流態固化土填充溶洞施工技術研究

摘" 要：由溶洞與土洞共同組成的巖溶地基，經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，如果不對其進行及時、有效的處理，會對建筑物的安全性造成嚴重影響，導致坍塌事故的發生。傳統溶洞預處理主要采用灌注低標號混凝土、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行充填加固處理。流態固化土回填技術有效解決了傳統溶洞處理成本較高、不利于可持續發展的問題，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，具有顯著的經濟效益及環境效益。

關鍵詞：巖溶地基；地基處理；流態固化土；可持續發展；回填技術

中圖分類號：TU475" " " 文獻標志碼：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

巖溶地區的地質構造特殊，具有復雜的地下空間結構，同時地下水系廣泛分布，這些特點給工程建設的安全性和可靠性帶來了嚴重威脅。對此，王義等[1]研究了CFG樁在巖溶地區的工程適用性；龔道平等[2]結合實際工程從場地內的巖溶水文地質條件、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行了詳細分析和科學評價；張亮亮等[3]探討了廣東省巖溶地區常見的基礎選型的特點，并對巖溶的處理提出了相應建議；廖清榆[4]結合實際工程，闡述了溶洞分布與評價，探究了巖溶地區地基處理措施的選擇及其適用性；胡俊清[5]以某復雜巖溶區域鐵路建設為例，深入研究鐵路站場巖溶地基加固補強技術及其效果；張曄[6]探究了巖溶情況下對地基處理措施的實施和基礎形式的選擇，從巖土工程情況及地基處理施工技術進行了詳細分析，提出了一些適用于喀斯特地形地貌的地基處理施工技術。本文以廣州白云國際機場三期擴建工程為依托，分析探討流態固化土填充溶洞的適用性及其效果。

1" 工程概況

廣州白云國際機場位于廣州市北部白云區人和鎮和花都區新華街道交界處，廣州白云國際機場三期擴建工程西飛行區場道工程施工（三標段）施工總面積約為61.3萬m2。施工內容包括：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（包含消防管網工程及消防站）、輔助生產設施工程（場務用房，1、2、3號場務特種車庫工程）、標段內的其他附屬工程，平面位置如圖1所示。

據詳細勘察資料顯示，施工場區下伏第四系以下，出露上、中、下石炭統壺天組、下石炭世石頓子段灰巖，巖溶區發育有大量的土洞和溶洞，是一個非常強烈的巖溶地區。喀斯特、土洞等不良地質活動的危害主要表現在巖體結構破壞、地表突陷、地下水循環變化等方面，會對機場等重大工程的正常運行及安全產生重大影響，故需對其進行治理。

2" 土（溶）洞設計

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）預拌均勻，形成低等級自密實流變土，再經鉆孔灌注至土體（溶腔）內。在此基礎上，結合袖閥管注漿技術的“分段定深度”和“多次復注”的優勢，對未充填密實的部位進行“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）洞處理設計參數見表1，施工剖面示意圖如圖2所示。

自密實流態固化土設計要求：28 d抗壓強度不低于1 MPa，塌落度150～240 mm，擴展度大于400 mm。固化土塌落度和擴展度的測定方法參照現行國家標準GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》執行。固化土拌合物的固化劑摻和量為7%～25%。水灰比根據現場施工條件確定。

3" 工藝原理及技術特點

3.1" 工藝原理

預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。采用自密實流態固化土進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，經比選和檢測合格后，根據設計強度要求，摻入一定比例的巖土固化劑及水通過攪拌設備進行充分攪拌，然后采用泵送壓灌的方式壓注至需處理的溶洞區域，進行地基加固處理。

3.2" 技術特點

1）施工效率高：流態固化土相較傳統的拌合站生產建站占地面積小、建站相對簡單，且單盤生產量較傳統拌合站高，生產連續性好，產出比較高，建站受場地限制較小。

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

3）安全性高：流態固化土生產相較于傳統大型拌合站，設備輕量小型化，信息化集成度高，操作簡單，施工安全性更高。

4）經濟環保：流態固化土生產的主要原材料利用場內土方開挖、換填等土料，就近取材，減少土方外運及棄土處理成本。另外，相較于傳統低標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，綠色環保經濟。

