巖溶塌陷防治技術(shù)

巖溶塌陷防治技術(shù)一、概述巖溶（Karst）：可溶性巖石以被水溶解為主的化學(xué)溶蝕作用，并伴隨以機(jī)械作用而形成溝槽、裂隙、洞穴，以及由于洞頂塌落而使地表產(chǎn)生陷穴等一系列現(xiàn)象和作用的總稱(chēng)。土洞：巖溶地層上覆蓋的土層被地表水沖蝕或地下水潛蝕所形成的洞穴。進(jìn)一步發(fā)育形成地表塌陷。1、巖溶的形成發(fā)育條件巖溶：可溶性巖層（可溶性、透水性）、地下水活動(dòng)（溶蝕性、流動(dòng)性）、潮濕氣候、地質(zhì)構(gòu)造與地形1）巖體 巖體首先是可溶解的。巖體不僅是由可溶解巖石組成，而且?guī)r體必須具有透水性能，這才有發(fā)展巖溶的可能。巖體的透水性要注意兩個(gè)方面：一是可熔巖石本身的透水性，這就是說(shuō)在巖石內(nèi)要有暢通水流的孔隙，而另一方面是在巖體內(nèi)要有裂隙，它們往往成為地下水流暢通的通道，是造成巖溶發(fā)育的主要原因。裂隙類(lèi)型很多，而造成巖溶空隙以構(gòu)造裂隙和層理裂隙影響最大。它是造成深成巖溶發(fā)育的必要條件之一。2）水質(zhì) 水的溶蝕性主要取決于水中侵蝕性CO2的含量。當(dāng)CO2的含量過(guò)多時(shí)，則會(huì)大大增強(qiáng)對(duì)石灰?guī)r的溶解速度。此外，有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸也可對(duì)碳酸鹽類(lèi)的巖石產(chǎn)生溶蝕作用，而濕熱的氣候條件（主要是溫度）則有利于溶蝕作用的進(jìn)行。3）水在巖體中活動(dòng)水的流動(dòng)性取決于巖體中水的循環(huán)條件，它與地下水的補(bǔ)給，滲流及排泄直接有關(guān)。 地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水，故降雨量大的地區(qū)，由于水源補(bǔ)給充沛，巖溶就容易發(fā)育。巖體裂隙的規(guī)模、形態(tài)、數(shù)量以及連通情況，是決定地下水滲流條件的主要因素，它控制著地下水的比降、流速、流量、流向等一系列水文地質(zhì)因素。此外，地形坡度，覆蓋層的性質(zhì)和厚度等對(duì)水滲透情況也有一定的影響。地形平緩，地表徑流差，滲入地下的水量就多，因此巖溶就易于發(fā)育。覆蓋層為不透水粘土或亞粘土所組成，且厚度又大時(shí)，則會(huì)直接影響大氣降水下滲，所以在覆蓋層分布較厚的地帶，巖溶發(fā)育程度相對(duì)減弱。2、巖溶地區(qū)的特征(地貌)地表形態(tài)：溶溝、溶槽、石芽、石林、漏斗、落水洞、豎井地下形態(tài)：溶蝕裂隙、溶洞、暗河、石鐘乳、石筍、天生橋穿山公園石林石峰武隆芙蓉洞2、巖溶地區(qū)的特征(地貌)武隆芙蓉洞位于武隆縣江口鎮(zhèn)4千米處的芙蓉江畔。發(fā)現(xiàn)于1993年5月。經(jīng)中國(guó)與澳大利亞有關(guān)溶洞科研機(jī)構(gòu)兩次實(shí)地勘測(cè)，評(píng)價(jià)為:“世界奇觀，一級(jí)洞穴景點(diǎn)”，“一座地下藝術(shù)宮殿和洞穴科學(xué)博物館”。芙蓉洞主洞長(zhǎng)2700米，總面積3.7萬(wàn)平方米，其中“輝煌大廳”面積1.1萬(wàn)平方米，最為壯觀。洞內(nèi)鐘乳石類(lèi)型幾乎包括世界各類(lèi)洞穴近30余個(gè)種類(lèi)的沉積特征。芙蓉洞石簾武隆天生三橋3、主要工程地質(zhì)問(wèn)題與防治兩類(lèi)主要工程地質(zhì)問(wèn)題：地基穩(wěn)定性與塌陷滲漏和突水4、巖溶塌陷1）、概述

巖溶塌陷是巖溶地區(qū)因巖溶作用而發(fā)生的一種地面變形和破壞的災(zāi)害，是我國(guó)主要的地質(zhì)災(zāi)害之一。它是指巖溶洞隙上方的巖、土體在自然或人為因素作用下引起變形破壞，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種巖溶動(dòng)力地質(zhì)作用與現(xiàn)象，即巖溶的一種溶蝕或沉淀的動(dòng)力地質(zhì)作用和現(xiàn)象。2)、分類(lèi) 巖溶塌陷可分為基巖塌陷和上覆土層塌陷兩種形式?；鶐r塌陷是由于下部巖體中的洞穴擴(kuò)大而導(dǎo)致頂板巖體的塌落，上覆土層塌陷則由于上覆土層中的土洞頂板因自然或人為的因素失去平衡而產(chǎn)生下陷或塌落。由基巖洞穴發(fā)展成的塌陷常產(chǎn)生深達(dá)十幾米到數(shù)百米的井筒狀時(shí)塌陷漏斗；由土洞發(fā)展成的塌陷，也產(chǎn)生深幾米到幾十米的圓形陷坑。

