某工程岩溶地质治理方案.doc

1、河北建设勘察研究院有限公司 岩溶灾害治理方案 某工程项目岩溶地质灾害治 理 方 案总 经 理： 总工程师：审 核 人： 设 计 人： 河北建设勘察研究院有限公司二0 年 月 日- 16 -目 录1 概述11.1拟建建（构）筑物概况11.2 岩溶地质灾害研究程度22 区域岩溶地质灾害发育特征32.1区域岩溶地质灾害分布范围32.2区域岩溶塌陷成因分析33 场区岩溶地质条件及岩溶稳定性分区43.1地层43.2地下水63.3场区岩溶稳定性分区74 岩溶治理设计84.1岩溶治理目的84.2设计依据84.3岩溶治理思路及方法84.4注浆治理标准94.5注浆材料94.6浆液扩散半径104.7有关注浆量的估

2、算104.8 注浆压力124.9单孔注浆结束标准134.10注浆工艺135 注浆效果的检测155.1 检测依据155.2 检测方法155.3 检测工作量166 施工组织167建议16 1 概述1.1拟建建（构）筑物概况建设单位：建筑方案设计：扩初及施工图设计：拟建的项目项目占地面积约 万平方米,总建筑面积约 万平方米。地下部分建筑面积约 万平方米,共 层,层高 米，由大型商业、地下车库组成；地上部分由住宅、公寓/办公楼、集中商业、沿街底商组成，建筑面积约 万平方米，其中，住宅建筑面积约 万平方米，2333层，高99.95米；公寓/办公楼建筑面积约 万平方米,25层,高99.8米,层高3.4-4

3、8米；集中商业建筑面积约 万平方米，45层,高29.8米；沿街商业约 万平方米，2层，高10.05米。该项工程概况见表1.1-1。 拟建建（构）筑物概况一览表 表1.1-1建筑编号建筑名称地上地下结构类型预计基础形式总荷载标准值（kPa）层数建筑高度（m）层数基础埋深（m）1住宅剪力墙筏板基础5902住宅剪力墙筏板基础5903住宅剪力墙筏板基础5904住宅剪力墙筏板基础5905住宅剪力墙筏板基础5906住宅剪力墙筏板基础5907住宅剪力墙筏板基础6108住宅剪力墙筏板基础5909住宅剪力墙筏板基础610办公楼框架-剪力墙筏板基础核心筒600外圈柱600其余 350公寓框架-剪力墙筏板基础核心

4、筒600其余 500各高层建筑均采用CFG桩复合地基，桩长及桩端持力层未定。 预计以层细砂做为桩端持力层，桩长约20m。1.2 岩溶地质灾害研究程度（1）1992年9月12月，我公司（原名河北省城乡勘察院）完成了场区东邻“唐山市工商银行、建设银行综合楼岩土工程勘察”，1993年上半年完成其岩溶地质灾害治理工作。（2）2001年5月7月，我公司（原名河北省建设勘察研究院）完成了“唐山市体育场区岩溶塌陷地质灾害（补充）勘察”， 2001年10月2002年4月完成了体育场的岩溶地质灾害治理工作。该项目获全国第九届优秀工程勘察银质奖。（3）2003年5月8月，我公司完成了“华北煤炭医学院住宅区岩溶塌陷

5、地质灾害勘察”。该项目获河北省2004年度省优秀勘察二等奖。（4）2004年5月7月，我公司完成了场地北侧新华道与建设路交叉处的“唐山市中心环岛人行通道工程岩土工程及岩溶地质灾害勘察”。（5）2005年5月8月，河北建设勘察研究院有限公司完成了“唐山市政府、建设局岩溶塌陷地质灾害勘察”。（6）2006年7月2007年2月、2010年1月3月，我公司对唐山龙庭时代公寓进行了岩溶勘察、详细勘察及岩溶治理工作。（7）2009年7月，我公司对唐山万达广场进行了岩溶地质灾害治理方案设计并通过了省住房和城乡建设厅的评审。（8）2009年9月，我公司对华北煤炭医学院附属医院外科住院楼进行了岩溶地质灾害治理方

