復(fù)雜巖溶地質(zhì)土（溶）洞泡沫混凝土填充技術(shù)分析

黃行嵩

（漳平市交通運(yùn)輸綜合執(zhí)法大隊(duì)，福建 龍巖 364000）

0 引言

在巖溶發(fā)育地區(qū)經(jīng)常會(huì)碰到串珠狀的土洞或者溶洞，洞內(nèi)一般存在部分填充物，填充物的形態(tài)為流塑或者軟塑狀態(tài)，鑒于土洞或者溶洞的不可預(yù)見(jiàn)性，對(duì)樁基安全施工的影響較大。樁基成孔過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生卡鉆、埋鉆、漏漿、塌孔、大面積坍塌和樁機(jī)傾覆等事故，這說(shuō)明土洞或者溶洞的處理方案的確定十分重要，如果選擇不當(dāng)，將會(huì)出現(xiàn)處理周期長(zhǎng)，處理效果不佳，工程造價(jià)大幅增加等不良情況。當(dāng)前土洞或者溶洞主流的處理方案為注漿法，常見(jiàn)的漿液有復(fù)合漿液和水泥漿等，但是這2 種注漿方法存在造價(jià)高和環(huán)境污染等問(wèn)題，急需研發(fā)一種新型的漿液來(lái)代替上述2 種漿液，因此，泡沫混凝土應(yīng)運(yùn)而生。泡沫混凝土具有施工簡(jiǎn)便、流動(dòng)性良好、質(zhì)量輕、自密性好、環(huán)保低碳和無(wú)側(cè)向壓力等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于拓寬路堤、建筑屋面保溫、橋頭臺(tái)背回填和道路軟基處理等項(xiàng)目。如果土（溶）洞采用泡沫混凝土進(jìn)行填充，可以減少水泥用量，利用高流動(dòng)性將空洞填充飽滿(mǎn)，使得土（溶）洞密實(shí)度得到一定提升；優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，使得泡沫混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從而提高地基承載力。因此，泡沫混凝土填充土（溶）洞具有較好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)泡沫混凝土填充土（溶）洞的技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程概況

國(guó)省干線(xiàn)聯(lián)六線(xiàn)漳平市蘆芝至和平段公路工程路線(xiàn)總長(zhǎng)度為8.632km。該路線(xiàn)起點(diǎn)位于漳永高速漳平南互通連接線(xiàn)，終點(diǎn)接上原省道208 線(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)速為60km/h，路基寬度為23~25.5m，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土。在K4+500 處新建1 座東坑大橋，左幅橋梁長(zhǎng)度為129.5m，右幅橋梁長(zhǎng)度為140m，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制T梁，T梁布置方式為4×30m，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩、U 型臺(tái)、肋式臺(tái)和樁基礎(chǔ)。該工程樁基為鉆孔灌注樁，持力層為中風(fēng)化石灰?guī)r，樁類(lèi)別為端承型樁，樁徑為1500mm，樁身混凝土強(qiáng)度為C35，要求樁端入巖1.0m。

2 地質(zhì)情況

樁基所處區(qū)域的地層自上而下分布如下：①雜填土，主要由黏土、碎石、粗砂等組成，層厚0.80~1.60m；②耕土，混有少量的植物根莖，層厚1.10~2.30m；③粉質(zhì)黏土，硬塑，混有少量卵石，層厚2.50~15.3m；④卵石，粒徑為4~15mm，中密狀態(tài)，混雜有粗砂，粗砂含量為25%左右，層厚2.10~8.40m；⑤粉質(zhì)黏土，混有少量細(xì)砂，可塑狀態(tài)，層厚1.60~6.40m；⑥含卵石粉質(zhì)黏土，卵石含量約35%左右，軟塑狀態(tài)，局部混有少量粗砂，層厚2.90~9.70m；⑦含角礫粉質(zhì)黏土，呈次菱角狀，粒徑為5~25mm，軟塑~流塑狀態(tài)，角礫巖質(zhì)為中風(fēng)化硅質(zhì)巖，層厚3.80~10.60m；⑨破碎石灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)破碎，層厚2.30~20.20m；⑩中風(fēng)化石灰?guī)r，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖面傾角相對(duì)平緩，中厚層狀構(gòu)造，層厚6.30~10.80m。該工程巖溶發(fā)育，地層中發(fā)現(xiàn)溶洞和土洞，形態(tài)不一，串珠狀分布，根據(jù)超前鉆探的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，土洞共有2 個(gè)，高度為4.6m 和6.5m，溶洞有3 個(gè)，高度為7.8m、10.5m 和16.2m，土（溶）洞分布情況如表1 所示，洞內(nèi)填充物主要為含角礫黏性土，個(gè)別洞為空洞，巖面高程差異較大。

表1 土（溶）洞分布情況

3 土（溶）洞處理方案確定

該工程樁基施工工期緊張，巖溶發(fā)育地質(zhì)十分復(fù)雜，經(jīng)過(guò)參建各方專(zhuān)家的研究和討論確定土（溶）洞的處理方案為注漿預(yù)處理法。注漿預(yù)處理法有3 種注漿處理方案可供選擇。

