土溶洞处理施工设计方案.docx
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土溶洞处理施工设计方案
一、工程概况1
二、工程地质情况2
三、土洞（溶洞）的充填灌浆施工要点7
四、袖阀管法灌浆再加固方案10
四、施工组织方案13
五、质量保证措施15
六、安全施工措施16
七、文明施工措施17
八、附有关地质资料及基础平面图
一、工程概况
建设单位：
XXXXX
设计单位：
XXXXX
勘察单位：
XXXXX
监理单位：
XXXXX
施工单位：
XXXXX
XXXX位于从化市街口，东临从化市文峰塔，北临石潭村，南临流溪河。
三期高层R-e-7～9栋位于小区的东北侧，该栋号为地下1层，地上27层，建筑高度83.8m，基底面积1709.36㎡，建筑面积39626.23㎡。
基础形式为静压预应力混凝土管桩，桩型为PHC-500AB（125）-C80,单桩竖向承载力特征值为2000KN，部分单层地下室为抗拔桩，单桩竖向抗拔承载力特征值为350KN,要求桩端持力层为强风化粉砂岩，桩端进入持力层≥1m。
根据地质勘探资料，场地存在土洞及溶洞，其大小不一，分布亦无规律；经探明土洞3处、溶洞2处。
为保证建筑物的安全，必须给予土洞（溶洞）进行处理。
由于三期已建栋号R-c-1～3及R-d-1～3栋均存在着土洞（溶洞），且已成功顺利地解决此类不良地质问题，处理方案为灌浆处理。
所以，根据之前施工经验，R-e-7～9栋亦拟做相同处理方案：
（1）地质勘察已探明土洞、溶洞（钻孔号分别为ZK8、ZK30、ZK40、ZK167）须进行灌浆处理；
（2）在静力压桩施工过程中继续发现土洞（溶洞）的，做同样方法处理；（3）静力压桩施工完成后，对于管桩未穿过的溶洞或不能判断是否穿过的溶洞另还应采用袖阀管注浆法进行注浆充填；（4）灌浆后每一个土洞、溶洞均须作抽芯检查，检查满足规范要求，验收合格后方可进行下一步施工。
二、工程地质情况
场地原始地貌属河流冲积地貌，北侧与剥蚀残丘相连，地貌单元为冲积平原、北侧边缘地带为剥蚀残丘，冲积平原堆积物较复杂多变，细小颗粒往往和较粗大颗粒交错在一起；场地经堆填后地面相对较平坦（临时堆填在进行中。
经钻孔揭露，第四系地层中有土洞及泥盆系基岩中有溶洞等不良地质现象，但未发现有断裂错动迹象。
根据地质勘察报告，场区地层自上而下有人工填土层（Qml）、第四系坡积层（Qdl）、第四系冲洪积层（Qal+pl）、第四系残积层（Qel）和泥盆系基岩（D）五大类。
各岩土层的分布特点及物理力学性质自上而下分述如下：
（一）、人工填土层（Qml）：
层序号①
土性主要为素填土，褐红色、褐黄色、棕红色等，主要由泥质粉砂岩、砂岩、灰岩的风化岩块及其风化土组成，岩块含量不等约占20-65%，块径大小不一约2～40cm，地表局部地段可见块径达1.00～2.00m岩块，场地南侧底部1.00～2.00m主要为砂土、卵砾石，稍湿，结构松散，为近期堆填，未经专门压实，其物质组成和密实度不甚均匀。
（二）、第四系坡积层（Qdl）：
层序号②
呈浅灰黄色、褐黄色、棕红色等，可塑为主、局部硬塑，粘性一般，局部含少量风化岩碎屑，地基承载力特征值fak取150kPa。
（三）第四系冲洪积层（Qal+pl）：
土性主要有粉质粘土、淤泥质土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾、卵石，据其土性、沉积特点及状态等，自上而下分述如下：
1、软塑-可塑状粉质粘土：
层序号③1
主要分布于填土之下，部分呈薄层状或透镜状分布于砂土层中，呈浅灰色、浅灰黄色、褐黄色等，软塑~可塑，粘性一般，局部混或夹薄层粉细砂。
