探讨双液化学硅化法在地下溶洞加固工程中的应用

摘要：近年来，随着社会的不断发展与进步，城市土地资源日益紧张，人类逐渐跨向地下空间开发利用时代，地铁、隧道、地下停车场等蓬勃发展起来。但是，在地下空间的开发中，有时会遇到地下溶洞，从而影响了工程的质量。这就要求人们采用相应的加固措施。本文以某工程为实例，探讨双液化学硅化法在地下溶洞加固工程中的应用，旨在为地下溶洞的加固提供参考。

关键词：地下溶洞；硅化法；加固工程

通常来讲，常见的化学灌浆法有两种：一种是单液法，它指的是将浆液的所有组成部分全部混合在一起，然后再借助相应的灌浆机械进行灌注；另一种是双液法，即将浆液进行组配，分成两个大的部分，然后分别借助相应的灌浆机械，分两条路输送至孔口混合装置，最后再将其灌入裂缝。本文重点分析双液化学硅化法在地下溶洞加固工程中的应用。

一、工程概况

（一）工程整体概况

为了适应交通的需要，某机场实行基楼扩建。此基楼共3层，人工挖孔桩基础为双桩台，持力层为下伏灰岩。在修建的过程中，遇到覆盖型灰岩溶洞，且在打孔的作业中，常常发生钻具自由下落和漏水（或者掉钻）情况。经相关调查结果显示，最大溶洞的洞高为5.64m，在局部地区，还有2到3层的溶洞存在，涌水量高达1000吨/天，水流速度在300厘米/分。由于地下溶洞严重影响了桩基础的承载力，根据施工设计要求，需要对16#桩的地下溶洞进行加固处理。

（二）需加固工程概况

第一，钻孔情况。经探测结果显示，钻孔的深度为27.70m，回填土的深度为0.8m，桩身长度则为16.63m，最终钻进持力层的深度为10.27m。此外，岩芯采取率为78%，硷芯采取率则为99%。第二，持力层情况。桩端下1.71m发现有溶洞，其高度为5.64m，粘性较好，潮湿性强，目前已部分充填粘土溶泥。根据相应的测试显示，其极限抗压强度是59.8MPa。

二、双液化学硅化法在地下溶洞加固工程中的应用

（一）施工方案与施工设备

1、选择科学的施工方案

在本工程中，由于地下溶洞属于成片发育，并且具有较大高度的洞高。在加固的过程中，如果采用灌砂、粘土、石、水泥等，会造成严重的损耗，而且质量也不稳定。因此，必须要采用化学硅化法灌浆，达到加固的目的。在本工程中，采用双液化学硅化法进行灌注，其具有以下几个方面的优势：①拥有较快的固化时间。在加固的过程中，可以根据工程需要，在30到120秒的时间区间内进行调节，从而有效避免浆液的流失；②固结率和冲填率较高，几乎可以达到100%；③固结体的耐水性好、强度好（可达到5-15MPa）。

2、施工设备的准备

根据本工程的加固施工要求，需准备一下施工设备：①压力表（个数：3；强度大小：0-4MPa）；②钻机（台数：1；型号：XJ100-1）；③泥浆泵（台数：2；型号：BW-250和BW-150）；④水箱（个数：3；容量大小：1.5m³）；⑤胶管（型号：φ1.0英寸；长度：100m；层数：3）；⑥镀锌铁管（个数：3；型号：φ1.5英寸管50m、φ4分管40m、φ6分管10m）；⑦搅拌机（类型：自制双；台数：1；容量：200L/桶）；⑧三通头，分别连接水玻璃浆单液、水泥浆单液、内外套环（地下孔内双管双液）。

（二）施工工艺

1、加固机理

采用双液化学硅化法对地下溶洞进行加固，涉及两种作用机理。第一，化学作用机理。首先，借助机械压力的作用，将之前配置好的浆液均匀地注入目的层，然后这些浆液以充填、劈裂、挤压等方式。将积存在土粒间的气体、水分排挤出来，促使那些软弱、松散的土体进一步转化成紧密的新土体，即“人造石”，它具有较强的抗蚀能力、较高的强度。在加固施工中，会产生相应的化学反应，一种是NaO·nSiO2+Ca（OH）2+mH2O→Cao·nSiO2·mH2O+2NaOH；另一种是水玻璃与岩石中的Ca反应，然后生成硅酸盐，从而使土体的固结作用更加明显。

