用量，增加粉煤灰及砂、石粉等其他材料的用量。其配合比为水泥:粉煤灰∶砂∶石粉∶水=1∶0.55∶4.05∶4.14∶1.09。

（3）泵注低标号混凝土。通过混凝土输送泵将混凝土经输送管泵注入充填孔中，泵送混凝土量根据洞体的充填情况确定，以充填密实，在设计泵注压力下，注不进为止。

泵注混凝土施工时，地面需设置3～5个水准点，密切观测洞体地表的变化情况，地面隆起最大量不得超过2cm，同时不允许地面产生裂缝和抬升情况，一旦发现地面出现裂缝和抬升，必须及时降低泵送压力减少灌注量。

3.2.3 袖阀注浆阶段

（1）下袖阀管。未见空洞的钻孔为袖阀注浆孔，孔内先浇注套壳料，后下袖阀管，再固管止浆。

套壳料浇注:把φ25mm注料钢管下入孔底，用注浆泵注料，直至注浆段高度以上0.2m处;

下袖阀管:花管下至孔底，占据注浆段，地质体顶界以上至地面为实管，实管高出地面0.2～0.3m。

固管止浆:在袖阀管与孔壁之间的空隙下入φ12.7mm钢管至套壳料顶面（待加固地质体顶界位置），从φ12.7mm钢管中注入配制好的浆液直至孔口返出，孔口浆面下沉后应多次回灌，保证固管止浆效果。

（2）注浆。根据成孔的先后顺序，待套壳料具有一定强度后，将φ12.7mm带双塞的注浆钢管从袖阀管中下到注浆段位置，自下而上分段注浆，分段间距不得大于2.0m;注浆压力为0.2～0.6MPa、开环压力为0.3MPa，在注浆泵压力表上观测;洞体底部和顶部注浆速度为15～20L/min，其他位置为20～30L/min，注浆量根据搅拌桶的容积、压力表和经验确定;灌注混合料充填时，在洞顶附近难以充填密实，可能形成空腔，故在洞顶部位应适当增加注浆量;土洞底部可能与溶洞相连，采用“间歇定量分序注浆法”进行注浆;保证地面不产生裂痕和抬升，在注浆压力下，注入量小于1～2L/min，稳压15min为终注标准。

在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的冒浆情况，若周围孔有浆液冒出，说明注浆效果好。若周围注浆孔没有反应，且注浆量过大，特别是在土洞底部浆液流失过大时，应采用“间歇定量分序注浆法”进行注浆，以控制浆液扩散范围。

4 质量控制要点

（1）测量控制。联邦快递亚太转运中心范围大，地形、地貌变化快，测量控制点少，易遭破坏，因此根据勘察资料确定所要处理的土、溶洞的准确位置是施工的前提。

（2）详勘控制。应按设计要求布孔，探明土、溶洞的范围、洞高、顶底板埋深、形状、产状、洞内的充填情况;详细记录钻进过程中的异常情况，如掉钻、漏水等。编制详细的勘察报告，绘制平面图，标注土、溶洞的空间位置，为处理方案的选择和施工所要采取的措施提供可靠依据和技术参数。

（3）原材料控制。选用合格的原材料，严格按配合比拌制混凝土和配制浆液，混凝土和浆液的搅拌应保证足够的时间，袖阀注浆时搅拌好的浆液要过筛，浆液储存的时间不宜太久，且应不断搅拌。

（4）施工顺序的控制。针对土、溶洞的形态和产状选择泵注（注浆）顺序。若土、溶洞为盆状构造，则采用先中心后四周的顺序;若土、溶洞为倾斜构造则采用先深部后浅部的顺序;若土、溶洞为水平产状，则采用先四周后中心的顺序。施工时应间隔、跳跃式施工，以免前期的施工成果遭到破坏。

（5）注浆压力的控制。注浆压力通过多次的试验确定，并需在施工中不断地验证和修正。正常情况下注浆压力的变化是有规律的，在流量基本不变的前提下，开始压力较大，然后缓慢下降达到稳压，但注浆量达到饱和时，压力再度上升。如果压力出现异常变化，则要查找原因，分析情况，采取对策。

5 施工易出现问题的处理

（1）泵注低标号混凝土时输送管爆裂脱节现象一般出现在某个孔的泵注开始和结束阶段。泵注开始时的混凝土不宜太干硬，注浆压力适中，待管路畅通后，逐渐调整混凝土的流塑性和泵注压力。泵注结束时的输送管爆裂脱节，说明洞体已被混凝土充满，可以停止泵注。

（2）注浆时地面冒浆、串浆，可用砂袋或掺入速凝剂的砂浆封堵，停止注浆并立即洗孔，等待12h后再次复注。复注时若注浆量未达到设计值但又注不进时，则应根据需要及时补钻注浆孔。

（3）注浆量超过设计值但注浆压力未达到设计值仍可继续注浆。此现象在土、溶洞漏水的部位易发生，可在浆液中掺入速凝剂，并间歇多次、重复注浆，直到满足要求为止。

（4）当施工中地面产生裂缝或隆起量超过设计值时，应立即停止注浆，并灌注水泥浆填缝。

6 结语

（1）本工程共处理大小土、溶洞24个，总面积48285m2，总体积104695m3，总注浆量35596m3。土、溶洞中的浆液充填率为34%。

（2）施工结束到达龄期后，对处理的土、溶洞分别采取了钻孔取芯检测、岩芯单轴抗压强度试验、标准贯入试验和静力触探等手段进行施工质量检测，检测结果均达到设计要求，验收合格，评定为优良工程。

（3）通过取芯检测发现，袖阀注浆的浆液在地层中以不规则的树枝状、脉状、层状填充;泵注的低标号混凝土在地层中以块状、厚层状填充。

（4）本工程规模大，土、溶洞数量多，地质条件复杂，工程量大，工期紧，采用全充填型土、溶洞的袖阀管注浆工艺和未充填、半充填型土、溶洞的混凝土充填后袖阀注浆工艺进行地基处理，提高了工效，加快了工程进度，降低了工程造价，处理结果满足设计要求，达到了预期的效果。

参考文献:

［1］曾国熙等.地基处理手册.北京:中国建筑工业出版社，1996.

作者简介: 余艳，女，武警水电第二总队第八支队新余项目部，助理工程师。

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