3）、分布

巖溶塌陷的空間分布很廣泛。廣西的巖溶分布最多，也是我國(guó)巖溶塌陷的主要分布地區(qū)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，作為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)新區(qū)的桂林市西城區(qū)，截至1999年1月，該區(qū)已發(fā)生的塌陷一共有319處，貴州是有名的巖溶區(qū)，全省已有塌陷近100處，塌陷坑點(diǎn)2200余個(gè)，另外，湖南、湖北、武漢、山東、遼寧、山西、河北、陜西等地都有巖溶塌陷現(xiàn)象，陷坑總數(shù)超過(guò)3萬(wàn)多個(gè)。基巖塌陷巖溶滲漏武漢巖溶地面塌陷水口山礦區(qū)巖溶地面塌陷恩口巖溶地面塌陷地面塌陷破壞農(nóng)田巖溶地面塌陷破壞農(nóng)田巖溶地面塌陷損壞鐵路南嶺隧道巖溶地面塌陷泰安車(chē)站

巖溶地面塌陷5、巖溶地基穩(wěn)定性問(wèn)題6、巖溶塌陷的防治1）勘測(cè)要點(diǎn)

（1）、對(duì)建筑場(chǎng)地和地基有影響的巖溶發(fā)育規(guī)律、埋藏現(xiàn)狀和各種巖溶形態(tài)的分布、形狀、大小、延伸方向及其與建筑物在空間位置的相對(duì)關(guān)系等。

（2）、巖溶巖層的完整性（如斷裂、節(jié)理切割），風(fēng)化程度及由溶巖作用引起的巖石結(jié)構(gòu)的破壞。

(3)、巖溶水情況和巖溶充填物的情況。

(4)、巖土層的工程性質(zhì)等。2）選線(xiàn)原則 在巖溶地區(qū)選線(xiàn)，要想完全繞避是不大可能的，尤其是在我國(guó)中南和西南巖溶分布十分普遍的地區(qū)，更不可能。因此，宜按認(rèn)真勘測(cè)、綜合分析、全面比較、避重就輕、興利防害的原則。根據(jù)巖溶發(fā)育和分布規(guī)律，注意以下幾點(diǎn)：

(1)在可溶性巖石分布區(qū)，路線(xiàn)應(yīng)選擇在難溶巖分布區(qū)。

(2)路線(xiàn)方向不宜與巖層構(gòu)造線(xiàn)方向平行，而應(yīng)與之斜交或垂直，因暗河多平行于巖層構(gòu)造線(xiàn)發(fā)育。

(3)路線(xiàn)應(yīng)盡量避開(kāi)河流附近或較大斷層破碎帶，不可能時(shí)，亦宜垂直或斜交通過(guò)，以免由于巖溶發(fā)育或巖溶水豐富而威脅路基的穩(wěn)定。

(4)路線(xiàn)盡可能避開(kāi)可溶巖與非可溶巖或金屬礦床的接觸帶，因這些地帶往往巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，甚至巖溶泉成群出露?！?/p>

(5)巖溶發(fā)育地區(qū)選線(xiàn)，應(yīng)盡量在土層覆蓋較厚地段通過(guò)，因一般覆蓋層起到防止巖溶繼續(xù)發(fā)展，增加溶洞頂板厚度和使上部荷載擴(kuò)散的作用。但應(yīng)注意覆蓋土層內(nèi)有無(wú)土洞的存在。

(6)橋位宜選在難溶巖分布區(qū)或無(wú)深、大、密的溶洞地段。

(7)隧道位置應(yīng)避開(kāi)漏斗、落水洞和大溶洞，且避免與暗河平行。

3）防治措施(1)清除填堵法：首先清除溶洞或土洞中的松土，然后填以碎石、塊石等，可以在土洞回填的碎石上設(shè)置反濾層，以防止?jié)撐g發(fā)生，后上覆粘土并分層夯實(shí)，以達(dá)到改善地基的效果。(2)跨越法：這是一種用于塌陷坑或隱伏土洞較深較大、開(kāi)挖回填有困難的處理方法。該種方法是以結(jié)構(gòu)跨越塌陷坑洞，兩端支撐在可靠的巖、土體上，并注意其承載能力和穩(wěn)定性。厚板跨越法

２００１年１１月１４日，青藏高原昆侖山口發(fā)生８．１級(jí)大地震，這次地震造成了一條寬３米至５米，長(zhǎng)約４００公里的地震斷裂帶。為有效避免地震可能給青藏鐵路帶來(lái)的威脅，青藏鐵路路基采用垂直通過(guò)的方式跨越了這條全國(guó)最長(zhǎng)的地震斷裂帶。青藏鐵路建設(shè)總指揮部總工程師趙世運(yùn)說(shuō)，為減少地震影響，設(shè)計(jì)青藏鐵路時(shí)盡量讓線(xiàn)路繞過(guò)地震斷層，如果線(xiàn)路必須進(jìn)入地震帶活動(dòng)范圍，則先調(diào)查清楚地震帶走向，然后讓鐵路與地震帶垂直相交以淺路基通過(guò)。(3)強(qiáng)夯法：強(qiáng)夯法是一種常用的地基處理方法，是把10—20t的夯錘起吊到一定高度（10—40m），讓其自由下落，通過(guò)重錘下落時(shí)的強(qiáng)烈沖擊波對(duì)土體進(jìn)行夯實(shí)加固。(4)灌漿法：對(duì)于溶洞或土洞因埋藏較深，不可能采用挖填和跨蓋方法處理時(shí)，在溶洞中可采用水泥、粘土混合灌漿于巖溶裂隙中；對(duì)于土洞，可在洞體范圍內(nèi)的頂板上打孔灌砂或砂礫，但應(yīng)注意灌滿(mǎn)和達(dá)到一定密度。(5)排導(dǎo)法：由于洞中水的活動(dòng)可使洞壁和洞頂溶蝕，沖刷或潛蝕，造成裂隙和洞體擴(kuò)大或洞頂坍塌，因而應(yīng)防止自然降雨和生產(chǎn)用水下滲，采用截排水措施，將水引導(dǎo)到其他地方排泄。(6)樁基礎(chǔ)法：當(dāng)土洞埋深較大時(shí)，可用樁基處理，如采用混凝土樁、鋼樁、砂樁或爆破樁等，目的除提高支承能力外，還有靠樁來(lái)擠壓擠密土層和改變地下水滲流條件的功效。(7)高壓旋噴法：高壓旋噴法是用高壓脈沖泵通過(guò)鉆桿底部的噴嘴向周?chē)馏w噴射化學(xué)漿液，高壓射流使土體結(jié)構(gòu)破壞并與化學(xué)漿液混合、膠結(jié)硬化從而起到加固作用的一種地基處理方法。二、強(qiáng)夯加固(一)方法簡(jiǎn)介

