化学灌浆治理浅覆盖型岩溶区实例

在伦敦国际土力学专题讨论会上（1963年）描绘了灌浆技术的状况，美国灌浆专家卡诺说：“聪明的人把房屋建在岩基上，风浪来了，安然无恙”。我国南方碳酸盐岩分布广泛，在一些盆地、谷地、平原地貌区，浅覆盖型岩溶发育强烈，而且是农田、工业企业、城市集镇的主要分布地。随着国民经济的快速发展，新建和改建的工业和民用建筑物不断增多，为了保证建筑物既经济又安全，必须探讨岩溶与建筑物及灌浆之间的密切关系。在岩溶地区开挖，无论是基坑，还是挖孔桩，或是盾构工程，岩溶涌水、涌泥的问题，成为建筑工程界难以回避和必须着力解决的问题。由于岩溶涌水多属非均质管道状涌水，不能用目前通用的均质含水层基坑渗水理论方法来预测涌水量，且发生涌水时一般会引发旁侧地面塌陷等。因此，不断探索总结桂林市有关建筑物治理成效，具有十分现实的意义。

2.浅覆盖型岩溶地质特征

⑴所谓浅覆盖型岩溶是指覆盖层厚度≤30 m的岩溶分布区，其覆盖层基本为第四系更新统(尤其是晚更新统) 残坡积、洪坡积、冲洪积土层，其可有单层一多

作者简介 ： 王代连，男，1 9 5 3年生，桂林市规划建设委员会总工程师、高工、桂林理工大学客座教授。

层结构，岩性可以是细粒土、中粒土或粗粒土。 

⑵浅覆盖型岩溶在我国华南碳酸盐岩溶蚀盆地、谷地非常普遍，如桂、粤 、 赣、湘、鄂南部等地 ，一般是当地城镇、村落、农田、企业的人密集地和经济较

发达地区，其土地资源的价值较高。这些岩溶盆地、谷地从三叠纪( 至少从白垩纪) 以来就已造就了这样的地貌轮廓。新第三纪以来，当地侵蚀基准面的变幅很小(约数米一十余米) ，使得这类地貌区的岩溶呈“面状” 发育。

⑶当整体地下水水力坡降<2 时，岩溶管道与地下水径流通道呈网状脉管、管洞存在，岩溶的发育与分布受断裂控制的程度大大减弱，这与山地岩溶集中于“线状”地下暗河的特征形成鲜明对比。因此，在天然状态下，浅覆盖岩溶区往往是以多脉管构成地下水的面状径流带，富水程度高( 均构成当地富水块段) ，地下径流模数也很高，当岩溶管道被深基坑揭露时，其涌水量被每日可达数千一数万立方米。

⑷浅覆盖型岩溶的另一重要特征是 ，由于不存在大的水位势差，地下水的作用是浅部强深部弱，这一差异大大高于其它岩溶类型(河流等集中排泄区除外) ，且在剖面上地下水位一般都波动于岩一土界面或其附近， 这就必然对覆盖土层产生“软化”(淋滤、阳离子交换作用所致的土的工程性状变化) 、潜蚀、吸蚀作用。当这一作用持续数十～数百万年时，就会使得覆盖土层性状具有“ 上硬下软” 特点，并持续不断地产生土洞和塌陷。

⑸浅覆盖型岩溶的地质环境具有着天然的脆弱性，而当人为增大这一地下水作用的强度时( 如频繁地震或大流量、大降深地抽取地下水) ，则土洞塌陷的发育、发生的速率随之增大。

综上所述， 浅覆盖型岩溶有着数十一数百万年的形成发展史，岩溶主要发育于浅部，为地下水的富水地带，地下水以网脉状多管道的面状“径流带”形式运移，地质环境十分脆弱。受抽水等人为活动影响时，必将加速土洞塌陷等环境灾害的发生。 

3. DCG工法的技术探讨

在灌浆工程的历史上，水泥一直是最主要最常用的灌浆材料，水泥灌浆是一种使用最普遍的一种灌浆方法，但它也有一定的局限性，如细微裂隙，大的集中渗漏，用水泥灌浆处理就不易生效，而用化学灌浆，一般比较容易地解决这些问题。特别是DCG工法，该浆材配制成浆液后，在凝固前的一段时间内，是呈粘度较大的液体状态，一般能灌入极细小的裂缝，浆液进入裂隙或达到需处理的部位后起化学反应，经过一定时间，使聚合成固体（凝胶体），从而填塞缝隙，起到防渗或固结作用。

DCG工法所使用的浆材是含有水泥浆液和特种化学材料“DCG—979”浆液。此浆液具有如下特点：

⑴浆液凝固时间可控制在20～60秒之间，据此可调整单孔半径，该浆材可控的速凝作用有两大优点：①、可最大限度减少浆液跑失，避免浪费，既能有效地保证工程质量又能降低工程费用；②、可准确地进行定量、定位抬升，实现构筑物纠编复位的目的；