6、案设计并通过了省住房和城乡建设厅的评审。（9）2010年4月，我公司对唐山金安硅谷国际进行了岩溶地质灾害治理方案设计与评审，5月我公司开始其岩溶治理工作，经检测满足设计方案要求。（10）2010年4月，我公司对唐山东润兆业国际广场进行了岩溶地质灾害治理方案设计与评审，5月我公司开始其岩溶治理工作，现已接近尾声。2 区域岩溶地质灾害发育特征2.1区域岩溶地质灾害分布范围岩溶地质灾害对建（构）筑物的危害表现在形成岩溶地表塌陷，从而对建（构）筑物造成了不同程度的破坏和影响。据已有资料记载，在唐山市区约100km2范围内，近几十年内发生了20多起岩溶塌陷地质灾害，这些塌陷位置大多分布在大城山西侧的建华

7、道以南到南新道一带。岩溶塌陷坑平面形状多呈圆形，剖面多呈筒状和坛状。直径一般28m，最大55m。规模属小型，可见深度一般为26m，最深达10m。唐山市岩溶塌陷多发育在覆盖层厚度为1550m地带，小于15m或大于50m的地带较少发生。2.2区域岩溶塌陷成因分析岩溶塌陷的形成主要决定于以下三方面因素：岩溶发育。本区碳酸盐岩沿开平向斜周围广布，主要岩性为奥陶系灰岩及寒武系、蓟县系的灰岩、白云岩，岩溶发育；双层水位漏斗的存在。由于地下水的长期严重超采，地下水位骤然下降，尤其是唐山市中心区双层水位漏斗的存在，加强了地下水对上覆第四系土层的潜蚀作用；上覆第四系土层较薄，且垂直渗透好。上覆第四系土层较薄，多

8、小于50m，且岩性大部为粘性土和中细砂层，局部为砾石，垂向渗透性较好。良好的渗透性使得上覆第四系孔隙水与下伏岩溶水有较好的水力取系，有利于地下水的潜蚀作用，为岩溶塌陷的发生提供了条件。岩溶塌陷发生的机制机理简述如下：唐山市区岩溶塌陷群及其周围上覆岩性为第四系粘性土、砂层，厚度多为2050m，其孔隙发育，垂直渗透性强。下伏有奥陶系灰岩、及寒武系、蓟县系灰岩和白云岩，岩溶发育，相当一部分岩溶洞直接与第四系地层接触。岩溶水水位远低于孔隙水水位，第四系孔隙水向下越流补给岩溶水，孔隙水的垂向越流对第四系土层产生潜蚀作用，土层中的小颗粒被孔隙水带出，并被岩溶水搬运带走。这种潜蚀、搬运作用持续一段时间后，岩

9、溶洞口的土体变得十分疏松，强度大为降低，并在自重力、下渗力、真空吸附力及振动诱发多方面的共同作用下塌落。随着这种潜蚀、搬运、塌落作用的反复地进行，岩溶洞口的土洞也随之向上向两侧扩展，规模不断增大。当土洞的发展到一定规模，上覆土体的自重力、真空吸附力及其它附加力大于土体的极限强度时，土体破坏，洞顶塌落，岩溶塌陷形成。3 场区岩溶地质条件及岩溶稳定性分区3.1地层根据岩土工程勘察报告地质资料分析，本场地地层除上部除填土外均为第四系冲洪积地层，以粘土，粉细砂为主，下伏基岩为古生界寒武系石灰岩。第四系覆盖层厚度51.463.9m，自场地东北向西南逐渐变厚，为土砂土砂土的结构，粘性土一般为中压缩性土，砂

10、类土为中密密实砂层。第四系地层自上而下由粉质粘土与细砂层相间沉积，第四系下部棕红色残积土与下伏石灰岩直接接触，形成第四系与基岩隔水层。场地基岩岩性为强风化中风化灰色石灰岩，钻探采取岩芯呈破碎完整也不尽相同。从揭露的地层情况来看，勘察场区B2、B3区下伏基岩强风化中风化灰岩裂隙发育，钻进过程中漏浆、卡钻情况较严重，揭露溶洞最大高度为1.4m。该场区地层情况具备形成岩溶塌陷的条件，岩溶发育程度如下：（1）场区第四系厚度符合岩溶地面塌陷形成的地质环境条件；（2）第四系地层呈土层、砂层多层结构，上为土层下为砂层结构组合；（3）勘察完成验证孔共计6个，其中5 个钻孔均揭露有溶洞。洞高0.41.4m，残积