地基承载力特征值fak取125kPa。
2、淤泥、淤泥质土：
层序号③2
灰色、深灰色，饱和，流塑为主，常混杂粉细砂或夹薄层粉细砂，含少量有机质，局部含少量腐植质，具腐臭味。
地基承载力特征值fak取60kPa。
3、粉砂、细砂：
层序号③3
呈浅灰色、浅灰白色、褐黄色、浅灰黄色等，饱和，稍密为主、局部松散，石英质，含少量粘粒，级配较差，局部相变为粉土。
地基承载力特征值fak取125kPa。
4、中砂、粗砂：
层序号③4
呈褐黄色、浅灰黄色为主，饱和，中密为主，局部稍密，石英质，含少量粘粒，级配良好，局部相变为砾砂。
地基承载力特征值fak取180kPa。
5、砾砂：
层序号③5
呈褐黄色、浅灰黄色为主，饱和，中密～密实，石英质，含少量粘粒，大多孔段底部含较多卵石，卵石粒径多为20～40mm，级配良好，局部相变为粗砂或圆砾，偶夹薄层粉质粘土。
地基承载力特征值fak取210kPa。
6、圆砾：
层序号③6
呈褐黄色、浅灰黄色为主，饱和，中密～密实，石英质，含少量粘粒，局部含少量卵石，粒径多为25～45mm，级配良好。
地基承载力特征值fak取240kPa。
7、卵石：
层序号③7
呈褐黄色、浅灰黄色，饱和，密实，石英质，粒径多为20～50mm，含少量粘粒，级配良好。
地基承载力特征值fak取280kPa。
（四）、残积层（Qel）：
层序号④
土性以粉质粘土、粉土为主，呈褐黄色、浅灰黄色、褐红色等，湿，土质较均匀，硬塑为主，局部可塑，部分孔段含少量角砾状岩屑或灰岩岩块，由泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩、灰岩等风化残积而成；靠近岩面孔段受地下水影响较大，土质较软。
地基承载力特征值fak取220kPa。
（五）、泥盆系基岩（D）：
场区揭露基岩为泥盆系沉积岩，各孔均有揭露，主要由钙泥质或铁泥质粉砂岩、含粉砂或钙质泥岩、粉砂质泥质泥晶岩和泥质泥晶灰岩呈互层或夹层组成。
在揭露深度范围内强、中风化岩石裂隙很发育，局部发育土洞、溶洞。
依岩石风化程度、厚度特征，划分为全风化岩带、强风化岩带、中风化岩带、微风化岩带，其特征如下：
1、全风化岩带：
层序号⑤1
主要由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩组成，褐黄色、浅灰黄色、褐红色为主，岩石风化强烈，原岩结构尚清晰，岩石风化成土状，稍湿，坚硬土状，质极软，遇水易软化。
全风化岩带地基承载力特征值fak取350kPa。
2、强风化岩带：
层序号⑤2
主要由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩组成，褐黄色、浅灰黄色、褐红色为主，岩石风化强烈，裂隙极发育，岩芯呈半岩半土状、碎块状为主，质极软，遇水易软化，岩块手折易断，局部夹灰岩岩块。
场区在ZK40、ZK88、ZK167共3个钻孔揭露有土洞分布，洞高1.10～3.30，见洞率占钻孔总数2.0％，无充填、掉钻，钻进过程中漏水漏浆，其走向、范围未探清楚；土洞埋藏孔深段、洞高、充填物及钻进情况等详见表2；强风化岩带地基承载力特征值fak取500kPa。
3、中风化岩带：
层序号⑤3
主要由灰岩组成，局部孔段为粉砂岩、泥质粉砂岩，深灰色、灰色为主，局部褐红色、褐黄色，隐晶质结构，块状构造，裂隙很发育，大多沿裂隙面风化较深、呈强风化状，局部夹微薄层强风化岩，部分裂隙面渲染铁锰质，常见轻微溶蚀，岩芯极破碎～破碎～较破碎，呈块状为主、少量短柱状，岩质软～较软，性质较脆，锤击较易碎；岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级属Ⅴ。
