流態(tài)固化土填充溶洞施工技術(shù)研究

摘" 要：由溶洞與土洞共同組成的巖溶地基，經(jīng)常會造成地基塌陷與不均勻沉降以及承載力不足等一系列變形破壞問題，如果不對其進(jìn)行及時、有效的處理，會對建筑物的安全性造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致坍塌事故的發(fā)生。傳統(tǒng)溶洞預(yù)處理主要采用灌注低標(biāo)號混凝土、泡沫混凝土等以砂石料為原材料、水泥為膠凝材料的填充料對地下溶洞進(jìn)行充填加固處理。流態(tài)固化土回填技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)溶洞處理成本較高、不利于可持續(xù)發(fā)展的問題，回填土料原地或就近取材，可選取基坑開挖土方、旋挖灌注樁棄土、灌注樁泥漿等作為土料原料，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：巖溶地基；地基處理；流態(tài)固化土；可持續(xù)發(fā)展；回填技術(shù)

中圖分類號：TU475" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）35-0175-04

Abstract： The karst foundation composed of karst caves and soil caves often causes a series of deformation and damage problems such as foundation collapse， uneven settlement， and insufficient bearing capacity. If it is not treated in a timely and effective manner， it will affect the safety of buildings. Serious impact， leading to collapse accidents. Traditional pretreatment of karst caves mainly uses filling and reinforcing underground karst caves with low-grade concrete， foam concrete and other fillers using sand and gravel as raw materials and cement as cementitious materials. Liquid-state solidified soil backfilling technology effectively solves the problems of high treatment costs of traditional cave caves and is not conducive to sustainable development. Backfill materials are collected in situ. Foundation pit excavation earth， rotary excavation grouting pile waste soil， or grouting pile slurry can be chosen as soil raw materials.

Keywords： karst foundation; foundation treatment; liquid solidified soil; sustainable development; backfilling technology

巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特殊，具有復(fù)雜的地下空間結(jié)構(gòu)，同時地下水系廣泛分布，這些特點給工程建設(shè)的安全性和可靠性帶來了嚴(yán)重威脅。對此，王義等[1]研究了CFG樁在巖溶地區(qū)的工程適用性；龔道平等[2]結(jié)合實際工程從場地內(nèi)的巖溶水文地質(zhì)條件、巖溶充填物性狀特征、樁基施工擾動影響等方面對場地巖溶地基的工程適宜性進(jìn)行了詳細(xì)分析和科學(xué)評價；張亮亮等[3]探討了廣東省巖溶地區(qū)常見的基礎(chǔ)選型的特點，并對巖溶的處理提出了相應(yīng)建議；廖清榆[4]結(jié)合實際工程，闡述了溶洞分布與評價，探究了巖溶地區(qū)地基處理措施的選擇及其適用性；胡俊清[5]以某復(fù)雜巖溶區(qū)域鐵路建設(shè)為例，深入研究鐵路站場巖溶地基加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)及其效果；張曄[6]探究了巖溶情況下對地基處理措施的實施和基礎(chǔ)形式的選擇，從巖土工程情況及地基處理施工技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了一些適用于喀斯特地形地貌的地基處理施工技術(shù)。本文以廣州白云國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程為依托，分析探討流態(tài)固化土填充溶洞的適用性及其效果。

1" 工程概況

廣州白云國際機(jī)場位于廣州市北部白云區(qū)人和鎮(zhèn)和花都區(qū)新華街道交界處，廣州白云國際機(jī)場三期擴(kuò)建工程西飛行區(qū)場道工程施工（三標(biāo)段）施工總面積約為61.3萬m2。施工內(nèi)容包括：土石方工程、地基處理工程、道面工程、排水工程、4號下穿通道、消防救援工程（包含消防管網(wǎng)工程及消防站）、輔助生產(chǎn)設(shè)施工程（場務(wù)用房，1、2、3號場務(wù)特種車庫工程）、標(biāo)段內(nèi)的其他附屬工程，平面位置如圖1所示。

