复杂岩溶地质土（溶）洞泡沫混凝土填充技术分析

黄行嵩

（漳平市交通运输综合执法大队，福建 龙岩 364000）

0 引言

在岩溶发育地区经常会碰到串珠状的土洞或者溶洞，洞内一般存在部分填充物，填充物的形态为流塑或者软塑状态，鉴于土洞或者溶洞的不可预见性，对桩基安全施工的影响较大。桩基成孔过程中经常发生卡钻、埋钻、漏浆、塌孔、大面积坍塌和桩机倾覆等事故，这说明土洞或者溶洞的处理方案的确定十分重要，如果选择不当，将会出现处理周期长，处理效果不佳，工程造价大幅增加等不良情况。当前土洞或者溶洞主流的处理方案为注浆法，常见的浆液有复合浆液和水泥浆等，但是这2 种注浆方法存在造价高和环境污染等问题，急需研发一种新型的浆液来代替上述2 种浆液，因此，泡沫混凝土应运而生。泡沫混凝土具有施工简便、流动性良好、质量轻、自密性好、环保低碳和无侧向压力等优点，被广泛应用于拓宽路堤、建筑屋面保温、桥头台背回填和道路软基处理等项目。如果土（溶）洞采用泡沫混凝土进行填充，可以减少水泥用量，利用高流动性将空洞填充饱满，使得土（溶）洞密实度得到一定提升；优化配合比设计，使得泡沫混凝土强度满足设计要求，从而提高地基承载力。因此，泡沫混凝土填充土（溶）洞具有较好经济效益和社会效益。本文结合工程实例，对泡沫混凝土填充土（溶）洞的技术进行分析。

1 工程概况

国省干线联六线漳平市芦芝至和平段公路工程路线总长度为8.632km。该路线起点位于漳永高速漳平南互通连接线，终点接上原省道208 线，设计时速为60km/h，路基宽度为23~25.5m，路面结构为沥青混凝土。在K4+500 处新建1 座东坑大桥，左幅桥梁长度为129.5m，右幅桥梁长度为140m，上部结构为预制T梁，T梁布置方式为4×30m，下部结构为柱式墩、U 型台、肋式台和桩基础。该工程桩基为钻孔灌注桩，持力层为中风化石灰岩，桩类别为端承型桩，桩径为1500mm，桩身混凝土强度为C35，要求桩端入岩1.0m。

2 地质情况

桩基所处区域的地层自上而下分布如下：①杂填土，主要由黏土、碎石、粗砂等组成，层厚0.80~1.60m；②耕土，混有少量的植物根茎，层厚1.10~2.30m；③粉质黏土，硬塑，混有少量卵石，层厚2.50~15.3m；④卵石，粒径为4~15mm，中密状态，混杂有粗砂，粗砂含量为25%左右，层厚2.10~8.40m；⑤粉质黏土，混有少量细砂，可塑状态，层厚1.60~6.40m；⑥含卵石粉质黏土，卵石含量约35%左右，软塑状态，局部混有少量粗砂，层厚2.90~9.70m；⑦含角砾粉质黏土，呈次菱角状，粒径为5~25mm，软塑~流塑状态，角砾岩质为中风化硅质岩，层厚3.80~10.60m；⑨破碎石灰岩，隐晶质结构，结构破碎，层厚2.30~20.20m；⑩中风化石灰岩，岩质坚硬，岩面倾角相对平缓，中厚层状构造，层厚6.30~10.80m。该工程岩溶发育，地层中发现溶洞和土洞，形态不一，串珠状分布，根据超前钻探的数据统计分析，土洞共有2 个，高度为4.6m 和6.5m，溶洞有3 个，高度为7.8m、10.5m 和16.2m，土（溶）洞分布情况如表1 所示，洞内填充物主要为含角砾黏性土，个别洞为空洞，岩面高程差异较大。

