岩溶地區溶、土洞的發育特徵和綜合治理
岩溶地區的溶、土洞是工程建設中危害極大的一種地質現象，如果在施工過程中沒有被發現和及時處理，在工程投入使用後會引起地面下陷和基礎失穩，帶來嚴重的安全隱患和不良後果，在石灰岩地區工程建設過程中，對溶、土洞的勘察和處理至關重要，但由於溶洞、土洞的分布及形態十分複雜，因此在正式施工時，必須詳細查清其準確分布範圍、形態及充填情況。
廣州地區西部和北部部分區域分布有石炭系灰岩，如花都地區、同德圍、金沙洲地塊都屬於典型的岩溶地質，可溶性岩石在水的溶蝕作用下，產生各種地質作用、形態，如溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等。它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機械侵蝕過程。岩溶地區岩石面高低起伏變化大，岩石露頭無連續性和規律性，表層岩層往往十分破脆。
一、 岩溶土洞的發育和特徵
溶土洞的發育條件有：①下伏基岩為可溶性岩層，如灰岩、白雲岩、岩鹽、石膏等②所處區域具有溶解能力和足夠流量的水；③地表水有下滲，地下水有流動的路由；④岩溶地層上部分布有第四紀土層（沉積物，或沉積層，第四紀土層各種粒徑的比例變化範圍較大，多為砂礫層、礫質砂土、砂質粘土、含泥質碎石和碎石土塊等混合碎屑層岩類；第四紀陸相沉積物形成時間短，或正處在形成之中，普遍呈鬆散或半固結狀態，易於發生流動和破壞，易對工程建築產生不良影響）。
在可溶性岩層中，構造裂隙發育，地下水豐富，可溶性灰岩層受構造斷裂、擠壓和受風化作用及地下水的侵蝕，造成岩層頂面起伏不平形成規模大小不一，形態各異的洞穴，發育成溶洞。在可溶性岩層與上覆土層間，在地下水的侵蝕作用所形成的、向上擴充套件的洞穴，即為土洞。
溶洞主要分布在炭質泥岩、炭質灰岩、灰岩內，土洞主要分布在岩溶地區有第四紀地層分布地段，特別是裂隙密集發育區、斷裂帶附近。
二、 土、溶洞的形態、型別
土、溶洞平面形態上有橢圓形、近園形、以及長條形、不規則形態，剖面上
呈透鏡體狀、橢圓形、近圓形以及不規則形態等。
根據地質結構和溶洞的情況及發育情況，溶洞可分為以下幾種型別：
1 按大小分，溶洞高度超過3公尺的屬大溶洞，小於3公尺的屬小溶洞；
2 按充填狀態可分為：全充填（洞內完全充填亞粘土、亞砂土、粘性土等，充填物呈硬塑、軟塑、流塑狀）；半充填（洞內有一半填充物，頂部為空腔）；無充填（洞內無填充物即空洞）
3 按是否漏水分：全漏水（嚴重漏水並與其它溶洞或地下河連通）；半漏水（洞壁存在裂隙，有滲漏水現象）；不漏水（溶洞完整、無滲漏水現象）
4 按豎向個數分：單個溶洞（樁基範圍內僅有一層溶洞）多層溶洞（樁基範圍內有多層溶洞）
三、 土、溶洞的勘察
岩溶場地勘察的目的在於查明對場地安全和地基穩定有影響的岩溶化發育規律，各種岩溶形態的規模、密度及其空間分布規律，可溶岩頂部淺層土體的厚度、空間分布及其工程性質、岩溶水的迴圈交替規律等，並對建築場地的適宜性和地基的穩定性作出確切的評價。
由於溶洞、土洞的分布及形態十分複雜，從節約成本和達到預期勘察目的考慮，可採用物探和鑽探相結合的辦法進行，先用物探測定場地內溶洞、土洞的分布區域或地下異常點和異常地段，然後在物探測定區域內進行鑽探驗證，目前物探有多種方法可供選擇，如：高密度多極電法勘探、地質雷達、淺層**、高精度磁法、聲波透視(ct)、重力勘探等。電法是最常用的物探方法，以電測深法和電剖面法為主。