⑵浆液的固结体本身强度高，终凝抗压强度≥30MPa;

⑶浆液在干燥土层或水中同样能迅速固结；

⑷浆液固结率为100%，固结过程中不析水，从而避免了一般浆液结石率低、析水软化基土的不良后果；

⑸浆液在土层中同时发生“劈裂”和“压密”两种形式的作用，加固效果比一般水泥灌浆更加显著。

DCG工法的主要技术指标：

⑴主要材料：“DCG-979”浆材、水泥、水；

⑵配合比：DCG-979”浆材：水泥：水=0.75:1:(0.2～0.4)；

⑶凝固时间15～40秒；

⑷抗压强度≥30Mpa；

⑸灌浆压力0.6～1.5MPa；

⑹进浆速度50～80I/min。

浅覆盖型岩溶区的化学灌浆多以劈缝灌浆和压密灌浆为主，因而一般采用泵压式、双液法特殊布孔、同次序、间歇施工的灌浆方法，效果较好。

4.工程实例一——桂林市万福路铁路下穿段化灌帷幕工程

⑴工程概况

该工程地处桂林岩溶地区，土层为第四系更新统蚀余粘土和晚更新统一全新统冲洪积粉质粘土，平均厚度为4～5 m；有“上硬下软”特点；发育土洞，地表可见星罗棋布的“老塌陷”水坑(水塘) 。下伏基岩为上泥盆统融县组灰岩。其质纯，厚度大，为强岩溶化的含水层。基础埋深不均，基础软弱。

⑵施工方案

该工程在市政规划布局和区域地质条件方面已无放弃、避让和绕行的可能，方案比选时，曾提出钢筋混凝土板、墙全封闭的对比方案，因造价、工期和其它技术问题而放弃。经反复论证， 并鉴于本项目止水的允许渗漏等级与水工建筑物的不尽相同， 后决定采用帷幕压力灌浆的治水方案。

经研究决定，以灌浆孔为勘察孔，将勘察工作延伸至治理施工的全过程，必要时可配合钻探C T、连通试验等探测手段。同时，考虑到具体问题的复杂性，组织了一个专家组，适时提供技术支持。在此基础上制定了帷幕压力灌浆的治水方案，其基本内容为： 

①沿场地四周边设置灌浆帷幕，中间增设两道横向帷幕，帷幕深度为 15 ～25 m( 中间深，两头浅，少数段深度为l0m，个别孔深至30 ～38.5 m) 。设计灌浆孔1349个，进尺为21715 m。

②帷幕设两排灌浆孔，排距为1.70 m，孔距为2.0 m，梅花状布孔，扩散半径为1.0m，灌浆顺序为先内排，后外排，灌前进行简易压水试验。

③每孔至少设灌段3段，灌段长度：土层段为2 ～4 m，基岩段为5 ~6 m(耗量大时可调整为2～3 m) ，灌浆压力从上往下递增，第一段<0.1 MP a ，第二段为0.1 ～ 0.3 MP a ，第三段为0.3 ～0.8 MP a 。实际灌浆压力可根据现场试验结果作出调整。

④灌浆材料为自来水、 3 1.5 MP a普硅水泥和化学添加剂，水灰比设为 1:1、0.8:1、0 .6:1 三级。特殊情况时， 应采取低压、限流、限压、间歇灌注以及双管速凝灌注等工艺措施。遇岩溶管道或溶洞时， 掺入粉煤灰或粗骨料 ， 并用双液化学灌浆封堵。

⑤对帷幕内侧的路床涌水点( 带) ，在综合分析勘察资料的基础上， 配合水位观测和示踪分析， 正确判断来水方向，以钻探和物探勘察作涌水水源范围控制，确定位置，边探边灌， 逐渐加密，直到取得满意止水效果。

⑶工程效果 

按上述思路和方案，施工单位经过3个多月的艰苦努力， 在场地四周形成了封闭帷幕， 帷幕总长度为530 m。 总灌浆孔有1303 孔( 其中362 孔未灌浆) ， 总进尺为21968 m， 共揭露和封堵大小溶洞 183 个、溶沟 13处、土洞3 个，耗用水泥6433.2 5 t 。经 28t 孔的灌浆质量抽芯检验和 40个钻孔的帷幕压水试验检验， 结果证明灌浆质量好。帷幕渗透系数 =2.6 ×1 0-5 cm／ s ，钻孔涌水量 g = 0.0 15 L／min .㎡，场地内基坑涌水量从最大时的1200m³／h减至处理后的 25 m³／h ， 帷幕和路床止水取得十分显著的成效， 达到或超过了设计要求。而且，19次基坑涌水流量观测表明，基坑涌水量是随着帷幕完成量的增长而减小，证明预先对地质条件的判断和制定的帷幕灌浆止水方案是正确和有效的。