強(qiáng)夯法是1969年法國(guó)Menard技術(shù)公司首創(chuàng)的一種地基加固方法。它用巨錘、高落距，對(duì)地基施加強(qiáng)大的沖擊能，強(qiáng)制壓實(shí)地基。強(qiáng)夯法首次用于芒德利厄海（法國(guó)）圍海造地，建造２０幢８層住宅的地基加固。建筑場(chǎng)地為新近填筑的采石場(chǎng)棄土碎石層，厚約9m，其下為12m厚疏松的砂質(zhì)粉土，底部為泥灰?guī)r。工程起初擬用樁基，因負(fù)摩擦力占樁基承載力的60%～70%，不經(jīng)濟(jì)，后考慮預(yù)壓加固，堆土高5m，歷時(shí)3月,沉降僅20cm，無(wú)法采用，最后改為強(qiáng)夯：錘重100kN，落距13m，夯擊功能1200kNm/m2，沉降量達(dá)50cm，滿(mǎn)足工程要求。8層樓竣工后，基底壓力為300kPa，地基沉降量?jī)H13mm。（二）、強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理 強(qiáng)夯法是用于大噸位起重機(jī)，將巨型錘提至空中，從h=8～25m(hmax=40m)高處自由下落，形成巨大的沖擊能與沖擊波。 強(qiáng)夯法施工通常強(qiáng)夯夯擊第一錘，可使錘陷入地面達(dá)１m左右。這1m范圍土的固體礦物的體積，大部分被強(qiáng)制性擠壓到夯坑以下土的孔隙中，呈超壓密狀態(tài)。由此可見(jiàn)，強(qiáng)夯法加固地基的機(jī)理與重錘夯實(shí)法表面形式相似但有本質(zhì)的差別。強(qiáng)夯法加固地基有三種不同的加固機(jī)理。（１）動(dòng)力密實(shí)機(jī)理強(qiáng)夯加固多孔隙、粗顆粒、非飽和土為動(dòng)力密實(shí)機(jī)制，即強(qiáng)大的沖擊能強(qiáng)制超壓密地基，使土中氣相體積大幅度減小。（2）動(dòng)力固結(jié)機(jī)理強(qiáng)夯加固顆粒飽和土為動(dòng)力固結(jié)機(jī)理，即強(qiáng)大的沖擊能與沖擊破壞土的結(jié)構(gòu)，使土體局部液化并產(chǎn)生許多裂隙，作為孔隙水的排水通道，加速土體固結(jié)土體發(fā)生觸變，強(qiáng)度逐步恢復(fù)。（3）動(dòng)力置換機(jī)理強(qiáng)夯加固淤泥為動(dòng)力置換機(jī)理，即強(qiáng)夯將碎石整體擠入淤泥成整式置換或間隔夯入淤泥成樁式碎石墩。（三）強(qiáng)夯法設(shè)計(jì) 根據(jù)工程的規(guī)模與特點(diǎn)，結(jié)合地基土層情況，確定強(qiáng)夯處理有效加固深度，這與強(qiáng)夯的功能有關(guān)。據(jù)此選擇錘重與落距。1、有效加固深度（1）公式計(jì)算 根據(jù)我國(guó)各單位的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，修正了法國(guó)梅納最初提出的公式，按下式計(jì)算：

式中H——強(qiáng)夯的有效加固深度，m；W——夯錘重，KN；h——落距，m；a——與土的性質(zhì)和夯擊能有關(guān)的系數(shù)，一般變化范圍為0.5～0.9，細(xì)粒土、夯擊能較大時(shí)取大值。（２）經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值（３）現(xiàn)場(chǎng)試夯 按公式，初步確定強(qiáng)夯的有效回固度與夯擊功能的關(guān)系，選用強(qiáng)夯的錘重與落距，以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試夯為準(zhǔn)。2、強(qiáng)夯的單位夯擊能 強(qiáng)夯的單位夯擊能應(yīng)根據(jù)地基土的類(lèi)別、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、荷載大小和要求處理的深度等綜合考慮，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。在一般情況下，粗顆粒土可取1000～3000kN·m/m2，細(xì)顆粒土可取1500～4000kN·m/m2；3、選用夯錘與落距 對(duì)當(dāng)?shù)貜?qiáng)夯施工單位已有的夯錘與起重機(jī)型號(hào)作調(diào)查，根據(jù)所需有效加固深度與單擊夯擊能，最后選用夯錘與落距。在單擊夯擊能相同的情況下，實(shí)踐表明：增加落距h比增加錘重Ｗ更有效。4、確定每個(gè)夯點(diǎn)重復(fù)夯擊次數(shù) 通常每個(gè)夯點(diǎn)應(yīng)多次重復(fù)夯擊，才能達(dá)到有效加固深度。若擊數(shù)太多，則費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)。由現(xiàn)場(chǎng)試夯所得夯擊次數(shù)與夯沉量關(guān)系曲線(xiàn)確定最佳夯擊次數(shù)，且應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足下列條件：最后兩擊的平均夯沉量：當(dāng)單擊夯擊能小于4000kN·m時(shí)為50mm；當(dāng)單擊夯擊能力4000～6000kN·m時(shí)為100mm；當(dāng)單擊夯擊能大于6000kN·m時(shí)為200mm；夯坑周?chē)孛娌粦?yīng)發(fā)生起錘困難。不因夯坑過(guò)深而發(fā)生起錘困難。