它們可以用來測定岩溶化地層的不透水基底的深度，第四系覆蓋層下岩溶化地層的起伏情況，均勻碳酸鹽地層中岩溶發育深度，地下暗河和溶洞的規模、分布深度、發育方向、地下水位，以及圈定強烈岩溶化地段和構造破碎帶的分布位置等。
鑽探點的深度除滿足一般岩土工程勘探要求外，對有可能影響場地地基穩定性的溶洞，勘探孔應深入完整基岩3～5m或至少穿越溶洞，對重要建築物基礎還應當加深。對於為驗證物探異常帶而布設的勘探孔，其深度一般應鑽入異常帶以下適當深度。發現溶洞、土洞的地段，需在其周圍增加鑽孔，確定溶、土洞的分布範圍。
四、土、溶洞的治理和基礎選型
溶土洞的處理只有在其分布形態做出較為準確的判斷前提下才能獲得很好的解決，較為有效的處理方法是通過壓力注漿、灌填砂及碎石、低標號砼、砂漿對溶土洞進行壓密加固處理。治理的目的是使土洞、溶洞的空隙能填充密實，充填物能夠與低標號砼、水泥砂漿、水泥漿等固結且固結體強度必須滿足設計要求，切斷洞與地下水的聯絡，從而使其不再發展，確保地基穩定。
在溶土洞範圍內按網格或梅花形狀布置鑽孔，鑽孔間距1-2公尺，鑽孔深度已入洞底為終孔位，成孔將導管下入鑽孔中，管口處用夾套夾穩，防止套管掉入孔內，管壁用純水泥漿固封。沿導管灌填砂、碎石和低標號的砂漿、砼，由於洞內地下水或其他充填物的阻力，特別是灌砂和碎石時洞體難以完全充填，即使灌注流動性較好的砂漿和砼時，溶土洞頂部出現空腔的概率也較高，因此灌填完畢後，還需根據地質條件和樁型的選擇進行壓力灌漿，如基礎形式採用衝（鑽）孔樁，由於樁體要求支承在3-5倍樁體直徑的完整岩層上，在溶土洞的處理要求上相對簡單，以保證施工安全和順利沉孔為處理原則，甚至不進行處理，如2002-2006我司監理的機場過夜樓專案由於地質資料顯示無明顯大的溶土洞，在沖孔樁施工前就未進行溶土洞處理，但也做了應急預案和現場準備了大量的砂石充填材料備用進行應急搶險，施工期間也曾經發生過幾起塌孔和卡鑽頭事件，但由於應對正確和處理及時，沒有發生安全和質量事故。花都文化藝術中心溶土洞異常發育，279根工程樁中162根發現有溶洞，但由於樁型是沖孔樁，樁體要求支承在5倍樁體直徑的完整岩層上，考慮溶土洞處理的目是保證沖孔樁施工的安全和能夠順利成孔，滿足砼澆築條件，經論證也縮小了溶洞預處理的範圍和降低了技術要求及取消一些不必要的工法等，如降低注漿壓力和取消部分袖閥管注漿等，在保證工程質量、安全的前提下也減少了溶土洞的處理費用。
預應力管樁作為使用範圍廣泛的樁型也經常在岩溶地區使用，但其對溶土洞的處理要求就嚴格很多，不僅要對發現的溶土洞全面進行處理（溶洞頂板厚度超過2公尺的不處理），而且要求已處理完的土、溶洞要滿足①飽滿無空隙，②填充密實、強度達到設計要求，如2006-2023年我司監理的機場聯邦快遞專案地基基礎施工範圍內共發現120個溶洞、65個土洞，分布於較淺的土層到較深的岩層，而且同一洞體岩面標高不一，延伸範圍垂直高差各異，洞體內衝填物情況不一，可以說土洞、溶洞分布較為密集而複雜，確定對土洞、溶洞採取灌注m5砂漿及c15混凝土的同時，再對土洞、岩洞頂壁進行袖閥管注漿，以確保土、溶洞洞體以及發育裂隙的填充飽滿密實，確保地基穩固。此外根據專案靠近流溪河道，地下水豐富的特點，正式施工前通過大範圍的試樁和靜載檢驗（專案共試樁１9條，其中工程樁１３條，樁長為20.15～44.