據(jù)詳細(xì)勘察資料顯示，施工場區(qū)下伏第四系以下，出露上、中、下石炭統(tǒng)壺天組、下石炭世石頓子段灰?guī)r，巖溶區(qū)發(fā)育有大量的土洞和溶洞，是一個非常強(qiáng)烈的巖溶地區(qū)?？λ固亍⑼炼吹炔涣嫉刭|(zhì)活動的危害主要表現(xiàn)在巖體結(jié)構(gòu)破壞、地表突陷、地下水循環(huán)變化等方面，會對機(jī)場等重大工程的正常運行及安全產(chǎn)生重大影響，故需對其進(jìn)行治理。

2" 土（溶）洞設(shè)計

針對非充填型和半充填型（溶腔）溶洞，擬采取地表攪拌、高壓灌注、袖閥管灌漿等措施進(jìn)行加固處理。首先，采用自密實流變儀將土料（土料、水、固化劑等）預(yù)拌均勻，形成低等級自密實流變土，再經(jīng)鉆孔灌注至土體（溶腔）內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合袖閥管注漿技術(shù)的“分段定深度”和“多次復(fù)注”的優(yōu)勢，對未充填密實的部位進(jìn)行“二次充填”處理，解決填充不足的問題。未充填及半充填類型土（溶）洞處理設(shè)計參數(shù)見表1，施工剖面示意圖如圖2所示。

自密實流態(tài)固化土設(shè)計要求：28 d抗壓強(qiáng)度不低于1 MPa，塌落度150～240 mm，擴(kuò)展度大于400 mm。固化土塌落度和擴(kuò)展度的測定方法參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。固化土拌合物的固化劑摻和量為7%～25%。水灰比根據(jù)現(xiàn)場施工條件確定。

3" 工藝原理及技術(shù)特點

3.1" 工藝原理

預(yù)拌自密實固化土是將土壤、固化劑、水和必要的功能助劑按一定的配比配制而成的具有高流動性、可自密實的填料。采用自密實流態(tài)固化土進(jìn)行溶洞回填主要利用場地基坑開挖的土方作為土料原材，就近取材，經(jīng)比選和檢測合格后，根據(jù)設(shè)計強(qiáng)度要求，摻入一定比例的巖土固化劑及水通過攪拌設(shè)備進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，然后采用泵送壓灌的方式壓注至需處理的溶洞區(qū)域，進(jìn)行地基加固處理。

3.2" 技術(shù)特點

1）施工效率高：流態(tài)固化土相較傳統(tǒng)的拌合站生產(chǎn)建站占地面積小、建站相對簡單，且單盤生產(chǎn)量較傳統(tǒng)拌合站高，生產(chǎn)連續(xù)性好，產(chǎn)出比較高，建站受場地限制較小。

2）質(zhì)量可靠：流態(tài)固化土具有良好的流動性和自密實性，早期強(qiáng)度較高，固化時間較短，施工干擾因素較少。

3）安全性高：流態(tài)固化土生產(chǎn)相較于傳統(tǒng)大型拌合站，設(shè)備輕量小型化，信息化集成度高，操作簡單，施工安全性更高。

4）經(jīng)濟(jì)環(huán)保：流態(tài)固化土生產(chǎn)的主要原材料利用場內(nèi)土方開挖、換填等土料，就近取材，減少土方外運及棄土處理成本。另外，相較于傳統(tǒng)低標(biāo)號混凝土及泡沫混凝土，采用土料替換了砂石料，大大降低了原材開采、采購及運輸成本，降低揚塵等污染，綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)。

4" 工藝流程及關(guān)鍵技術(shù)

4.1" 工藝流程

原料（土、固化劑、水等）檢驗→配合比設(shè)計、試驗→施工配合比確定→測量放線、布置鉆孔→鉆孔施工、安裝導(dǎo)管→土料處理→流態(tài)固化土制備→運輸及泵注灌注→泵送孔封孔→驗收→袖閥管注漿施工。