3.1 復(fù)合漿液填充方案

復(fù)合漿液的主要材料為粉煤灰、水泥和重鈣粉按照2∶1∶2 的重量比例配制而成，水泥采用P·C32.5，水灰比為0.6~1.0，通過(guò)2 根DN20 焊接鋼管將復(fù)合漿液低壓注入土（溶）洞中，1 次注漿管伸至洞底，2 次注漿管則伸入頂板以下1m，在土（溶）洞的范圍內(nèi)的鋼管均設(shè)置成花管，根據(jù)洞內(nèi)填充物情況增設(shè)投砂孔，從而保證洞內(nèi)填充飽滿(mǎn)[1]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達(dá)110~130kPa，芯樣完整性與成柱狀情況良好，處理費(fèi)用約237.3 萬(wàn)元，環(huán)境影響方面存在泥漿污染問(wèn)題。

3.2 純水泥漿填充方案

水泥選用P·O42.5，注漿工藝與復(fù)合漿液填充方案一致，均采用袖閥管注漿[2]，水灰比為0.75~1.0，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達(dá)100~120kPa，芯樣完整性與成柱狀情況一般，充填率較低，處理費(fèi)用約440.6 萬(wàn)元，環(huán)境影響方面存在泥漿污染問(wèn)題。

3.3 泡沫混凝土填充方案

泡沫混凝土主要由發(fā)泡劑、水泥和水按照2.4∶350∶175的比例攪拌均勻而成，水泥選用P·O42.5，注漿管分為大小管，通常大管選用直徑為50mm 焊接鋼管，小管則選用直徑為20mm焊接鋼管，鋼管的尾部均下放到洞底以下0.5m，注漿區(qū)域的鋼管段均設(shè)置成花管[3]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達(dá)120~140kPa，芯樣完整性與成柱狀情況好，處理費(fèi)用約195.2萬(wàn)元，環(huán)保。

3.4 處理方案的確定

通過(guò)對(duì)3 種方案對(duì)比之后可以發(fā)現(xiàn)，泡沫混凝土填充方案處理費(fèi)用最低，地基承載力較高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，因此該工程土（溶）洞處理方案確定為泡沫混凝土填充方案。

4 泡沫混凝土填充技術(shù)要點(diǎn)

4.1 布孔

將超前鉆探所揭示的土（溶）洞的鉆孔作為基準(zhǔn)點(diǎn)，按照網(wǎng)格尺寸為2.0m×2.0m 以梅花形或者正方形進(jìn)行布孔，繪制注漿孔位布置圖，并按照布置順序進(jìn)行編號(hào)。根據(jù)移交的坐標(biāo)表采用全站儀進(jìn)行測(cè)量定位，孔位軸線(xiàn)偏差控制在20mm 之內(nèi)[4]，在孔位處插上短鋼筋，采用水準(zhǔn)儀準(zhǔn)確地量測(cè)每個(gè)孔位的地面高程，并在注漿孔位布置圖上標(biāo)注出來(lái)。測(cè)量放線(xiàn)成果經(jīng)監(jiān)理工程師復(fù)核無(wú)誤后即可進(jìn)入下一道工序。

圖1 正方形布孔

4.2 鉆孔

該工程鉆孔的直徑為110mm，鉆機(jī)型號(hào)為XY-100型，將鉆桿與孔位中心重合為一條直線(xiàn)時(shí)即可垂直開(kāi)鉆，鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)注意記錄各層巖土層性質(zhì)和土（溶）洞頂板深度，鉆進(jìn)深度為土（溶）洞底以下0.5m[5]，鉆至孔底應(yīng)穩(wěn)鉆1～2min。根據(jù)鉆進(jìn)情況繪制鉆孔柱狀圖，并與超前鉆探的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即上報(bào)設(shè)計(jì)單位，確定妥當(dāng)?shù)奶幚矸桨浮?/p>

4.3 下注漿管

大管選用直徑為50mm 壁厚為2.5mm 的鋼管，小管則選用直徑為20mm 壁厚為2mm 的鋼管，大小管的尾部均打扁并纏上膠紙，鋼管的尾部位于洞底以下0.5m。在土（溶）洞所處區(qū)域的鋼管應(yīng)設(shè)置成花管，大管按照間距為200mm 鉆取直徑為15mm 的孔眼，一個(gè)高度方向鉆取2孔，上下孔的軸線(xiàn)呈90度角，孔眼上采用膠紙纏繞2~4 圈。小管上鉆取孔眼直徑為10mm，設(shè)置間距為400mm，孔眼呈180 度角互相錯(cuò)開(kāi)，孔眼位置采用橡膠條進(jìn)行斜向密封，采用扎絲進(jìn)行固定，從而變成類(lèi)似單向閥的出漿設(shè)置[6]。注漿管下放完成后，在距離孔口約2m 位置填塞水泥袋進(jìn)行封閉，接著采用水泥砂漿將注漿管與孔壁的縫隙填堵密實(shí)。