场区在ZK8、ZK30孔共2个钻孔揭露有溶洞分布，洞高0.80~1.80m，溶洞见洞率占钻孔总数1.38％，溶洞无充填、掉钻或充填软粘土，钻进过程中溶洞严重漏水漏浆，其走向、范围尚未探清楚；溶洞分布、埋藏孔深段、洞高、充填物及钻进情况等详见下表
土洞、溶洞发育情况一览表
孔号
岩溶
类型
深度段（m）
标高（m）
洞高（m）
充填物及钻进情况
ZK8
溶洞
27.00~28.80
2.25~4.05
1.80
无充填、掉钻，漏水
ZK30
溶洞
28.80~29.60
1.97~2.77
0.80
充填粘性土，漏水
ZK40
土洞
28.00~31.30
1.37~4.67
3.30
无充填、掉钻、漏水
ZK88
土洞
44.00~45.10
-13.99~-12.89
1.10
无充填、掉钻，漏水
ZK167
土洞
25.00~27.50
4.12~6.62
2.50
无充填、掉钻、漏水
三、土洞（溶洞）的充填灌浆施工要点
1、土洞特点及处理方法
土洞，是有覆盖土的岩溶发育期，在特定的水文地质条件下，使岩面以上的土体流失而形成的土穴，土洞是岩溶地区的一种伴生现象。
土洞面标高起伏差异大，大小变化不一，且无一定的规律。
因此，在有土洞的地区建造建筑物就要十分慎重处理，特别是高层建筑就要更应该慎之又慎。
本工程经过初步钻探发现多处土洞，土洞高度在0.8~3.3m之间。
因此，针对R-e-7-9栋钻孔存在的土洞，根据R-d-1~3及R-c-1~3栋的处理经验，确定采用高压灌注水泥砂浆的方法对土洞（溶洞）进行处理,注浆灌满土洞，并阻止土洞的发育。
2、高压灌注水泥浆的特点：
高压注浆，注浆压力大，浆液在土层、砂砾石层、泥砾石层等渗透性能好，凝结速度快，且分层注浆时对土层、砂砾石层、泥砾石层等扰动小，固结强度高，整体稳定性好，并可形成较为均匀的复合地基
3、土洞（溶洞）的充填灌浆施工要点
为确保土洞充填密实,高压灌注施工具体措施如下：
1）、注浆孔布置原则
⑴确定土洞的范围，钻孔时采用跳钻法且成梅花状分布，孔与孔之间的距离小于5米。
由于土洞可能含有多种流动物质，因此，灌注过程中须给这些物质留一个出口。
才能使水泥砂浆进入土洞。
所以应在距离灌注孔5米处钻一个φ100的排气孔。
此孔也可作为下一个灌浆孔。
黑色为第一次钻孔，白色为第二次钻孔。
同样在充填灌浆施工时，也是以黑色洞开始三个一组的顺序进行施工（即其中2个灌浆孔，一个排气孔），根据土洞的大小确定布孔数量。
R-e-7-9栋土洞分布图详见附图一。
⑵根据地质情况，钻孔不可进行灌浆护壁成型。
但孔壁不加处理，在钻孔及灌注水泥浆的过程中会出现塌孔现象。
因而本工程使用钢管护壁成孔的方案完成灌注水泥砂浆的任务。
⑶考虑到进度情况，每次安排成孔3个，其中2个灌浆孔，一个排气孔。
2）、钻孔
采用冲击钻进，将灌浆孔和排气孔编号并做好记录。
采用XJ100型液压钻孔机，配备相应空口管、扶正稳定器及可捞取松软渣样钻具。
钻机设备安装周正、稳固、底座水平。
每回次进尺控制在1.0m内。
3）、清孔
成孔后，下钢套管并进行清孔，清除孔内泥浆、沉渣。
4）、料配比及制浆
配合比：
（1）、当土洞内有充填土时，采用水泥：
水：
粉煤灰配比为1:
1:
0.6进行填充；
（2）当土洞内无填充土时，采用水泥：
砂：
粉煤灰：
粘土：
水配比为1:
2.5:
2:
0.5:
1.5配比进行填充，粘土为干粘土、砂为中细砂。
当初步填充后（充实度达到85%以上）改为
（1）配比进行填充。
配制：