11、土完全充填，局部含碎石及岩屑，详见表3.1-1。溶洞钻探过程中一般钻进速度较快，局部发生漏浆、卡钻现象。因此，场区岩溶局部较发育。勘察场区钻探揭露溶洞一览表 表3.1-1孔号溶洞位置（m）洞高（m）充填情况备注yzk155.2-56.21.00以残积土为主，含少量碎石钻进较快、漏浆严重yzk255.7-56.10.40以残积土为主，含少量碎石钻进较快、漏浆严重、多次卡钻yzk353.6-54.51.10以残积土为主，含少量碎石钻进较快、漏浆严重、多次卡钻yzk455.0-56.41.40以残积土为主，含少量碎石钻进较快、漏浆严重、多次卡钻yzk661.2-61.60.40以残积土为主，含少量碎

12、石钻进较快、漏浆严重拟建场区具备岩溶塌陷的基础条件及特点，存在塌陷及溶洞发育的隐患。根据物探判译出的异常区（表3.1-2），结合附近钻孔揭露的地质资料，物探判译与钻探结果对比见表3.1-3。物探判译异常区表 表3.1-2异常编号推测异常性质推测异常顶端埋深岩溶发育区62m左右岩溶发育区62m-64m左右岩溶或破碎带63m左右岩溶发育区62m-64m左右岩溶发育区62m-65m左右岩溶发育区63-65m左右VII岩溶发育区63m左右 物探判译异常区与钻探结果对比表 表3.1-3异常区编号钻孔编号物探判异钻探结果备注yzk5基岩破碎或溶洞基岩为强风化-中风化石灰岩，裂隙发育，钻探中出现卡钻，漏浆严

13、重物探判异常与钻探结果一致yzk1基岩破碎或溶洞基岩为中风化石灰岩，局部裂隙较发育，钻探中漏浆严重。55.2-56.2m为溶洞，充填物为残积土。物探判异常与钻探结果一致yzk2基岩破碎或溶洞基岩为中风化石灰岩，局部裂隙较发育，钻探中漏浆严重且出现卡钻。55.7-56.1m为溶洞，充填物为残积土。物探判异常与钻探结果一致yzk3、yzk4基岩破碎或溶洞基岩为中风化石灰岩，裂隙发育，钻探中漏浆严重且出现卡钻。yzk3钻孔53.6-54.5m为溶洞，yzk4钻孔55.0-56.4m为溶洞，充填物为残积土。物探判异常与钻探结果一致yzk6基岩破碎或溶洞基岩为中风化石灰岩，裂隙发育，钻探中漏浆严重。61

14、2-61.6m为溶洞，充填物为残积土。物探判异常与钻探结果一致3.2地下水场区地下水为典型的“双层”结构，上部为第四系地下水，下部为岩溶裂隙水。（1） 地下水埋藏条件据现场钻探资料，场地地下水稳定水位埋深9.110.7m（高程13.3215.26m），赋存于层细砂中底部，水量不大。据区域资料，场区在雨季丰水期层细砂存在上层滞水。场地层细砂及第层细砂以第层粉质粘土作为相对隔水底板，该层为较好的含水层，此外，第层细砂以第层粉质粘土作为相对隔水底板，第层细砂以层残积土作为相对隔水层，该层也为含水层。区域地下水动态主要受大气降水及人工开采的影响，年最低水位一般出现在5 月底或6 月初，最高水位出现在

15、9 月底或翌年12 月，自1991 年至2001年以来，场区地下水水位下降了约7.00m 左右，水位近期年下降幅度约为1.702.80m，且呈逐年下降趋势。岩溶裂隙水水位埋深勘察报告中未说明，据唐山百货大楼岩溶地质灾害勘察报告，岩溶水位埋深在57.0m左右，水位标高约-32.0m，地下水的总体流向由东南向西北。唐山市中心区第四系土层底部一般存在一层棕红色的粘性土层（残积土），其渗透系数小，该层土对第四系松散层中的孔隙水有较好的隔水作用，本场区揭露基岩钻孔该层残积土的厚度为0.96.6m，场区揭露厚度最大12.3m。在B3-3及B3-4住宅楼处该层较薄，仅为0.92.3m。3.3场区岩溶稳定性分

