復雜巖溶地質土（溶）洞泡沫混凝土填充技術分析

黃行嵩

（漳平市交通運輸綜合執法大隊，福建 龍巖 364000）

0 引言

在巖溶發育地區經常會碰到串珠狀的土洞或者溶洞，洞內一般存在部分填充物，填充物的形態為流塑或者軟塑狀態，鑒于土洞或者溶洞的不可預見性，對樁基安全施工的影響較大。樁基成孔過程中經常發生卡鉆、埋鉆、漏漿、塌孔、大面積坍塌和樁機傾覆等事故，這說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，將會出現處理周期長，處理效果不佳，工程造價大幅增加等不良情況。當前土洞或者溶洞主流的處理方案為注漿法，常見的漿液有復合漿液和水泥漿等，但是這2 種注漿方法存在造價高和環境污染等問題，急需研發一種新型的漿液來代替上述2 種漿液，因此，泡沫混凝土應運而生。泡沫混凝土具有施工簡便、流動性良好、質量輕、自密性好、環保低碳和無側向壓力等優點，被廣泛應用于拓寬路堤、建筑屋面保溫、橋頭臺背回填和道路軟基處理等項目。如果土（溶）洞采用泡沫混凝土進行填充，可以減少水泥用量，利用高流動性將空洞填充飽滿，使得土（溶）洞密實度得到一定提升；優化配合比設計，使得泡沫混凝土強度滿足設計要求，從而提高地基承載力。因此，泡沫混凝土填充土（溶）洞具有較好經濟效益和社會效益。本文結合工程實例，對泡沫混凝土填充土（溶）洞的技術進行分析。

1 工程概況

國省干線聯六線漳平市蘆芝至和平段公路工程路線總長度為8.632km。該路線起點位于漳永高速漳平南互通連接線，終點接上原省道208 線，設計時速為60km/h，路基寬度為23~25.5m，路面結構為瀝青混凝土。在K4+500 處新建1 座東坑大橋，左幅橋梁長度為129.5m，右幅橋梁長度為140m，上部結構為預制T梁，T梁布置方式為4×30m，下部結構為柱式墩、U 型臺、肋式臺和樁基礎。該工程樁基為鉆孔灌注樁，持力層為中風化石灰巖，樁類別為端承型樁，樁徑為1500mm，樁身混凝土強度為C35，要求樁端入巖1.0m。

2 地質情況

樁基所處區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，混雜有粗砂，粗砂含量為25%左右，層厚2.10~8.40m；⑤粉質黏土，混有少量細砂，可塑狀態，層厚1.60~6.40m；⑥含卵石粉質黏土，卵石含量約35%左右，軟塑狀態，局部混有少量粗砂，層厚2.90~9.70m；⑦含角礫粉質黏土，呈次菱角狀，粒徑為5~25mm，軟塑~流塑狀態，角礫巖質為中風化硅質巖，層厚3.80~10.60m；⑨破碎石灰巖，隱晶質結構，結構破碎，層厚2.30~20.20m；⑩中風化石灰巖，巖質堅硬，巖面傾角相對平緩，中厚層狀構造，層厚6.30~10.80m。該工程巖溶發育，地層中發現溶洞和土洞，形態不一，串珠狀分布，根據超前鉆探的數據統計分析，土洞共有2 個，高度為4.6m 和6.5m，溶洞有3 個，高度為7.8m、10.5m 和16.2m，土（溶）洞分布情況如表1 所示，洞內填充物主要為含角礫黏性土，個別洞為空洞，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，巖溶發育地質十分復雜，經過參建各方專家的研究和討論確定土（溶）洞的處理方案為注漿預處理法。注漿預處理法有3 種注漿處理方案可供選擇。

3.1 復合漿液填充方案

復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2 根DN20 焊接鋼管將復合漿液低壓注入土（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）洞的范圍內的鋼管均設置成花管，根據洞內填充物情況增設投砂孔，從而保證洞內填充飽滿[1]。根據相關數據顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達110~130kPa，芯樣完整性與成柱狀情況良好，處理費用約237.3 萬元，環境影響方面存在泥漿污染問題。

3.2 純水泥漿填充方案

水泥選用P·O42.5，注漿工藝與復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，根據相關數據顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達100~120kPa，芯樣完整性與成柱狀情況一般，充填率較低，處理費用約440.6 萬元，環境影響方面存在泥漿污染問題。

3.3 泡沫混凝土填充方案

泡沫混凝土主要由發泡劑、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，注漿區域的鋼管段均設置成花管[3]。根據相關數據顯示，采用該方案處理后的土（溶）洞地基承載力可達120~140kPa，芯樣完整性與成柱狀情況好，處理費用約195.2萬元，環保。