第二，物理作用机理。即在加固施工中，将大量的浆液灌注到溶洞中后，那些比较微弱的土体就会进一步受到挤压，促使其体积不断缩小，那么土体的密度就会随之增大，最终达到加固的目的。

2、浆液的配置

第一，选择合适的浆材。考虑到地下溶洞在处理中的速凝要求，在选择浆材时，应充分利用粒状浆材和化学浆材的优势，采用一种混合浆材，其主剂为水玻璃和水泥。这样一来，不仅可以有效满足地下溶洞加固施工的要求，还可以节约成本。第二，选择合适的浆液配比，具体方案可以参照表1。

3、施工工艺

第一，打孔下管。施工人员利用钻机设备，将孔打好，然后进行下管。为了经灌注土层的细小裂缝有效冲开以及将喷管清洗干净，完成下管操作后，需要采用清水进行冲管和试水。第二，灌浆。在灌浆的过程中，压力值在0.2-0.5MPa之间，速度控制在100-150L/min之间，扩散半径控制在1.5-2.0m之间，在灌浆的过程中，遵循灌浆深度的减小，随之减小灌浆的压力值和速度。此外，在灌浆的过程中，还要严格控制灌浆量，从而保障灌浆效果。这里可以采用回归统计计算，公式如下： 。其中，Q表示注浆量，p表示注浆压力，k表示渗透系数，μ表示黏度。当地面产生龟裂（或者隆起）现象，且灌浆压力值>0.5MPa时，表明灌浆操作已达到饱和，这时候方可停止灌浆。第三，拔管。在灌浆中，当完成某一个段次的施工中，应马上将其拔除，然后进入下一个段次的施工。第四，灌浆检查。灌浆完成后的4-7d之后，施工人员要检查灌浆效果。采用抽样检查的方法，检查强度大小和是否存在掉钻现象。

4、特殊情况处理

在灌浆的过程中，有时候会出现一些冒浆、跑浆现象，从而影响加固施工质量，这时候需要采取有力的措施加以解决。第一，当发现有跑浆现象时，必须要马上予以调整，需采用的方法如下：①将水玻璃量、浆液浓度在原来的基础上加大；②先停止灌浆，过了12h之后，再次进行灌浆；③多次停灌——复灌。第二，当遇到冒浆情况时，主要的处理方法有三种：①慢速低压灌注法，经相关研究表明，当灌浆压力控制在0.2-0.3MPa时，可以有效防止冒浆现象的发生；②间隙灌注法，在灌浆的过程中，根据冒浆情况，采用停停灌灌的方法，即“灌注——停止——灌注”，；③下止浆套管法，即在施工的过程中，使其超过填土深度。

结束语

综上所述，将双液化学硅化法应用于地下溶洞加固工程，要想保障施工质量和效果，需要结合工程的实际情况，选择科学合理的施工方案以及相应的施工设备；在施工的过程中，需要做好打孔、下管、灌浆、质检几个方面的工作，确保施工满足设计要求，有效解决地下溶洞加固施工，提高工程的经济效益和射虎效益。

参考文献：

[1]贺博.粉细砂层硅化双液注浆加固机理及工程应用研究[D].西安建筑科技大学，2013.

[2]赵卿，张双德，李萍.静压桩与加气硅化综合法在某学校教学楼地基加固工程中的应用[J].建筑技术开发，2010（02）：32-34.

[3]吕志波.某既有建筑地基灌浆加固技术应用研究[D].内蒙古科技大学，2012.

[4]黄友建.连州市岩溶地区地基处理和基础选型研究[D].华南理工大学，2010.

[5]吴峰，冯晓.重庆秀山县岩溶地区公路边坡溶洞治理方案[J].科技信息，2012（09）：348-349.