按配合比要求用0.25m3高速搅拌机搅拌混合浆液，混合浆液充分搅拌均匀。
5）、压浆施工要点
⑴注浆装置安设：
成孔及清孔后，放置灌浆钢管（38管），管顶与输浆胶管密封连接，用GTZ60／210型高压注浆机压浆。
⑵压浆：
压浆顺序，先施工中轴线的孔，依次向外施工。
根据吸浆量的大小，压力由低至高逐渐增大，施工中最大压力控制在2.0MPa左右。
在压浆压力达到设计压力后，压浆段吸浆量≤3Lmin-1，延续稳定时间≥3min，或地面冒浆后即可结束。
6）、注浆施工遇特殊情况的处理措施
压浆施工中出现周边地表冒浆、孔内漏浆及灌浆因故中断等现象，根据具体情况采取如下技术措施。
⑴冒浆：
采用表面封堵、低压、限量、改压浓一级浆液、间歇灌注等方法进行处理。
⑵孔内漏浆：
少数钻孔吸浆量特大，长时间灌注仍达不到终灌标准，采用间歇压浆方法反复灌注，直至达到设计要求。
间歇时间不宜过长，一般5～10min，避免浓浆在高压下固化将压浆管堵塞。
⑶压浆因故中断：
若中断时间较短，尽快恢复压浆，恢复压浆时，重新从稀浆开始，如吸浆量与中断前接近，则恢复到中断前的浓度，否则逐渐变浓；若中断时间较长，恢复压浆后吸浆量减少很多，则重新钻孔。
⑷压浆过程中，密切注意压浆可能造成的孔内外及周边环境的变化，如吸浆量、压力、地表冒浆等变化情况，按照设计要求及时调整浆液配比。
如压浆初始即出现泵压大、吸浆量小或注浆过程中突然出现这种情况，即应停止送浆，清孔后再进行压浆。
⑸注浆过程中发生相邻钻孔串浆时，如果串浆孔具备条件可采用同时进行注浆，应一泵一孔，否则应将串浆孔堵塞住，待注浆孔注浆结束后，串浆孔再进行扫孔冲洗，然后继续注浆。
⑹对吸浆量大，注浆难以结束地段，应采用低压、浓浆、限流、间歇注浆或掺加速凝剂等方法进行处理。
如遇到塌陷、淘空部位注浆量过大时，应在浆液中掺加粉细砂等掺和料。
7）、土洞（溶洞）充填灌浆的检测
土洞（溶洞）充填灌浆处理施工完成后，须检查充填的效果以确保本工程施工质量，我司建议对土洞充填位置固结体进行钻孔取芯检测，主要检查其密实度即可。
四、袖阀管法灌浆再加固方案（针对管桩未穿透溶洞情况）
（一）加固目的
溶洞一般情况下短时间内其变化不明显,但当其受到附加应力影响时，溶洞顶板产生受弯、受剪岩土体会产生崩塌扩展现象,最终会引致洞体顶板失稳塌落,危及建筑物的安全,因此,溶洞处理的目的旨在：
1.堵塞溶洞与外界的直接漏水通道,防止水土流失,溶洞护展；
2.充填洞体内空隙,与顶板连接在一起,防止洞壁崩塌；
3.加固洞内原有充填物（流一软塑状粘性土）令其有较高抗压强度,防止欠固结的软弱土体在受附加应力及自重影响下产生固结沉降变形,造成充填物与顶板、壁间产生空隙；
4.加固软土强度达到标贯9～13击,其抗压强度控制在250KPa～300Kpa左右,要使洞内充填浆液密实,达到溶洞顶板下无空隙,建议如果注浆钻孔时发现溶洞顶板厚度≤0.5米时,最后一次注浆可应用高强度无收缩灌浆料充填,从而提高顶板抗压、抗剪性能。
（二）加固原理
本次充填加固原理是利用压送设备,通过管道输送方式,把配成液体的固结浆液注到溶洞中经过一系列物理,化学变化,浆液沉积,固结成具有一定强度的固结体,达到充填和加固目的,由于溶洞较多,无规律、复杂多变形状,为充分充填,采用多次重复灌注,注浆管采用钻机成孔,袖阀管注浆法。
（三）灌浆充填料配合比
配比为水泥∶水∶粉煤灰=1:
1:
0.5（重量比）进行灌注。
（四）灌浆施工方法
孔位确定→钻机造孔→下袖阀管→套壳料定孔→灌浆→复灌→检测→完工
优点:
1.可根据需要灌注任何一个灌浆段,还可以进行重复灌浆
2.可使用较高的灌浆压力,灌浆时冒浆和串浆的可能性小.