5、夯點(diǎn)平面布置1）按設(shè)計(jì)起重機(jī)開(kāi)行路線(xiàn)，順序布置夯擊點(diǎn)；2）強(qiáng)夯夯擊時(shí)，應(yīng)力向外擴(kuò)散，因此，夯擊點(diǎn)必須間隔5～9m夯距，如圖4—1（a）所示的為正確布置。若夯點(diǎn)緊接，應(yīng)力疊加，應(yīng)力疊加，效果降低，如圖4—1(b)所示的為不正確的布置。

通常夯擊平面按行列式（正方形）布置施工方便，也可采用梅花形（等邊三角形）布置。3）確定夯擊遍。根據(jù)土的性質(zhì)、夯擊功能與有效加固深度確定，一般情況為2～３遍，最后再以低能滿(mǎn)夯一遍。對(duì)于滲透性弱的細(xì)顆粒土，夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加。每一遍夯擊，如圖4—2中１所示，兩個(gè)夯擊點(diǎn)相隔7m。按行、按列將整個(gè)場(chǎng)地夯擊完后，開(kāi)始第二遍夯擊，如圖4—2中２所示。依此類(lèi)推。圖4—2采用強(qiáng)夯4遍的平面布置，空白處為最后低能深度的1/2～2/3，但不宜小于3m。圖4—2夯擊平面布置圖６、兩遍夯擊之間的時(shí)間間隔 兩遍夯擊之間的時(shí)間間隔，取決于土中超孔隙水壓力的消耗時(shí)間。對(duì)碎石與砂土可連續(xù)夯擊；對(duì)滲透性差的粘性土，應(yīng)不少于3～４周。

7、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試調(diào)整 初定強(qiáng)夯參數(shù)，提出強(qiáng)夯試驗(yàn)方案，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，經(jīng)間隔時(shí)間后進(jìn)行夯后測(cè)試并與夯前數(shù)據(jù)對(duì)比，檢驗(yàn)強(qiáng)夯效果。確定正式強(qiáng)夯參數(shù)。（四）強(qiáng)夯法的施工１強(qiáng)夯法的機(jī)具設(shè)備 強(qiáng)夯法的機(jī)具設(shè)備很簡(jiǎn)單，主要為夯錘、起重機(jī)和自動(dòng)脫鉤裝置３種。（１）夯錘 我國(guó)常用錘重為80～250kN，世界最大錘重為2000kN，錘重大小根據(jù)加固要求由計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；夯錘的材料，理想材料為鑄鋼，也可用厚鋼板外殼，內(nèi)澆筑混凝土制成；夯錘底面構(gòu)造，錘底形狀宜采用圓形，錘底面積按土的性質(zhì)確定，錘底靜壓力值可取25～40Kpa。錘的底面應(yīng)對(duì)稱(chēng)設(shè)置若干個(gè)與其頂面貫通的排氣孔，以消除高空下落時(shí)的氣墊，且便于從夯坑中起錘，孔徑可取250～300mm。（2）起重機(jī) 西歐國(guó)家起重機(jī)大多采用履帶式吊車(chē)，日本采用輪胎式吊車(chē)。履帶式起重機(jī)穩(wěn)定性好，可在臂桿端部設(shè)置輔助門(mén)架，防止夯錘在高空自動(dòng)脫鉤時(shí)發(fā)生機(jī)架傾覆。吊車(chē)能力大于錘重。（３）自動(dòng)脫鉤裝置 當(dāng)起重機(jī)將夯錘吊至設(shè)計(jì)高度時(shí)，要求夯錘自動(dòng)脫鉤，使夯錘自由下落，夯擊地基。自動(dòng)脫鉤裝置有兩種：一種利用吊車(chē)副卷?yè)P(yáng)機(jī)的鋼絲繩，吊起特制的鎖卡焊合件，使錘脫鉤下落；另一種采用定高度自動(dòng)脫錘索，效果良好。2、強(qiáng)夯法的施工工藝 為了保證強(qiáng)夯加固地基的預(yù)期效果，需要嚴(yán)格的、科學(xué)的施工技術(shù)與管理制度。1）夯前地基的詳細(xì)勘察。查明建筑場(chǎng)地的土層分布、厚度與工程性質(zhì)指標(biāo)。2）現(xiàn)場(chǎng)試夯與測(cè)試。在建筑場(chǎng)地內(nèi)，選代表性小塊面積進(jìn)行試夯或試驗(yàn)性強(qiáng)夯施工。間隔一段時(shí)間后，測(cè)試加固效果，為強(qiáng)夯正式施工提供參數(shù)的依據(jù)。3）清理并平整場(chǎng)地。平整的范圍應(yīng)大于建筑物外圍輪廓線(xiàn)，每邊外伸設(shè)計(jì)不小于3㎝。4）查明第一遍夯點(diǎn)位置。對(duì)每一夯實(shí)點(diǎn)，用石灰標(biāo)出夯錘底面外圍輪廓線(xiàn)，并測(cè)量場(chǎng)地高程。5）起重機(jī)就位，夯錘對(duì)準(zhǔn)夯點(diǎn)位置，位于石灰線(xiàn)內(nèi)，測(cè)量夯前錘頂高程。6）將夯錘起吊到預(yù)定高度，自動(dòng)脫鉤，使夯錘自由下落夯實(shí)地基，放下吊鉤，測(cè)量錘頂高程。若因坑底傾斜造成夯錘歪斜時(shí)，應(yīng)及時(shí)整平坑底。7）重復(fù)步驟（6），按設(shè)計(jì)規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標(biāo)準(zhǔn)，完成一個(gè)夯點(diǎn)的夯擊。8）重復(fù)步驟（5）-（7），按設(shè)計(jì)強(qiáng)夯點(diǎn)的次序圖，完成第一遍全部夯點(diǎn)的夯擊。9）用推土機(jī)將夯坑填平，并測(cè)量場(chǎng)地高程。標(biāo)出第二遍夯點(diǎn)位置。10）按規(guī)定的間隔時(shí)間，待前一遍強(qiáng)夯產(chǎn)生的土中孔隙水壓力消散后，再按上述步驟，逐次完成全部夯擊遍數(shù)，通常為3-5遍。最后采用低能量滿(mǎn)夯，將場(chǎng)地表層松土夯實(shí)，并測(cè)量場(chǎng)地夯后高程。11）強(qiáng)夯效果質(zhì)量檢測(cè)。全部夯擊結(jié)束后，按下述間隔：砂土1-2周，低飽和度粉土與粘性土2-4周，進(jìn)行強(qiáng)夯效果質(zhì)量檢測(cè)。采用兩種以上方法，檢測(cè)點(diǎn)不少于3處。對(duì)重要工程與復(fù)雜場(chǎng)地，應(yīng)增加檢測(cè)方法與檢測(cè)點(diǎn)。檢測(cè)的深度應(yīng)不小于設(shè)計(jì)地基處理的深度。（五）強(qiáng)夯加固地基的效果 強(qiáng)夯加固地基可產(chǎn)生以下幾種優(yōu)良效果。(1)提高地基承載力強(qiáng)夯加固處理后，地基承載力通?？商岣?～5倍，fak=180～250kPa。(2)深層地基加固強(qiáng)夯法可使深層地基得到加固，國(guó)內(nèi)有效加固深度一般為5～10m。高能量強(qiáng)夯法加固深度可超過(guò)10m。（3）消除液化飽和疏松細(xì)砂為可液化土，經(jīng)強(qiáng)夯后可以消除液化。例如，北京剪板廠與北京面