4.2" 關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1" 配合比設(shè)計

試驗時，不少于3個混合料，即1個混合料按照設(shè)計要求計算，2個混合料則根據(jù)計算出的混合料添加量分別增減5%。固化土材料用量按如下方式進(jìn)行計算

mc=， （1）

式中：m0為試驗用土料的質(zhì)量（kg）；mc為固化劑的質(zhì)量（kg）；w0為試驗用土料的含水量（%）；α為固化劑摻入比。

依據(jù)選定的固化劑漿液水灰比，加水量計算公式為

mw=φ，（2）

式中：mw為拌合用水的質(zhì)量（kg）；φ為固化劑漿液水灰比。

經(jīng)試驗，本項目流態(tài)固化土土料、水、固化劑施工配合比為1∶0.14∶0.55。

4.2.2" 土料處理

土料宜采用現(xiàn)場開挖的土料，轉(zhuǎn)運至土料預(yù)處理堆場，進(jìn)行土料預(yù)處理。通過土料篩分器對土料進(jìn)行篩分處理，篩除分離大顆粒石料、雜質(zhì)垃圾等。篩分后，土料的最大顆粒直徑在50 mm以內(nèi)。土中有機(jī)質(zhì)含量不能大于5%，未經(jīng)過任何處理的污染土，不能用作自密實流態(tài)固化土的原料；土源以粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土為佳。處理后的土料需做好防雨防潮措施，避免雨水沖刷浸泡、板結(jié)結(jié)塊及引起含水率的變化。土料處理流程示意圖如圖3所示。

4.2.3" 固化土制備

攪拌裝置應(yīng)具備連續(xù)工作的能力，并具備對固化劑、水、土等物料進(jìn)行計量的能力，并由計量控制系統(tǒng)實現(xiàn)對拌合過程的控制。

如果土的含水率與被測土的含水率有很大的差別，則要根據(jù)土的含水率對混合比例進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并再次試拌。

采用機(jī)械攪拌，攪拌時間至少3 min，以保證攪拌均勻，工作流動性滿足需要。

拌合完成后，對固化土拌合物坍落度和擴(kuò)展度是否滿足設(shè)計要求進(jìn)行檢測，并做好坍落度和擴(kuò)展度的抽樣檢驗記錄。坍落度與擴(kuò)展度測量示意圖如圖4所示。

4.2.4" 固化土澆筑

根據(jù)施工分區(qū)，合理規(guī)劃布料導(dǎo)管如圖5所示，第一次布管長度按最大布料半徑敷設(shè)，然后采取由遠(yuǎn)至近的順序根據(jù)灌注孔布設(shè)位置進(jìn)行灌注，采用地泵進(jìn)行壓灌，地泵泵送末端壓力宜為3～5 MPa。高壓泵送輸料管與預(yù)埋鋼管連接完成需檢查管道及接頭的氣密性，確保各接頭氣密性良好，管道無漏氣點，避免灌注過程中因氣密性不良造成堵管、爆管。灌注過程中需做好灌注量的計量工作，并觀察泵送壓力值的變化及周邊布孔的返漿情況。

4.2.5" 智能自動信息化系統(tǒng)

基于本項目的施工需求，特針對本項目流態(tài)固化土溶洞處理技術(shù)研發(fā)了智能自動化生產(chǎn)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)多設(shè)備智能化自動生產(chǎn)聯(lián)動，實現(xiàn)流態(tài)固化土制備過程中自動上料、自動配漿、自動拌合、自動計量等集成化生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過程中的人為干擾，使生產(chǎn)穩(wěn)定高效，質(zhì)量可靠，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，透明化生產(chǎn)。自動化設(shè)備運行監(jiān)控系統(tǒng)如圖6所示。

5" 質(zhì)量控制

施工過程中從原材料、施工過程、檢測驗收多個維度全過程管理，以保證施工質(zhì)量。

5.1" 原材料管理

5.1.1" 土料

土料嚴(yán)格選用現(xiàn)場符合要求的土源點，并仔細(xì)篩分，剔除大顆粒石塊、土塊、建筑垃圾等雜質(zhì)，確保經(jīng)篩分后的粒徑不大于50 mm，滿足施工要求。更換新的土源點，使用前及時進(jìn)行土料送檢，進(jìn)行土料有機(jī)質(zhì)含量檢測，確保有機(jī)質(zhì)含量不大于5%。