场地周边帷幕的形成对场地内路床集中涌水点 (涌水带) 的涌水治理构成总体的、宏观的支持，简化了这些集中涌水点(涌水带) 的“边界条件”。场地内路床开挖施工中共出现4个集中涌水点(涌水带)，各涌水点(涌水带) 的最大涌水量分别为 880 ㎡／h、300 m³／h 、320 m³／h 、280 m³／h ，其中一个涌水点“水路” 随即被旁测的帷幕灌浆(化学灌浆) 栏断，对其余的3个涌水点(涌水带) ，根据综合分析勘察资料并配合水位观测， 进而判断来水方向，采取确定位置、边探边灌、逐渐加密的灌浆进程，也取得满意的止水效果。

由于上述工程量已成功地止住了场地绝大部分的涌水，原设计的外围路段( K1 +400 ～K 1 +460 ) 帷幕未再灌浆， 进一步节省了治理费用。但帷幕尚未形成时的施工涌水也引发了岩溶地面塌陷和周围地段地下水位下降的环境问题。 尽管这些问题随着本项目工程的完成而得到了治理和消除， 但至少说明通过工期、工序、勘察治理技术的优化和改进，将其不良影响程度减至可控的最低程度是可能的。

5.工程实例二——桂林市职业教育中心学楼1号教学楼进行化学灌浆纠偏

⑴工程概况

该工程地基属软弱土体，其中软弱土体最大深度达到23.5米（至基岩面深度），较浅部位也有13米以上，因此，地基承载力不足，造成楼房柱基下沉和偏移，经观察发现，14#柱基下沉4㎝，偏移15.5㎝，18#柱基下沉3㎝，亦发生了偏移。

⑵施工方案

针对以上情况，我们确定了处理方案，采用化学灌浆方法，先后对C区14#柱基灌46个孔，最大孔深14米，用水泥176.95吨；13#、15#和18#柱基灌16个孔，最大孔深23.5米，用水泥202吨；a-b区（3-5）×（3-G）轴承台和（3-5）～（3-6）×（3-K）～（3-L）轴间承台灌14个孔，最大孔深20米，用水泥141吨。总共灌519.95吨水泥及相应的大量化学浆。

⑶工程效果

桂林职业教育中心学校1#教学楼纠偏抢险加固化灌工程由广东灌浆岛公司采用先进的“DCG工法”进行施工，桂林建设监理公司监理，桂林矿产地质研究院工程勘察院对施工效果进行检测，各主要施工点检测结果如下：

1#楼c区：14#柱基灌浆前不仅沉陷，而且偏移了15.5厘米，经灌浆加固纠偏后，观测结果最大偏移不到1厘米，下沉的14#，18#柱基抬升到原设计要求，基础下的地基土层加固效果较好，地基土强度提高，承载力特征fak≥150KPa，满足设计要求。塌陷点基础下的土洞顶板及洞壁加固效果相当好，地基强度较高，承载力fak达到200KPa，相邻的13#、15#柱基底下软弱土体及土洞得到了有效填充加固，承载力显著提高，土体裂隙被水泥充填或挤密。

1#楼a-b区（3-5）×（3-G），（3-5）～（3-6）×（3-K）～（3-L）轴间承台经化学灌浆加固处理后，地基土硬塑状次生红粘土加固厚度为9.40～19.20米，土体裂缝中均有水泥浆充填，充填的水泥浆己挤密土体，穿插固结成灰色屑块，承载力特征为fak≥156KPa，完全满足原设计要求。

由以上检测结果可以看出，本工程的施工效果是相当理想的，经过化学灌浆加固后，楼房柱基最大偏移值小于1厘米，地基土体承载力提高，特别是位于受力关键土体完全达到或超过原设计要求。

6.结语

参考文献： 

[ 1 ] 诌成杰，主编．水利水电岩溶工程地质[ M] ． 水力电力出版社，1994 ． 

[ 2 ] 涂水源，壬廷，等. 桂林环境工程地质[ M] ． 重庆出版社，1988

[ 3 ] 衰道先，等．岩溶环境学[ M] ． 重庆出版社，1988 ． 

[ 4 ] 朱学稳, 等．桂林岩溶地貌与洞穴研究[ M] ． 地质出版社，1988 ． 

[ 5 ] 刘金荣, 广西热带岩溶研究[ M] ． 广西师大出版社，2004 ． 

[ 6 ] 裒道先,等． 岩溶与人类生存、 环境、 资源和灾害[M] ． 广西师大出版社． 

[ 7 ] J C J／TI l I —9 8 ． 建筑与市政降水工程技术规范[S] ． 北京： 中国标准出版社，1999