粉廠位于北京市大興縣黃村，地基為飽和粉砂，強(qiáng)夯加固后已消除液化。（4）消除濕陷性

山西化肥廠地基為自重溫陷性黃土，采用錘重25t、落距25m、夯擊能6250kN·m夯擊加固后，消除黃土濕陷性深度達(dá)12m。（5）減少地基沉降量

強(qiáng)夯加固地基，使土的密度增大，孔隙比減小，壓縮系數(shù)降低，因此，地基沉降量有時(shí)可減小數(shù)倍，并可解除不均勻沉降的危害。（六）強(qiáng)夯法的適用范圍1.適用的地基土質(zhì) 強(qiáng)夯法大多數(shù)工程應(yīng)用動(dòng)力密實(shí)機(jī)理，最適用于孔隙大而疏松的碎石土、砂土及建筑垃圾，也適用于低飽和度的粉土、粘性土、濕陷性黃土和素填土。對(duì)高飽和度的粉土與粘性土地基，尤其對(duì)軟粘土地基，采用動(dòng)力固結(jié)機(jī)理強(qiáng)夯法時(shí)要慎重。2．強(qiáng)夯振動(dòng)影響范圍

強(qiáng)夯施工夯錘沖擊地面，強(qiáng)大的沖擊能產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動(dòng)，是否對(duì)鄰近建筑物造成危害取決于地基土的性質(zhì)，強(qiáng)夯的夯擊能大小，工程的堅(jiān)固程度，尤其是夯點(diǎn)離建筑物的距離。結(jié)論為：一般距夯擊點(diǎn)30m以外，為相對(duì)安全區(qū)；15m以?xún)?nèi)，為明顯振動(dòng)區(qū)，若必須在鄰近建筑物處進(jìn)行強(qiáng)夯時(shí)，可以采取防振措施。例如，煙臺(tái)大學(xué)教職工食堂與已建成使用的二層學(xué)生食堂相鄰，凈距僅6～7m，采用了挖隔振溝的辦法，故在教工食堂地基強(qiáng)夯時(shí)，學(xué)生食堂安然無(wú)恙。（七）對(duì)強(qiáng)夯法的評(píng)價(jià)1.優(yōu)點(diǎn)(1)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝方便、原理直觀。(2)應(yīng)用范圍廣，加固效果好。(3)需要人員少，施工速度快。(4)不消耗水泥、鋼材，費(fèi)用低，通?？杀葮痘?jié)省投資30%～70%。２．缺點(diǎn)(1)振動(dòng)大，有噪音，在市區(qū)密集建筑區(qū)難以采用。(2)強(qiáng)夯理論不成熟，不得不采用現(xiàn)場(chǎng)試夯才能最后確定強(qiáng)夯參數(shù)。(3)強(qiáng)夯的振動(dòng)對(duì)周?chē)ㄖ锏挠绊懷芯窟€不夠。