4.4 制備泡沫混凝土

發(fā)泡劑選用MS-1 型，拌合水為自來(lái)水，水泥為P·O42.5，嚴(yán)格按照泡沫混凝土配合比稱(chēng)量下料進(jìn)行攪拌，為了增強(qiáng)漿液的不散性，可以適當(dāng)?shù)靥砑舆m量纖維素醚。該工程配備2臺(tái)發(fā)泡攪拌機(jī)和泡沫混凝土輸送泵，型號(hào)分別為RT-750 和RT-30，設(shè)備機(jī)械性能經(jīng)檢查運(yùn)行正常。首先將發(fā)泡劑與自來(lái)水混合稀釋至40倍，并按照既定程序進(jìn)行發(fā)泡變成泡沫[7]。接著將水泥與自來(lái)水?dāng)嚢栊纬伤酀{，再將泡沫與水泥漿混合攪拌均勻形成泡沫混凝土，拌制的泡沫混凝土實(shí)測(cè)可得抗壓強(qiáng)度為6.5MPa，天然重度為13kN/m3，水灰比為0.5。

4.5 填充泡沫混凝土

一次注漿采用大管注漿，先采用自來(lái)水將大管上的膠紙加壓沖開(kāi)，再采用注漿泵將泡沫混凝土壓入管內(nèi)，注漿壓力為1~2MPa。在注漿過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)進(jìn)漿量進(jìn)行觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)漿量偏大時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)?shù)亟档妥{壓力，降低幅度為0.5MPa，可以根據(jù)注漿實(shí)際情況采取間歇注漿方法，待孔口返出新漿則可以停止注漿。待1次注漿完成2d則可以開(kāi)始2次注漿，2次注漿的鋼管為小管，注漿方法與1 次注漿相同，待2 次注漿壓力達(dá)到2～4MPa 則可以終止注漿。同樣待2d 后即可進(jìn)行3 次注漿，終止注漿的壓力值為4~6MPa。

5 土（溶）洞處理效果

泡沫混凝土填充完成28d 即可按照規(guī)定進(jìn)行取芯檢測(cè)，抽檢的數(shù)量為3 孔且1%的注漿孔總數(shù)量。芯樣完整成柱狀，表面堅(jiān)硬，顏色為灰色，芯樣強(qiáng)度平均值為6.8MPa。按照要求對(duì)土（溶）洞處的地基承載力進(jìn)行檢測(cè)，標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測(cè)值修正后為10.20~13.10 擊，土（溶）洞經(jīng)過(guò)填充泡沫混凝土處理后，地基承載力有了顯著的提高。

6 泡沫混凝土填充土（溶）洞的優(yōu)勢(shì)

6.1 施工質(zhì)量穩(wěn)定可靠

根據(jù)工程實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)注漿管的尺寸、埋深及花管開(kāi)孔等方面進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，根據(jù)地質(zhì)實(shí)際情況適當(dāng)?shù)卣{(diào)整泡沫混凝土的配合比設(shè)計(jì)，從而調(diào)整漿液的稠度，提高其不分散特性。泡沫混凝土在水下還具有不分散的性能，再加上其輕質(zhì)性，能夠有效地填充土（溶）洞，而不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境過(guò)多地增加附加應(yīng)力，防止樁基施工過(guò)程中出現(xiàn)地面大面積坍塌事故。跟其他兩種漿液對(duì)比，泡沫混凝土的充填率相對(duì)較高，工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，注漿質(zhì)量有保證。

6.2 工程造價(jià)較低

泡沫混凝土是采用泡沫與水泥漿進(jìn)行混合而形成，由于采用發(fā)泡劑的緣故，使得水泥用量大大減少，泡沫混凝土在土（溶）洞處理造價(jià)上有很大優(yōu)勢(shì)，與純水泥漿和復(fù)合漿液對(duì)比而言，可以節(jié)省造價(jià)分別為55.7%和17.7%。

6.3 環(huán)保節(jié)能

泡沫混凝土的主要材料為發(fā)泡劑和水泥，均不含有甲醛和苯等有害物質(zhì)，所需機(jī)械設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，漿液制備速度快，泡沫混凝土填充時(shí)對(duì)環(huán)境的影響較小，節(jié)能環(huán)保。

7 結(jié)束語(yǔ)

泡沫混凝土一般都是用于屋面保溫工程，本次創(chuàng)新性地將泡沫混凝土填充技術(shù)應(yīng)用于土（溶）洞的處理案例中，取得良好處理效果。泡沫混凝土填充技術(shù)不僅能夠快速地將土（溶）洞填充飽滿(mǎn)，充填率較高，施工速度快，還能有效地降低土（溶）洞處理成本。土（溶）洞處理后采用取芯和標(biāo)貫試驗(yàn)等手段對(duì)泡沫混凝土的施工質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，土（溶）洞經(jīng)泡沫混凝土填充后，其地基承載力得到大幅提升，洞內(nèi)填充飽滿(mǎn)，后續(xù)的樁基施工中未出現(xiàn)地面塌陷等事故，取得良好處理效果。