3.钻孔和灌浆作业可以分开,提高钻机的利用率
4.根据地层按30厘米段分层注浆,土体固结较均匀.
套壳料配比:
（重量比）
水泥:
粘土:
水=1:
1.5:
1.88
物理性能:
粘度80-90S,稳定性0.035,析水率1%
采用钻机用小管加压注入袖阀管四周，3天抗龄期抗压强度0.3Mpa,可以注浆施工。
（五）施工参数及标准：
（1）溶洞造孔采用100型地质钻机,孔径Ф91,终孔标准以地质资料及超前钻孔为准,灌浆管应进入须加固溶洞底，由于原超前钻孔仅一个,难以确定溶洞整个外貌和走向,建议在注浆前钻孔时,当溶洞顶板厚≥2m时可终孔,动态施工,可另选钻孔位置.
（2）灌浆配比,按方案设计配比执行,但必须保证浆液流动性。
（3）水泥要求:
32.5Mpa,粉煤灰为普通级.
（4）灌注压力:
压浆泵输出压力控制在1Mpa～2Mpa左右,但在溶洞内土体加固时,控制在0.3Mpa～0.8Mpa左右，压力不宜超过1Mpa,以免挤破袖阀管.
（5）标准:
地面冒浆后停注。
注满后稳压15分钟,12小时可重新注浆,即采取间歇定量分序注浆法,以控制浆液流失.
（6）布注浆孔建议：
在25m2范围内布7个孔,其中一个位于加固中心点,在中心孔四周距离1.5m布6个孔,孔距约1.5m,灌浆时先灌四周孔,再灌中间孔,
当要重复注浆时，按同样要求顺序补灌,在加固点出现重叠时,可适当减少灌浆孔（因钻孔过程中,不发现有溶洞时,即钻孔进入微风化灰岩≥2米时,视为该点无溶洞存在,可以选取另外钻孔点）
当如果一个加固点进浆量超过100m3应为溶洞高度发育,必须加密布孔,增加复灌次数,为保证注浆效果可选择进浆效果不理想的部位,进行抽蕊检测,如果抽蕊检测不合格,把抽蕊孔变为注浆孔,增加注浆量.
溶洞内土体加固25m2范围布孔示意
注:
当注浆流量过大时，要考虑承台其余部位加固（可采用CT法，管波法物探找出溶洞准确位置）。
五、施工组织方案
（一）施工管理体制制度:
本项目采用项目经理负责制管理,施工管理架构如下表:
（二）施工机械组织,本工程组织设备如下表,工程施工主要机械表:
序号项目
设备名称
型号
数量
备注
1
钻机
GXY-100
≥4台
2
泵
150PW
≥4台
3
搅拌机
200-300L
≥4台
（三）材料组织计划
按保证施工进度要求进场
（四）施工操作:
①采用100型地质钻机成孔,造孔时采用钢套管护壁。
②成孔深度以地质勘探资料及超前钻对应数字为准，溶洞顶板厚度≥2m为终孔标准,保证钻孔进入须加固的溶洞底。
③采用灌浆法成孔后下袖阀管,灌套壳料后,一次或多次注浆。
④浆液,配制按设计比例配制,如果粉煤灰含水量大,可适当调节,以达到既满足注浆加固效果,又能顺利灌注效果。
（5）终孔以稳压15分钟为原则,如果地面出现冒浆,则可终止灌浆。
（五）总用电量100KW
（六）工期:
约10天
（七）检测方法
按28天强度为准,也可考虑14天龄期检测。
方法：
钻孔抽蕊，观察土体及溶洞顶板密实情况及标准贯入度检测。
六、质量保证措施
1、严格遵守和执行有关的质量规范.