今后還應(yīng)深入總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)理論研究，不斷提高強(qiáng)夯法的水平。

三、灌注填充（一）方法簡(jiǎn)介 巖溶注漿方案，是通過(guò)鉆孔灌注水泥漿液，堵塞基巖頂部的巖溶空間，截?cái)嗌喜客翆游镔|(zhì)的潛蝕運(yùn)移通道，消除產(chǎn)生巖溶的基本條件，達(dá)到防止塌陷的目的。主要應(yīng)用于巖溶發(fā)育深度不大，形態(tài)以裂隙型為主，大型溶洞很少，填充率高，而且具有較厚的第四紀(jì)覆蓋層的巖溶地區(qū)。這些特點(diǎn)，使巖漿注漿方案的技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性明顯優(yōu)于其他整治方案。

另外，巖溶注漿方案還具有施工簡(jiǎn)單，對(duì)行車(chē)無(wú)干擾、不污染地下水源、不增加維護(hù)工作等特點(diǎn)，在實(shí)際處理工作中可廣泛應(yīng)用。（二）巖溶注漿工程設(shè)計(jì)與施工 由于覆蓋層巖溶的特殊性、復(fù)雜性及目前勘測(cè)手段的局限性，巖溶注漿工程的設(shè)計(jì)與施工采用了“探—注結(jié)合”的沿途工程體制，詳細(xì)勘察與注漿試驗(yàn)工程結(jié)合進(jìn)行，地質(zhì)人員、設(shè)計(jì)人員參與施工全過(guò)程。并通過(guò)實(shí)地的注漿試驗(yàn)，取得較為可靠的注漿設(shè)計(jì)與施工工藝參數(shù)。1、注漿設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)1）注漿處理范圍至鐵路路基坡腳外5m；2）注漿孔按孔距小于等于8m，并結(jié)合場(chǎng)地條件布置，一般采用直孔，與鐵路行車(chē)發(fā)生干擾采用斜孔；3）注漿孔深至基巖頂面以下2~3m，注漿段孔徑110-130mm；4）漿液采用抗壓強(qiáng)度為41.7Mpa的普通硅酸鹽水泥，摻加速凝劑配制，水灰比一般選用（0.8：1）~（1：1）；5）巖溶注漿量的計(jì)算6）土層注漿量與疏松帶發(fā)育程度有關(guān)。2、注漿施工工藝1）按先外圍后中間的順序進(jìn)行注漿。注漿孔采用取心鉆進(jìn)方法，并進(jìn)行簡(jiǎn)易水文地質(zhì)測(cè)量。第四系潛水層需用套管封閉，注漿管套下至基巖面上0.5m，并嵌固于含礫粘土層中。含礫粘土層松軟或很薄時(shí)，采用粘土球回填夯實(shí)的方法嵌固。2）清洗孔底基巖注漿段，清洗時(shí)間不應(yīng)過(guò)長(zhǎng)，一般以3~5mm為宜。對(duì)不漏水的孔，洗孔最大孔口壓力不超過(guò)500kPa。3）進(jìn)行注水試驗(yàn)，測(cè)得基巖注漿段單位吸水率，其計(jì)算公式為： 式中q為單位吸水率，r為套管內(nèi)半徑，及為第一次及第二次測(cè)定的孔內(nèi)水柱高度，為基巖注漿段高度，t為兩次水位測(cè)定間隔時(shí)間。4）根據(jù)鉆孔巖心及注水試驗(yàn)資料選用適宜的漿液濃度、速凝劑配比、注漿壓力、注漿流量等參數(shù)，并視注漿過(guò)程中基巖吸漿量及注漿壓力的變化加以調(diào)整。在實(shí)際工作中，遇到多種情況與多種變化過(guò)程的多種組合，關(guān)系較為復(fù)雜，一般地，對(duì)于吸漿量較小的孔，采用先稀后濃的漿液進(jìn)行連續(xù)的壓力注漿；對(duì)于吸漿量較大的孔，采用先濃后稀再濃的漿液進(jìn)行多次定向間歇注漿；對(duì)于遇到較大巖溶通道、吸漿量又較大的孔，應(yīng)在注漿的同時(shí)加注骨料，并選用適宜的透砂量。5）巖溶注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為：孔底壓力達(dá)到600~700MPa；吸漿量小于4L/min，并穩(wěn)定30min。由于巖溶發(fā)育的不均勻性，各注漿孔的實(shí)際耗漿量一般大于平均單孔耗漿量，后期注漿孔則較小，所以，切不可以單孔耗漿量作為注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。6）巖溶注漿結(jié)束后，提拔套管，進(jìn)行土層注漿，注漿孔壓力一般小于100kPa。3、注漿效果檢查液漿的擴(kuò)散是在地下隱蔽進(jìn)行的，必須通過(guò)注漿效果檢查來(lái)確認(rèn)其工程質(zhì)量。1）檢查鉆孔的數(shù)量，為注漿孔數(shù)的10%~20%，采用有目的的布置，在注漿孔之間或隨機(jī)布置的方法布孔，部分（約20%~30%）檢查孔的位置，是由建設(shè)單位和接收單位的監(jiān)理人員與驗(yàn)收人員于現(xiàn)場(chǎng)確定。檢查孔深度比臨近注漿孔深度深2~3m。2）對(duì)檢查孔巖心進(jìn)行檢查，在基巖和土層部位都再未遇到洞隙空間，原有巖溶洞隙或土洞、土縫處可見(jiàn)到柱狀、片狀的膠結(jié)致密的水泥結(jié)塊。3）進(jìn)行孔內(nèi)注水（壓水）試驗(yàn)，測(cè)定注漿后基巖（淺部）單位吸水率，與注漿前對(duì)比。注漿前的注漿孔內(nèi)單位吸水率一般在10-30L/min.m.m；注漿后的檢查孔內(nèi)單位吸水率多數(shù)小于0.05L/min.m.m.4）對(duì)于個(gè)別吸水率較大的檢查孔，進(jìn)行壓力補(bǔ)注漿；單位吸水率小于4L/min.m.m，檢查孔實(shí)際補(bǔ)漿量一般都不大；對(duì)個(gè)別單位吸水率大于4L/min.m.m或補(bǔ)漿量較大的，則要結(jié)合有關(guān)注漿孔的地質(zhì)資料和注漿施工資料進(jìn)行綜合分析，適當(dāng)增布檢查孔和補(bǔ)注漿孔。

