流态固化土填充溶洞施工技术研究

摘" 要：由溶洞与土洞共同组成的岩溶地基，经常会造成地基塌陷与不均匀沉降以及承载力不足等一系列变形破坏问题，如果不对其进行及时、有效的处理，会对建筑物的安全性造成严重影响，导致坍塌事故的发生。传统溶洞预处理主要采用灌注低标号混凝土、泡沫混凝土等以砂石料为原材料、水泥为胶凝材料的填充料对地下溶洞进行充填加固处理。流态固化土回填技术有效解决了传统溶洞处理成本较高、不利于可持续发展的问题，回填土料原地或就近取材，可选取基坑开挖土方、旋挖灌注桩弃土、灌注桩泥浆等作为土料原料，具有显著的经济效益及环境效益。

关键词：岩溶地基；地基处理；流态固化土；可持续发展；回填技术

中图分类号：TU475" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：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

岩溶地区的地质构造特殊，具有复杂的地下空间结构，同时地下水系广泛分布，这些特点给工程建设的安全性和可靠性带来了严重威胁。对此，王义等[1]研究了CFG桩在岩溶地区的工程适用性；龚道平等[2]结合实际工程从场地内的岩溶水文地质条件、岩溶充填物性状特征、桩基施工扰动影响等方面对场地岩溶地基的工程适宜性进行了详细分析和科学评价；张亮亮等[3]探讨了广东省岩溶地区常见的基础选型的特点，并对岩溶的处理提出了相应建议；廖清榆[4]结合实际工程，阐述了溶洞分布与评价，探究了岩溶地区地基处理措施的选择及其适用性；胡俊清[5]以某复杂岩溶区域铁路建设为例，深入研究铁路站场岩溶地基加固补强技术及其效果；张晔[6]探究了岩溶情况下对地基处理措施的实施和基础形式的选择，从岩土工程情况及地基处理施工技术进行了详细分析，提出了一些适用于喀斯特地形地貌的地基处理施工技术。本文以广州白云国际机场三期扩建工程为依托，分析探讨流态固化土填充溶洞的适用性及其效果。

1" 工程概况

广州白云国际机场位于广州市北部白云区人和镇和花都区新华街道交界处，广州白云国际机场三期扩建工程西飞行区场道工程施工（三标段）施工总面积约为61.3万m2。施工内容包括：土石方工程、地基处理工程、道面工程、排水工程、4号下穿通道、消防救援工程（包含消防管网工程及消防站）、辅助生产设施工程（场务用房，1、2、3号场务特种车库工程）、标段内的其他附属工程，平面位置如图1所示。

据详细勘察资料显示，施工场区下伏第四系以下，出露上、中、下石炭统壶天组、下石炭世石顿子段灰岩，岩溶区发育有大量的土洞和溶洞，是一个非常强烈的岩溶地区。喀斯特、土洞等不良地质活动的危害主要表现在岩体结构破坏、地表突陷、地下水循环变化等方面，会对机场等重大工程的正常运行及安全产生重大影响，故需对其进行治理。

2" 土（溶）洞设计

针对非充填型和半充填型（溶腔）溶洞，拟采取地表搅拌、高压灌注、袖阀管灌浆等措施进行加固处理。首先，采用自密实流变仪将土料（土料、水、固化剂等）预拌均匀，形成低等级自密实流变土，再经钻孔灌注至土体（溶腔）内。在此基础上，结合袖阀管注浆技术的“分段定深度”和“多次复注”的优势，对未充填密实的部位进行“二次充填”处理，解决填充不足的问题。未充填及半充填类型土（溶）洞处理设计参数见表1，施工剖面示意图如图2所示。

自密实流态固化土设计要求：28 d抗压强度不低于1 MPa，塌落度150～240 mm，扩展度大于400 mm。固化土塌落度和扩展度的测定方法参照现行国家标准GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》执行。固化土拌合物的固化剂掺和量为7%～25%。水灰比根据现场施工条件确定。