4" 工藝流程及關鍵技術

4.1" 工藝流程

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

4.2" 關鍵技術

4.2.1" 配合比設計

試驗時，不少于3個混合料，即1個混合料按照設計要求計算，2個混合料則根據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行計算

mc=， （1）

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

依據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為拌合用水的質量（kg）；φ為固化劑漿液水灰比。

經試驗，本項目流態固化土土料、水、固化劑施工配合比為1∶0.14∶0.55。

4.2.2" 土料處理

土料宜采用現場開挖的土料，轉運至土料預處理堆場，進行土料預處理。通過土料篩分器對土料進行篩分處理，篩除分離大顆粒石料、雜質垃圾等。篩分后，土料的最大顆粒直徑在50 mm以內。土中有機質含量不能大于5%，未經過任何處理的污染土，不能用作自密實流態固化土的原料；土源以粉質黏土、砂質黏性土為佳。處理后的土料需做好防雨防潮措施，避免雨水沖刷浸泡、板結結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

攪拌裝置應具備連續工作的能力，并具備對固化劑、水、土等物料進行計量的能力，并由計量控制系統實現對拌合過程的控制。

如果土的含水率與被測土的含水率有很大的差別，則要根據土的含水率對混合比例進行適當的調整，并再次試拌。

采用機械攪拌，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展度是否滿足設計要求進行檢測，并做好坍落度和擴展度的抽樣檢驗記錄。坍落度與擴展度測量示意圖如圖4所示。

4.2.4" 固化土澆筑

根據施工分區，合理規劃布料導管如圖5所示，第一次布管長度按最大布料半徑敷設，然后采取由遠至近的順序根據灌注孔布設位置進行灌注，采用地泵進行壓灌，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

基于本項目的施工需求，特針對本項目流態固化土溶洞處理技術研發了智能自動化生產信息系統，實現多設備智能化自動生產聯動，實現流態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，減少生產過程中的人為干擾，使生產穩定高效，質量可靠，實現動態監控，透明化生產。自動化設備運行監控系統如圖6所示。

5" 質量控制

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，以保證施工質量。

5.1" 原材料管理

5.1.1" 土料

土料嚴格選用現場符合要求的土源點，并仔細篩分，剔除大顆粒石塊、土塊、建筑垃圾等雜質，確保經篩分后的粒徑不大于50 mm，滿足施工要求。更換新的土源點，使用前及時進行土料送檢，進行土料有機質含量檢測，確保有機質含量不大于5%。

5.1.2" 固化劑

固化劑進場后，應按批次驗收品種、標號、包裝、出廠日期等，同時檢測其強度，凝結時間。產品出廠日期為3個月以上，需停用，需重新檢測強度和凝結時間，經檢驗合格后方可再次使用。對同一廠家、同一批次、連續到廠的固化劑，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

流態固化土生產制備采用公司自研的智能自動信息化生產系統進行全流程控制，可實現生產配料高度集成化，并實時記錄數據，便于進行動態管控生產質量。

5.2.2" 流態固化土澆筑

根據規范及設計的要求，在流態固化土澆筑開盤前進行塌落度、擴展度、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養試件，用于檢測28 d強度。同一配合比連續澆筑少于400 m3時，應按每200 m3制取一組試件；大于400 m3時，應按每400 m3制取一組試件。規格尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體。28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa，塌落度150～240 mm，擴展度大于400 mm。

5.2.3" 施工檢測

根據設計要求，滿足齡期后，按設計要求比例通過鉆孔取芯進行檢測，取芯芯樣28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa。

6" 結束語

采用自密實流態固化土對未充填、半充填類型溶洞進行處理，有效解決了采用傳統灌注低標號混凝土、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的智能自動信息化生產系統，能實現直觀的動態質量管控，透明化生產，便于施工質量管理。

流態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，同時較傳統處理方式降低砂石料開采及運輸，符合建筑業高質量綠色環保的發展理念。

參考文獻：

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

[2] 龔道平，胡惠華，王泗，等.巖溶復雜發育區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.廣東省巖溶地區地基處理及基礎選型淺析[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強技術與效果研究[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用[J].福建建材，2024（5）：62-65.