三、實(shí)例 福建龍長(zhǎng)高速公路A9標(biāo)段線(xiàn)路位于連城縣境內(nèi),屬丘陵區(qū)。水文地質(zhì)復(fù)雜,尤其是石灰?guī)r地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,溶洞、溶槽、裂隙發(fā)育,場(chǎng)內(nèi)不良地質(zhì)構(gòu)造包括石灰?guī)r中的巖溶給橋梁樁基施工帶來(lái)較多困難。1、樁基概況

該工程主線(xiàn)山窩崗大橋5-1#樁(設(shè)計(jì)樁徑150cm,采用C25混凝土,施工樁長(zhǎng)35m)和9-2#樁(設(shè)計(jì)樁徑150cm,采用C25混凝土,施工樁長(zhǎng)27.15m)施工完,鉆孔取芯抽樣檢查發(fā)現(xiàn)樁身混凝土芯樣連續(xù)完整、質(zhì)量良好,但樁尖持力層內(nèi)均存在溶洞。經(jīng)福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院進(jìn)一步勘探確認(rèn)5-1#樁樁尖持力層1.8～2.60m內(nèi)處存在一個(gè)高1.20～2.40m、長(zhǎng)約3.00m、寬約2.00m的溶洞,洞內(nèi)含有泥質(zhì)及砂質(zhì)充填物;9-2#樁樁尖持力層內(nèi)存在1.1～1.3m的類(lèi)似溶洞,洞內(nèi)為粘土、粉細(xì)砂及角礫石等充填物。而設(shè)計(jì)要求樁底持力層完整基巖3D(D為樁徑)范圍內(nèi)無(wú)溶洞、采空區(qū)及軟弱夾層,因此,兩樁均不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,必須采取補(bǔ)救措施。經(jīng)討論研究,提出3種解決方案:①原樁報(bào)廢,在原樁位重新沖孔穿過(guò)溶洞區(qū)域,終孔于可靠持力層上②保留原樁,在原樁位兩側(cè)增加2根直徑80騎馬樁;③利用高壓旋噴漿加固原樁底持力層。 以上3種方案技術(shù)上均可行,但前兩種方案施工期長(zhǎng),也不經(jīng)濟(jì),因此,決定采用高壓旋噴法對(duì)樁基進(jìn)行壓漿置換補(bǔ)強(qiáng)。2、高壓旋噴技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)樁底持力層機(jī)理

利用旋噴機(jī)把安有水平噴嘴的旋噴管伸入孔底,以20～25MPa的高壓水流對(duì)缺陷部位自上而下、由下而上反復(fù)沖擊切割,使其充填物削落形成松散顆粒物,然后采用氣舉反 循環(huán)的方法清渣,將削落的松散沉淀物大部分或全部清出樁身外,形成空腔;采用高標(biāo)號(hào)水泥配制水泥漿,將旋噴管伸到溶洞底部自下而上邊提升邊旋噴注漿,置換出樁底持力層空腔內(nèi)的清水,再通過(guò)孔口壓力擠漿使其與持力層緊密連接,形成整體,從而使持力層連續(xù)、完整,達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。3、高壓旋噴施工(1)施工工藝