表1 土（溶）洞分布情况

3 土（溶）洞处理方案确定

该工程桩基施工工期紧张，岩溶发育地质十分复杂，经过参建各方专家的研究和讨论确定土（溶）洞的处理方案为注浆预处理法。注浆预处理法有3 种注浆处理方案可供选择。

3.1 复合浆液填充方案

复合浆液的主要材料为粉煤灰、水泥和重钙粉按照2∶1∶2 的重量比例配制而成，水泥采用P·C32.5，水灰比为0.6~1.0，通过2 根DN20 焊接钢管将复合浆液低压注入土（溶）洞中，1 次注浆管伸至洞底，2 次注浆管则伸入顶板以下1m，在土（溶）洞的范围内的钢管均设置成花管，根据洞内填充物情况增设投砂孔，从而保证洞内填充饱满[1]。根据相关数据显示，采用该方案处理后的土（溶）洞地基承载力可达110~130kPa，芯样完整性与成柱状情况良好，处理费用约237.3 万元，环境影响方面存在泥浆污染问题。

3.2 纯水泥浆填充方案

水泥选用P·O42.5，注浆工艺与复合浆液填充方案一致，均采用袖阀管注浆[2]，水灰比为0.75~1.0，根据相关数据显示，采用该方案处理后的土（溶）洞地基承载力可达100~120kPa，芯样完整性与成柱状情况一般，充填率较低，处理费用约440.6 万元，环境影响方面存在泥浆污染问题。

3.3 泡沫混凝土填充方案

泡沫混凝土主要由发泡剂、水泥和水按照2.4∶350∶175的比例搅拌均匀而成，水泥选用P·O42.5，注浆管分为大小管，通常大管选用直径为50mm 焊接钢管，小管则选用直径为20mm焊接钢管，钢管的尾部均下放到洞底以下0.5m，注浆区域的钢管段均设置成花管[3]。根据相关数据显示，采用该方案处理后的土（溶）洞地基承载力可达120~140kPa，芯样完整性与成柱状情况好，处理费用约195.2万元，环保。

3.4 处理方案的确定

通过对3 种方案对比之后可以发现，泡沫混凝土填充方案处理费用最低，地基承载力较高，对环境无污染，因此该工程土（溶）洞处理方案确定为泡沫混凝土填充方案。

4 泡沫混凝土填充技术要点

4.1 布孔

将超前钻探所揭示的土（溶）洞的钻孔作为基准点，按照网格尺寸为2.0m×2.0m 以梅花形或者正方形进行布孔，绘制注浆孔位布置图，并按照布置顺序进行编号。根据移交的坐标表采用全站仪进行测量定位，孔位轴线偏差控制在20mm 之内[4]，在孔位处插上短钢筋，采用水准仪准确地量测每个孔位的地面高程，并在注浆孔位布置图上标注出来。测量放线成果经监理工程师复核无误后即可进入下一道工序。

图1 正方形布孔

4.2 钻孔

该工程钻孔的直径为110mm，钻机型号为XY-100型，将钻杆与孔位中心重合为一条直线时即可垂直开钻，钻进过程中应注意记录各层岩土层性质和土（溶）洞顶板深度，钻进深度为土（溶）洞底以下0.5m[5]，钻至孔底应稳钻1～2min。根据钻进情况绘制钻孔柱状图，并与超前钻探的数据进行比对分析，如发现异常应立即上报设计单位，确定妥当的处理方案。

4.3 下注浆管

大管选用直径为50mm 壁厚为2.5mm 的钢管，小管则选用直径为20mm 壁厚为2mm 的钢管，大小管的尾部均打扁并缠上胶纸，钢管的尾部位于洞底以下0.5m。在土（溶）洞所处区域的钢管应设置成花管，大管按照间距为200mm 钻取直径为15mm 的孔眼，一个高度方向钻取2孔，上下孔的轴线呈90度角，孔眼上采用胶纸缠绕2~4 圈。小管上钻取孔眼直径为10mm，设置间距为400mm，孔眼呈180 度角互相错开，孔眼位置采用橡胶条进行斜向密封，采用扎丝进行固定，从而变成类似单向阀的出浆设置[6]。注浆管下放完成后，在距离孔口约2m 位置填塞水泥袋进行封闭，接着采用水泥砂浆将注浆管与孔壁的缝隙填堵密实。