16、区根据勘察报告，场地划分为二个区：较不稳定区（）、稳定区（）。各区的分布范围详见图表“岩溶稳定性分布图”，其特征见表5.3.1。各区稳定性特征表 表5.3.1分 区分布范围特性治理原则较不稳定区（）B2-1东北角，B2-3，B2-4，B2-7，B3-3、 B3-4之间下伏石灰岩上部岩溶裂隙发育，中风化石灰岩局部小规模溶洞发育，对建筑安全存在潜在危险。结合基桩施工进一步探明岩溶发育情况，对基岩破碎及溶洞发育地段进行注浆加固处理。稳定区（）B2-2，B2-5，B2-6，B3-1，B3-2、 B3-4第四系土层分布正常，底部棕红色残积土分布连续，下伏强-中风化石灰岩。无需治理4 岩溶治理设计4.1岩

17、溶治理目的通过岩溶治理，封堵开口型溶洞，加固治理中发现的第四系土体扰动带，减弱第四系地下水与岩溶裂隙水的联系，从而阻止土洞的形成，加强建筑地基的稳定性。4.2设计依据某项目岩土工程勘察报告(2010年4月16日)；2.注浆技术规程YSJ211-92；YBJ44-92；3.岩土工程验收和质量评定标准YB9010-98。4.3岩溶治理思路及方法4.3.1 岩溶治理思路据上述第3章分析及结论可知，场区岩溶地质条件较复杂，基岩内岩溶形态以岩溶裂隙为主，局部发育小规模溶洞，基岩顶面均分布有残积土隔水层。因此，本项目的岩溶治理思路确定为：在灰岩区首先建议建筑设计上采用基础结构整体性强的筏板基础，然后对详勘

18、确定的较不稳定区的基岩顶板岩溶裂隙及溶洞进行注浆治理，治理中如发现第四系土体扰动带（土洞）亦进行注浆处理。通过注浆治理减弱第四系地下水与岩溶裂隙水的联系，阻止土洞的形成，加强地基的整体性及稳定性。4.3.2 岩溶治理方法1）对详勘中确定的较不稳定区布置注浆孔进行注浆治理，注浆孔深度为达到基岩面下10m，预定深度内遇溶洞，注浆孔要穿过溶洞并达到洞下稳定地层内2m。2）注浆钻进中如遇土洞（表现为岩芯扰动、漏浆严重、钻进进尺快、掉钻等），应进行标准贯入试验，以确定土洞的洞高，同时对土洞及第四系土层中松动体单独进行治理。3）如遇大规模土洞及溶洞，应在周边增加钻探工作量，查清土洞及溶洞的范围及规模，同时

19、进行注浆治理。4.4注浆治理标准处理后的第四系土体扰动带强度不小于原地层强度，处理后的基岩严重破碎带及开口型溶洞不再成为第四系地下水与岩溶裂隙水连通的通道。4.5注浆材料1.浆液材料确定若注浆过程中存在耗浆量超过单孔预计注浆量、达不到规定的注浆压力等情况，说明裂隙、溶洞连通性较好或充填物较少，可选用水泥砂浆。为节省水泥，水泥浆及水泥砂浆中可掺加15%的粉煤灰。若遇较大规模的溶洞，可用砂石作骨料，流散体使用水泥浆、水泥粉煤灰浆作为灌注材料。（1）水泥浆浆液采用强度等级为32.5级以上的矿渣硅酸盐水泥拌制而成的水泥浆，水灰比为1：1或1：1.2，必要时可同时掺加3的水玻璃，以增加其抗渗性和早期强度

20、注浆用水不得采用PH值小于4的酸性水和工业废水。（2）水泥砂浆当在注浆过程中出现耗浆量大、达不到规定的注浆压力情况时，说明存在贯穿的裂隙或溶洞，此时可考虑采用水泥砂浆。水泥中掺砂可提高砂浆的固体含量，减少浆液流失。水泥砂浆由水灰比不大于1的水泥浆掺砂配成，与水泥浆相比流动性小、结石强度高、耐久性好。水泥砂浆配合比可初步选用1：1：0.8或1：1：1.2（水泥：砂：水），根据现场实际情况可做适当调整。2.外加剂可采用水玻璃（或三乙醇胺、食盐）作为速凝剂，水玻璃模数宜为2.43.4，水玻璃浓度宜为40Be。 对于浆液其它性能要求，根据注浆实际情况另行确定。4.6浆液扩散半径浆液扩散半径是注浆治理