高壓旋噴施工的基本工序:孔位布置→高壓旋噴切割→清渣→配制漿液→旋噴注漿→壓漿,其中高壓旋噴切割和清渣需反復(fù)進(jìn)行。1)孔位布置 考慮到已有2個(gè)取芯抽樣鉆孔,若2孔連通,則可以利用該抽芯孔;如果不連通,再考慮鉆第3個(gè)孔。2)高壓旋噴切割 將旋噴管伸入抽芯孔底溶洞部位,通過(guò)鉆桿及高壓管與高壓泵連接,利用高壓泵產(chǎn)生的高壓水流對(duì)溶洞內(nèi)壁緩慢進(jìn)行定噴、旋噴,對(duì)溶洞填充物進(jìn)行反復(fù)旋噴切割。施工參數(shù)如下:旋噴壓力為27～30MPa,轉(zhuǎn)動(dòng)速度為10～20r/min。提升速度為5～10cm/min;清水排量為80～90L/min。3)氣舉反循環(huán)清渣 將樁頂表面雜物清除干凈,在原抽芯孔孔口埋置直徑≥102mm的孔口管,待試壓強(qiáng)度達(dá)到2MPa后方可進(jìn)入下道工序。將清渣管下至孔底,并將風(fēng)管置入其內(nèi),從相鄰的孔位注入清水,開(kāi)動(dòng)空氣壓縮機(jī),同時(shí)不停地提動(dòng)氣管管竄,采用氣舉反循環(huán)法使孔底缺陷部位被切碎的淤泥、粉細(xì)砂及角礫石等充填物隨水排出樁外。 施工參數(shù)如下:空氣壓力為0.6～0.7M,空氣排量為3m/min.反復(fù)進(jìn)行高壓旋噴切割和清渣,直至返出較清水且無(wú)砂為止。4)配制漿液 按水灰比0.5～0.8配漿,采用42.5R普通硅酸鹽水或1%～2%FDN或2%減水劑,預(yù)計(jì)每樁使用水泥10t,加入200kg減水劑。5)注漿 下入管竄直至溶洞底0.5～1.00m,自下而上進(jìn)行旋噴注漿,注漿速度為10cm/min轉(zhuǎn)速為18r/min,壓力15MPa,噴嘴直徑為3mm。如旋噴注漿量達(dá)到理論用2～3倍后孔內(nèi)仍不返漿,則改用孔底間歇注漿,直至孔口返出濃漿(漿液稠度與注入漿液稠度一致)為止。安裝孔口壓漿裝置,開(kāi)動(dòng)壓漿泵壓漿,壓力為1～2MPa。壓力超過(guò)2MPa并穩(wěn)壓10min后關(guān)閉壓漿泵和井口,候凝。圖4-4缺陷樁示意圖圖4-4缺陷樁示意圖圖4-4缺陷樁示意圖圖4-4缺陷樁示意圖(2)質(zhì)量控制 1)施工前應(yīng)全面檢查設(shè)備是否完好,材料是否落實(shí),人員是否到位。 2)密切注意孔口返漿是否正常,如返漿偏小或不返漿,說(shuō)明有跑漿情況?？刹捎瞄g斷注漿法進(jìn)行處理,間隔時(shí)間根據(jù)漿液的初凝情況控制在1～1.5h;或加速凝劑,使?jié){液速凝,同時(shí)放慢旋噴管提升速度。 3)在正常情況下,旋噴管的轉(zhuǎn)速維持在1～2r/min,提升管的速度控制在5～10cm/min,以保證旋噴樁的成樁樁徑和高度。 4)旋噴壓力必須大于20MPa,漿液壓力應(yīng)為0.4～2.0MPa,要時(shí)刻關(guān)注壓力表,并作記錄。(3)效果檢測(cè) 施工完成后,沿壓漿孔側(cè)鉆孔取芯進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示芯樣連續(xù)完整,效果較好,兩樁芯樣強(qiáng)度均滿(mǎn)結(jié)果顯示芯樣連續(xù)完整,效果較好,兩樁芯樣強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。采用高壓旋噴法進(jìn)行注漿置換補(bǔ)強(qiáng)施工成功。 高壓旋噴灌漿技術(shù)已由主要用于地基加固發(fā)展到用于樁基施工事故的處理,尤其是巖溶發(fā)育地區(qū)樁基施工事故處理中。本工程的實(shí)踐表明,高壓噴射注漿技術(shù)是能節(jié)省施工工期,并取得良好的一種非常有效的方法技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。四、樁基工程 對(duì)于一些深度較大，跨越結(jié)構(gòu)無(wú)能為力的土洞、塌陷，通常采用樁基做法，用灌注樁、鋼樁或預(yù)應(yīng)力鋼混樁等穿越塌陷坑和巖溶洞穴，將荷載傳遞到基巖上。1、選擇樁的類(lèi)型（1）確定樁的承載性狀 根據(jù)建筑樁基的等級(jí)、規(guī)模、荷載大小，結(jié)合工程地質(zhì)剖面圖、各土層的性質(zhì)與層厚，確定樁的受力工作類(lèi)型。例如，溫州市水心住宅區(qū)地表為粉質(zhì)粘土，層厚為1.50m，第②層為淤泥，層厚達(dá)22m，第③層為堅(jiān)實(shí)土層。如為低層房屋，可采用摩擦樁；如為大中型工程，可用端承磨擦樁，長(zhǎng)樁穿透軟弱層，樁端進(jìn)入堅(jiān)實(shí)土層。2．選擇樁的材料與施工方法 根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)、施工機(jī)具與技術(shù)水平、造價(jià)、工期及場(chǎng)地環(huán)境等具體情況，選擇樁的材料與施工方法。例如，中小型工程可用素混凝土灌注樁，以節(jié)省投資。如為大工程則應(yīng)采用鋼筋混凝土樁，通常用錘擊法施工。2、確定樁的規(guī)格與單樁豎向承載力1）確定樁的規(guī)格（1）樁的長(zhǎng)度 一般應(yīng)選擇較豎實(shí)土層作為樁端持力層。樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度：粘性土、粉土≥2d；砂土≥1.5d；碎石類(lèi)土≥1d。樁頂嵌入承臺(tái)，以此確定樁長(zhǎng)。（2）樁的橫截面面積樁的橫截面面積根據(jù)樁頂荷載大小與當(dāng)?shù)厥┕C(jī)具及建筑經(jīng)驗(yàn)確定。如為鋼筋混凝土預(yù)制樁：中小工程常用250mm×250mm或300mm×300mm，大工程常用350mm×350mm或400mm ×400mm。若小工程用大截面樁，則浪費(fèi)；大工程用小截面樁，因單樁承載力低，需要樁的數(shù)量增多，不僅樁的排列難、承臺(tái)尺寸大，而且打樁費(fèi)工，不可取。2）確定單樁豎向承載力 根據(jù)建筑場(chǎng)地的地基土層性質(zhì)和確定的樁型與規(guī)格，可按樁的承載力確定方法確定單樁豎向承載力。3、計(jì)算樁的數(shù)量進(jìn)行平面布置1）樁的數(shù)量估算（1）按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JCJ94—94）進(jìn)行設(shè)計(jì)。(２)在按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007--2002）進(jìn)行設(shè)計(jì)２）