2、严格按项目管理体系进行施工管理.
3、施工按各部门意见严格执行.
4、施工前,根据设计要求,报审施工组织计划.
5、每台设备进场,做好设备报验和调试.
6、施工前进行认真的技术交底和安全教育
7、做好材料准备,每批水泥必须按规范送检合格后使用.
8、严格标定孔位,误差＜50mm.
9、调节好钻机垂直度,偏差＜1%
10、施工时要求设备参数达到设计的要求.
11、施工中,出现中途停机,灌浆重新开始,以保证施工效果.
12、浆液按设计标准配制.
13、施工人员全部持证上岗,保证施工人员技术素质.
七、安全施工措施
1、为切实保证施工人员安全,树立”安全第一,预防为主”的思想，根据国家建设部颁发的安全检查评分标准制订具体措施.
2、建立安全保证体系,除企业已有的机构外，工地设置安全机构，工程项目设立安全小组，班组设安全员，形成一个健全的安全保证体系，工地的安全管理机构负责工地日常的安全工作,定期组织安全检查,对不符合要求的要及时发出整改通知指导工程项目部和班组安全员的工作,对违章作业者进行批评教育和处罚.
3、优化安全技术组织措施,包括以改善施工劳动条件,防止伤亡事故和职业病为目的的一切技术措施,如积极改进施工工艺和操作方法,改善劳动条件,减轻劳动强度,消除危险因素,机械设备应没有安全装置.
4、机械操作人员必须持证上岗,各种作业人员应配带相应的安全防护用具及劳保用品,严禁操作人员违章作业,管理人员违章指挥.
5、施工中所用机械,电器设备必须达到国家安全防护标准,自制设备,设施应通过安全检验,一切设备应经过工前性能检验合格后方可使用,并由专人负责,严格执行交班制度,并按规定定期检查保养.
6、凡进入现场的一切人员,均要戴安全帽,正确使用”三宝”，要配合公司安全月检工作,工程项目部要实行周检,项目点要日检,施工中抽检,及时消防安全隐患.
7、严格执行各项安全操作规程,施工前要进行安全交底,每月定期进行安全教育,加强工人的安全意识教育.
8、上落基坑的通道,应搭设安全遮拦,在主要出入口处挂醒目的安全防火宣传语牌.
9、现场施工用高低压设备及线路,严禁电线随地走,所有电箱应有门,有锁,有危险标志,严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》的规定.
10、在施工过程中,对地面沉降,支护位要定期观察,监控.
11、各种机械要有专人负责维修,保养.
12、使用机械时,操作员要密切注意机上仪器,仪表.指针是否超出安全范围,机体是否有异常振动及发出异响,出现问题应进行停电关机处理.
13、设备基础必须平稳,牢固,支撑措施必须齐全,不得使用临时支撑,高大机械在多风季节前设缆风绳.
八、文明施工措施
1、为避免施工现场混乱现象,现场文明施工划区域派专人负责落实岗位责任制,搞好环境卫生工作.
2、施工现场必须按施工平面图进行布置,不能随意改变.
3、工地现场入口设置现场标志牌,明确各区域负责范围,不定时检查和督促.
4、现场材料进场道路保持畅通无阻,排水畅通,无积水,场地整洁,材料堆放整齐,无施工垃圾.
九、附有关地质资料及基础平面图
1、土洞分布平面图
2、钻孔柱状图ZK8、ZK30、ZK40、ZK88、ZK167
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