3.4 處理方案的確定

通過對3 種方案對比之后可以發現，泡沫混凝土填充方案處理費用最低，地基承載力較高，對環境無污染，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要點

4.1 布孔

將超前鉆探所揭示的土（溶）洞的鉆孔作為基準點，按照網格尺寸為2.0m×2.0m 以梅花形或者正方形進行布孔，繪制注漿孔位布置圖，并按照布置順序進行編號。根據移交的坐標表采用全站儀進行測量定位，孔位軸線偏差控制在20mm 之內[4]，在孔位處插上短鋼筋，采用水準儀準確地量測每個孔位的地面高程，并在注漿孔位布置圖上標注出來。測量放線成果經監理工程師復核無誤后即可進入下一道工序。

圖1 正方形布孔

4.2 鉆孔

該工程鉆孔的直徑為110mm，鉆機型號為XY-100型，將鉆桿與孔位中心重合為一條直線時即可垂直開鉆，鉆進過程中應注意記錄各層巖土層性質和土（溶）洞頂板深度，鉆進深度為土（溶）洞底以下0.5m[5]，鉆至孔底應穩鉆1～2min。根據鉆進情況繪制鉆孔柱狀圖，并與超前鉆探的數據進行比對分析，如發現異常應立即上報設計單位，確定妥當的處理方案。

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）洞所處區域的鋼管應設置成花管，大管按照間距為200mm 鉆取直徑為15mm 的孔眼，一個高度方向鉆取2孔，上下孔的軸線呈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，設置間距為400mm，孔眼呈180 度角互相錯開，孔眼位置采用橡膠條進行斜向密封，采用扎絲進行固定，從而變成類似單向閥的出漿設置[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。

4.4 制備泡沫混凝土

發泡劑選用MS-1 型，拌合水為自來水，水泥為P·O42.5，嚴格按照泡沫混凝土配合比稱量下料進行攪拌，為了增強漿液的不散性，可以適當地添加適量纖維素醚。該工程配備2臺發泡攪拌機和泡沫混凝土輸送泵，型號分別為RT-750 和RT-30，設備機械性能經檢查運行正常。首先將發泡劑與自來水混合稀釋至40倍，并按照既定程序進行發泡變成泡沫[7]。接著將水泥與自來水攪拌形成水泥漿，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測可得抗壓強度為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，先采用自來水將大管上的膠紙加壓沖開，再采用注漿泵將泡沫混凝土壓入管內，注漿壓力為1~2MPa。在注漿過程中應加強對進漿量進行觀測，發現進漿量偏大時，則應適當地降低注漿壓力，降低幅度為0.5MPa，可以根據注漿實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 次注漿壓力達到2～4MPa 則可以終止注漿。同樣待2d 后即可進行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 即可按照規定進行取芯檢測，抽檢的數量為3 孔且1%的注漿孔總數量。芯樣完整成柱狀，表面堅硬，顏色為灰色，芯樣強度平均值為6.8MPa。按照要求對土（溶）洞處的地基承載力進行檢測，標貫試驗實測值修正后為10.20~13.10 擊，土（溶）洞經過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）洞的優勢

6.1 施工質量穩定可靠

根據工程實際特點，對注漿管的尺寸、埋深及花管開孔等方面進行創新和改進，根據地質實際情況適當地調整泡沫混凝土的配合比設計，從而調整漿液的稠度，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，再加上其輕質性，能夠有效地填充土（溶）洞，而不會對周邊環境過多地增加附加應力，防止樁基施工過程中出現地面大面積坍塌事故。跟其他兩種漿液對比，泡沫混凝土的充填率相對較高，工藝簡單，操作簡便，注漿質量有保證。

6.2 工程造價較低

泡沫混凝土是采用泡沫與水泥漿進行混合而形成，由于采用發泡劑的緣故，使得水泥用量大大減少，泡沫混凝土在土（溶）洞處理造價上有很大優勢，與純水泥漿和復合漿液對比而言，可以節省造價分別為55.7%和17.7%。

6.3 環保節能

泡沫混凝土的主要材料為發泡劑和水泥，均不含有甲醛和苯等有害物質，所需機械設備少，操作簡單，漿液制備速度快，泡沫混凝土填充時對環境的影響較小，節能環保。

7 結束語

泡沫混凝土一般都是用于屋面保溫工程，本次創新性地將泡沫混凝土填充技術應用于土（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不僅能夠快速地將土（溶）洞填充飽滿，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貫試驗等手段對泡沫混凝土的施工質量進行檢驗，試驗結果顯示，土（溶）洞經泡沫混凝土填充后，其地基承載力得到大幅提升，洞內填充飽滿，后續的樁基施工中未出現地面塌陷等事故，取得良好處理效果。