21、中的一项重要参数，但由于岩溶的发育在垂向及水平方向都是极不均匀的，因此无论是理论计算还是注浆试验，均难于求得一个适用于整个地层的有代表性的浆液扩散半径。根据唐山同类工程注浆治理工程经验，基岩内扩散半径可按15m考虑，第四系内扩散半径可按3.5m考虑。4.7有关注浆量的估算1）浆液注入量估算浆液注入量与基岩的岩溶、裂隙发育程度及其范围、注浆方法等多种因素有关，按下式进行估算。 (1)单孔浆液注入量估算公式如下：Q=AR 2Hn（m3）第四系Q=AR 2Hn（1-）基岩式中: Q每孔（段）注入量(m3)； A浆液损耗系数，本工程取1.05； R浆液有效扩散半径（m），本工程第四系取3.5，基岩取1

22、5m；H注浆孔（段）深（m），本工程第四系暂取4.0 m，基岩取10.0m；n孔隙率或平均岩溶裂隙率，第四系取0.25，基岩据区域平均线岩溶率取0.15；浆液充填系数，第四系取0.4，基岩取0.8；岩溶充填系数，本工程取0.8；根据上式估算第四系单孔注浆量15.9m3；基岩每孔（段）注浆量为178.0m3。在施工过程中，可根据实际情况对各参数取值进行调整，还可加入地区性经验系数进行调整。2浆液配料计算(1) 按设计确定的水灰比，配制水泥浆液所需水泥量和水量按下式计算：McGcwVcj/(1+Gc)MwMc式中：Mc水泥（干）量（t）；Mw水量（m3）；Gc水泥相对密度，计算时取2.0；w水的密

23、度（t/m3），w=1.0t/m3；V cj欲配水泥浆液体积（m3）；水灰比。根据上述公式计算，配置1.0m3水泥浆液，水灰比为1，需要水泥和水各0.67t。(2)水泥浆液密度确定水灰比为的水泥浆液的密度cj按下式求取：cjGcw（1+）/(1+Gc)根据上式计算水灰比为1的水泥浆液其密度为1.33t/m3。(3)水泥砂浆配料计算若浆液中水泥量为Mc，用砂量为Ms，用水量Mw，配比为Mc：Ms：Mwnc:ns:nw，则按下式计算浆液原材料用量： Mc= ncwV/（nc/Gc+ ns/Gs+ nw）Ms= nswV/（nc/Gc+ ns/Gs+ nw）Mw= nwwV/（nc/Gc+ ns/G

24、s+ nw）式中：nc、ns、nw浆液中水泥、砂和水各自所占份数；Gc、Gs水泥和砂的相对密度，Gc取2.0，Gs取2.65； V欲配浆液体积（m3）；w水的密度（t/m3）, w=1.0 t/m3；根据上式计算配比为1:1:0.8（水泥：砂：水）水泥砂浆每立方米中水泥的用量Mc为0.596t，砂量Ms为0.596t, 用水量Mw为0.477t。4.8 注浆压力根据该地区岩溶治理经验，基岩注浆压力掌握在0.5-1.0MPa，第四系注浆压力一般掌握在0.2-0.4MPa。当采用水泥砂浆浆液或半充填溶洞注浆时，注浆压力为不小于1.0MPa。4.9单孔注浆结束标准第四系注浆压力达到0.51.0MPa

25、持续时间15min可结束注浆；基岩注浆终压力不小于1.5MPa，终压量小于70Lmin，稳定时间l0-15min，可结束注浆。当注浆孔周围有冒浆现象应结束该孔的注浆施工。4.10注浆工艺4.10.1注浆系统构成注浆系统由料场、搅拌机、搅拌池、供水系统、注浆泵、注浆管道等组成。4.10.2注浆系统技术要求料场：堆放材料得料场地要平整，运料车辆能正常通行，且近邻搅拌机，使材料便于运输、搬运，要求有防潮、防雨措施。搅拌机：要求能满足正常施工要求，搅拌后的浆液应均匀，符合设计要求，一次搅拌量应不小于1.0m3。搅拌池：修建的搅拌池应满足正常施工要求，池为圆柱体，中间设置搅拌系统，使得搅拌后的浆液均匀