5.1.2" 固化劑

固化劑進(jìn)場后，應(yīng)按批次驗收品種、標(biāo)號、包裝、出廠日期等，同時檢測其強(qiáng)度，凝結(jié)時間。產(chǎn)品出廠日期為3個月以上，需停用，需重新檢測強(qiáng)度和凝結(jié)時間，經(jīng)檢驗合格后方可再次使用。對同一廠家、同一批次、連續(xù)到廠的固化劑，按500 t一批取樣。少于500 t的固化劑可分批取樣。

5.2" 施工管理與檢測

5.2.1" 信息化管控

流態(tài)固化土生產(chǎn)制備采用公司自研的智能自動信息化生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行全流程控制，可實現(xiàn)生產(chǎn)配料高度集成化，并實時記錄數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行動態(tài)管控生產(chǎn)質(zhì)量。

5.2.2" 流態(tài)固化土澆筑

根據(jù)規(guī)范及設(shè)計的要求，在流態(tài)固化土澆筑開盤前進(jìn)行塌落度、擴(kuò)展度、密度測量及驗收，并留置抗壓試塊。灌注過程中需注意泵壓變化及周邊孔位的返漿情況。澆筑施工過程中需按照混凝土抗壓試件留置方式留置標(biāo)養(yǎng)試件，用于檢測28 d強(qiáng)度。同一配合比連續(xù)澆筑少于400 m3時，應(yīng)按每200 m3制取一組試件；大于400 m3時，應(yīng)按每400 m3制取一組試件。規(guī)格尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體。28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa，塌落度150～240 mm，擴(kuò)展度大于400 mm。

5.2.3" 施工檢測

根據(jù)設(shè)計要求，滿足齡期后，按設(shè)計要求比例通過鉆孔取芯進(jìn)行檢測，取芯芯樣28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

6" 結(jié)束語

采用自密實流態(tài)固化土對未充填、半充填類型溶洞進(jìn)行處理，有效解決了采用傳統(tǒng)灌注低標(biāo)號混凝土、泡沫混凝土等以砂石料為原材料、水泥為膠凝材料的填充料對地下溶洞進(jìn)行充填加固處理，大大降低了施工成本。同時，施工過程中輔以我司研發(fā)的智能自動信息化生產(chǎn)系統(tǒng)，能實現(xiàn)直觀的動態(tài)質(zhì)量管控，透明化生產(chǎn)，便于施工質(zhì)量管理。

流態(tài)固化土主要原材料之一為土料，且土料可選擇性范圍大，可選用基坑開挖的土方、灌注樁施工棄土、灌注樁施工泥漿等，大大降低了渣土、泥漿外運及處理成本，提高土料的二次利用率，同時較傳統(tǒng)處理方式降低砂石料開采及運輸，符合建筑業(yè)高質(zhì)量綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王義，周元.巖溶地區(qū)CFG樁復(fù)合地基設(shè)計及試驗分析[J].四川建筑，2024，44（4）：197-199.

[2] 龔道平，胡惠華，王泗，等.巖溶復(fù)雜發(fā)育區(qū)公路橋梁地基適宜性分析研究——以赤石特大橋為例[J].工程勘察，2024，52（8）： 26-32，43.

[3] 張亮亮，王慧敏.廣東省巖溶地區(qū)地基處理及基礎(chǔ)選型淺析[J].西部探礦工程，2024，36（7）：5-7.

[4] 廖清榆.淺談巖溶地區(qū)地基處理方法的選擇[J].江西建材，2023（12）：357-358，361.

[5] 胡俊清.鐵路站場巖溶地基加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)與效果研究[J].交通科技與管理，2024，5（11）：61-63，60.

[6] 張曄.喀斯特地貌巖溶地基處理措施在多層建筑施工中的應(yīng)用[J].福建建材，2024（5）：62-65.