3ｍ；非工程樁6條，樁長為9.15～13.15m）也反映了場地砂層確有上硬下軟的趨向存在，結合目前的勘察手段還無法保證100％對溶、土洞進行完全徹底的發現。
僅能保證發現大的溶、土洞（現有的物探精確度一般為大於深度的１／１０可發現）。最後通過方案論證調整了原設計在2-5砂層收樁的方案，確定了岩面收樁的施工標準。另外考慮到岩溶地區岩面起伏大、石牙、石筍大量存在和地層缺乏過渡，由軟弱土層突然進入堅硬岩層造成預應力管樁易斷的特點，除在施工中重點控制外（通過樁位附近鑽孔資料初步判斷收樁大概位置，施工過程密切關注油壓表變化，採用緩壓快收方法，一發現油壓迅速公升高就馬上減壓，持續三次後即可進入穩壓收樁），也對施工順序也進行了調整。
即先行施工土、溶洞灌注 c15砼、m5砂漿→靜壓樁→袖閥管注漿，此外從工期和造價考慮，區域性調整了袖閥管注漿的原則，即一些大的洞區和溶、土洞處理範圍內的短樁承臺必須進行袖閥管處理，對於小的洞區和長樁承臺可不進行袖閥管施工。
聯邦快遞專案溶土洞處理完成後通過抽芯檢測資料，顯示現場溶、土洞總體施工處理情況良好，已進行袖閥管施工的洞區未發現空腔，充填強度符合設計要求，未施工袖閥管的洞區檢測孔中只有一處（ｄ３０）發現有縫隙存在，且充填強度也符合設計要求。樁基礎工程通過小應變和靜載檢測，90%以上為一類樁，其餘為二類樁，沒有三四類樁，斷樁率控制在5%以下，說明整體溶土洞處理和樁基質量控制取得了理想效果。
五、土、溶洞注漿加固處理施工工藝
（1）.土、溶洞低標號砼、m5砂漿灌注工藝流程
控制要點
a: 放線布孔
根據批准《土、溶洞處理施工孔位平面布置圖》。並以超前鑽點為基點，先鑽乙個注漿孔，直徑為φ 130mm，以此點為正三角形中心點在距離該點三公尺處布置三個孔點；袖閥管注漿孔以2m×2m按梅花形式布置於整個洞區，並做好標記。
另外，在每乙個洞區設立2至3個地面沉降觀察點，並做好標記。
b: 鑽機造孔
鑽孔採用xy-100型或其他型號鑽孔機，鑽頭直徑為φ 130mm，泥漿護壁鑽進，各溶洞取1~3個孔作為勘察灌注孔，全孔取芯認真觀察鑽進過程，以入洞底板1.0m位置為終孔點，做成孔記錄，包括洞體的頂、底板埋深、洞高等，填寫 「取芯鑽孔原始記錄表」 原始記錄要真實、準確。施工時， 要搞清楚洞體範圍和洞體的發育情況，為附近各孔的下一部施工提供依據。
c: 注漿套管安裝
成孔後即可將φ110 管放至洞體底部的基岩面0.5公尺處，管口處用夾套夾穩，防止套管掉入孔內，管壁用純水泥漿固封。
d：配置低標號砼，其配合比為：
水泥：砂：石子：水＝1.55：4.05：4.14：1.09
m5水泥砂漿的配合比為：
水泥：中砂：水＝0.207：1.198：0.200
配合比以建築質量檢測站試驗室的配合比結果為準
e: 土、溶洞灌注低標號砼、m5砂漿
將低標號砼、m5砂漿投入混凝土擠壓幫浦進行灌注，擠壓幫浦壓力暫定0~1.5mpa,每次注漿至1.5mpa時，穩定數分鐘後再灌注，直至注漿完畢。
（2）土洞及溶洞頂側壁部位袖閥管壓密灌漿施工工藝
1、 壓密注漿工藝
本階段採取袖閥注漿方式。該工法能進行定深、定量、分序、分段、可重複注漿，集中了劈裂注漿法，壓密注漿法與滲入注漿法的優點。
本工程採用袖閥式注漿，主要用於處理洞壁區軟土，以及土、溶洞在c15砼、m5砂漿注漿後由於注漿材料固結收縮後頂壁、側壁與岩面的空隙。其施工流程如下：
2、控制要點：
a、放線布孔
根據批准《袖閥管施工孔位平面布置圖》布設鑽孔，土、溶洞加固區孔距2.00m，排距2.00m，按正方型布設。
每乙個加固區設立3~5個地面沉降觀察點，並做好標記。
b、袖閥管注漿的成孔
溶洞在幫浦注低標號砼7天後，方可進行袖閥注漿的成孔，孔徑為φ110mm，孔深至洞體底板。
c、袖閥管安裝
袖閥管分花管和實管兩部分。根據注漿高度配備花管，下管時管內灌入清水克服浮力，使花管下至孔底。下管時管與管之間連線必須牢固，袖閥管下底端要套好錐形堵頭，上頂端要戴上保護帽。
對於袖閥注漿孔成孔後要及時下袖閥管。下袖閥管時，要澆注套殼料，再固管上漿，準備在洞頂、底板及未充填密實的部位注漿。具體引數及步驟如下：
1. 套殼料配合比為（重量計）
水泥：粘土：水=1：1.50：1.88
2. 套殼料用量（m3）= 1.3×π×（鑽孔半徑 --袖閥管半徑）2 × 沾漿段高度。
3. 套殼料澆注： 將鑽桿下到孔底，用泥漿將拌好的套殼料經鑽桿注入孔內。
4. 下袖閥管： 花管下至孔底，佔據注漿段。洞體頂界以上至地面為實管，實管要高出地面約0.2~0.3m。
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