26、且不易形成沉淀。蓄水池：应根据施工注浆总量需要，建立数个蓄水池，以保证正常施工，蓄水池最大规模及要求视工地具体情况而定。注浆泵：宜采用变量泵，其额定排量不小于200Lmin，注浆泵压力应大于注浆最大设计压力的1.5倍压力表：注浆用压力表最大指数应小于lOMPa。使用压力应为压力表最大标值的1/43/4。注浆管：采用2550mmPVC管、塑料管或钢管。4.10.3注浆工艺流程观察注浆情况、抽样试验定点下注浆管、封堵成孔灌浆终止灌浆拌制浆液备料本工程注浆工艺流程如下图：1）定点注浆孔应即岩溶治理钻孔，测放点位时应用全站仪、钢卷尺进行实地测量放样，钻孔实际位置原则上不应超过100mm。当受地形、地

27、物影响，钻孔不能布在设计位置时，可视实际情况另行决定。2)成孔工艺本工程拟采用成孔工艺：第一方案，也是优先选用方案：钻机成孔直埋PVC（或塑料、钢管）注浆管。第二方案（备选方案）是在第一成孔方案不易实施或其注浆效果达不到要求时采用方案，其具体做法是：第四系覆盖层成孔采用工程钻机，成孔直径110mm，下入108mm的护壁套管。孔偏斜率2.5%，孔深偏差200mm。钻孔孔口设计：一般要求开孔直径不小于110mm，应保证下入108套管。施工中要注意钻孔防斜及纠偏。钻进中严格判层，记录见洞、见软位置。3)注浆施工顺序注浆施工采用分序加密的原则，在排序上先施工边排，后施工中排，在同一排上采用间隔跳跃式注

28、浆。为确保注浆效果，建议注浆治理时采用间隔点位注浆（大于20m）方式，确保每一异常孔治理效果。4)注浆在一般情况下注浆采用全孔（段）一次注浆。注浆管管口距孔底约0.5m。注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的注浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度。5）单孔注浆结束标准第四系注浆压力达到0.51.0MPa，持续时间15min可结束注浆；基岩注浆终压力不小于1.5MPa，终压量小于70Lmin，稳定时间l0-15min，可结束注浆。当注浆孔周围有冒浆现象应结束该孔的注浆施工。5 注浆效果的检测5.1 检测依据1.注浆技术规

29、程YSJ211-92；YBJ44-92；2.岩土工程验收和质量评定标准YB9010-98；5.2 检测方法1）取芯、标准贯入试验利用取芯、标准贯入试验法对加固体进行检测，可在注浆完毕7d后进行。检验孔应布置在有代表性的地段及薄弱部位，或布置在监理工程师指定的部位。检验孔数量不少于注浆孔总数的5%，且不少于3个。预计4孔，标准贯入测试20次。2）物探布置瑞雷波勘探（与勘察时物探手段相同）剖面，预计10条，共26点，对治理后的效果与治理前进行对比。5.3 检测工作量该岩溶治理项目检测工作量见下表：岩溶治理项目检测工作量一览表项目检测方式数量预估钻孔工作量（m）取芯检测钻孔自检4个234.0标准贯入检测点自检-20次物探检测自检10条26点取芯检测钻孔第三方检4个234.0标准贯入检测点第三方检-20次物探检测第三方检10条26点6 施工组织要选择有资质、有岩溶注浆经验的施工队伍进行施工，施工前由施工单位编制详细的施工组织设计方案，特别是对施工中可能遇到的问题及处理方法、预案等详细写明，报监理工程师批准后实施。7建议考虑到场区第四系地下水在对岩溶水越流补给中对土层的潜蚀作用是岩溶地面塌陷形成的必要条件，因此建议该项目建成后设置第四系地下水水位长期观测孔，对地下水的动态进行监测。