4.4 制备泡沫混凝土

发泡剂选用MS-1 型，拌合水为自来水，水泥为P·O42.5，严格按照泡沫混凝土配合比称量下料进行搅拌，为了增强浆液的不散性，可以适当地添加适量纤维素醚。该工程配备2台发泡搅拌机和泡沫混凝土输送泵，型号分别为RT-750 和RT-30，设备机械性能经检查运行正常。首先将发泡剂与自来水混合稀释至40倍，并按照既定程序进行发泡变成泡沫[7]。接着将水泥与自来水搅拌形成水泥浆，再将泡沫与水泥浆混合搅拌均匀形成泡沫混凝土，拌制的泡沫混凝土实测可得抗压强度为6.5MPa，天然重度为13kN/m3，水灰比为0.5。

4.5 填充泡沫混凝土

一次注浆采用大管注浆，先采用自来水将大管上的胶纸加压冲开，再采用注浆泵将泡沫混凝土压入管内，注浆压力为1~2MPa。在注浆过程中应加强对进浆量进行观测，发现进浆量偏大时，则应适当地降低注浆压力，降低幅度为0.5MPa，可以根据注浆实际情况采取间歇注浆方法，待孔口返出新浆则可以停止注浆。待1次注浆完成2d则可以开始2次注浆，2次注浆的钢管为小管，注浆方法与1 次注浆相同，待2 次注浆压力达到2～4MPa 则可以终止注浆。同样待2d 后即可进行3 次注浆，终止注浆的压力值为4~6MPa。

5 土（溶）洞处理效果

泡沫混凝土填充完成28d 即可按照规定进行取芯检测，抽检的数量为3 孔且1%的注浆孔总数量。芯样完整成柱状，表面坚硬，颜色为灰色，芯样强度平均值为6.8MPa。按照要求对土（溶）洞处的地基承载力进行检测，标贯试验实测值修正后为10.20~13.10 击，土（溶）洞经过填充泡沫混凝土处理后，地基承载力有了显著的提高。

6 泡沫混凝土填充土（溶）洞的优势

6.1 施工质量稳定可靠

根据工程实际特点，对注浆管的尺寸、埋深及花管开孔等方面进行创新和改进，根据地质实际情况适当地调整泡沫混凝土的配合比设计，从而调整浆液的稠度，提高其不分散特性。泡沫混凝土在水下还具有不分散的性能，再加上其轻质性，能够有效地填充土（溶）洞，而不会对周边环境过多地增加附加应力，防止桩基施工过程中出现地面大面积坍塌事故。跟其他两种浆液对比，泡沫混凝土的充填率相对较高，工艺简单，操作简便，注浆质量有保证。

6.2 工程造价较低

泡沫混凝土是采用泡沫与水泥浆进行混合而形成，由于采用发泡剂的缘故，使得水泥用量大大减少，泡沫混凝土在土（溶）洞处理造价上有很大优势，与纯水泥浆和复合浆液对比而言，可以节省造价分别为55.7%和17.7%。

6.3 环保节能

泡沫混凝土的主要材料为发泡剂和水泥，均不含有甲醛和苯等有害物质，所需机械设备少，操作简单，浆液制备速度快，泡沫混凝土填充时对环境的影响较小，节能环保。

7 结束语

泡沫混凝土一般都是用于屋面保温工程，本次创新性地将泡沫混凝土填充技术应用于土（溶）洞的处理案例中，取得良好处理效果。泡沫混凝土填充技术不仅能够快速地将土（溶）洞填充饱满，充填率较高，施工速度快，还能有效地降低土（溶）洞处理成本。土（溶）洞处理后采用取芯和标贯试验等手段对泡沫混凝土的施工质量进行检验，试验结果显示，土（溶）洞经泡沫混凝土填充后，其地基承载力得到大幅提升，洞内填充饱满，后续的桩基施工中未出现地面塌陷等事故，取得良好处理效果。