3" 工艺原理及技术特点

3.1" 工艺原理

预拌自密实固化土是将土壤、固化剂、水和必要的功能助剂按一定的配比配制而成的具有高流动性、可自密实的填料。采用自密实流态固化土进行溶洞回填主要利用场地基坑开挖的土方作为土料原材，就近取材，经比选和检测合格后，根据设计强度要求，掺入一定比例的岩土固化剂及水通过搅拌设备进行充分搅拌，然后采用泵送压灌的方式压注至需处理的溶洞区域，进行地基加固处理。

3.2" 技术特点

1）施工效率高：流态固化土相较传统的拌合站生产建站占地面积小、建站相对简单，且单盘生产量较传统拌合站高，生产连续性好，产出比较高，建站受场地限制较小。

2）质量可靠：流态固化土具有良好的流动性和自密实性，早期强度较高，固化时间较短，施工干扰因素较少。

3）安全性高：流态固化土生产相较于传统大型拌合站，设备轻量小型化，信息化集成度高，操作简单，施工安全性更高。

4）经济环保：流态固化土生产的主要原材料利用场内土方开挖、换填等土料，就近取材，减少土方外运及弃土处理成本。另外，相较于传统低标号混凝土及泡沫混凝土，采用土料替换了砂石料，大大降低了原材开采、采购及运输成本，降低扬尘等污染，绿色环保经济。

4" 工艺流程及关键技术

4.1" 工艺流程

原料（土、固化剂、水等）检验→配合比设计、试验→施工配合比确定→测量放线、布置钻孔→钻孔施工、安装导管→土料处理→流态固化土制备→运输及泵注灌注→泵送孔封孔→验收→袖阀管注浆施工。

4.2" 关键技术

4.2.1" 配合比设计

试验时，不少于3个混合料，即1个混合料按照设计要求计算，2个混合料则根据计算出的混合料添加量分别增减5%。固化土材料用量按如下方式进行计算

mc=， （1）

式中：m0为试验用土料的质量（kg）；mc为固化剂的质量（kg）；w0为试验用土料的含水量（%）；α为固化剂掺入比。

依据选定的固化剂浆液水灰比，加水量计算公式为

mw=φ，（2）

式中：mw为拌合用水的质量（kg）；φ为固化剂浆液水灰比。

经试验，本项目流态固化土土料、水、固化剂施工配合比为1∶0.14∶0.55。

4.2.2" 土料处理

土料宜采用现场开挖的土料，转运至土料预处理堆场，进行土料预处理。通过土料筛分器对土料进行筛分处理，筛除分离大颗粒石料、杂质垃圾等。筛分后，土料的最大颗粒直径在50 mm以内。土中有机质含量不能大于5%，未经过任何处理的污染土，不能用作自密实流态固化土的原料；土源以粉质黏土、砂质黏性土为佳。处理后的土料需做好防雨防潮措施，避免雨水冲刷浸泡、板结结块及引起含水率的变化。土料处理流程示意图如图3所示。

4.2.3" 固化土制备

搅拌装置应具备连续工作的能力，并具备对固化剂、水、土等物料进行计量的能力，并由计量控制系统实现对拌合过程的控制。

如果土的含水率与被测土的含水率有很大的差别，则要根据土的含水率对混合比例进行适当的调整，并再次试拌。

采用机械搅拌，搅拌时间至少3 min，以保证搅拌均匀，工作流动性满足需要。

拌合完成后，对固化土拌合物坍落度和扩展度是否满足设计要求进行检测，并做好坍落度和扩展度的抽样检验记录。坍落度与扩展度测量示意图如图4所示。

4.2.4" 固化土浇筑

根据施工分区，合理规划布料导管如图5所示，第一次布管长度按最大布料半径敷设，然后采取由远至近的顺序根据灌注孔布设位置进行灌注，采用地泵进行压灌，地泵泵送末端压力宜为3～5 MPa。高压泵送输料管与预埋钢管连接完成需检查管道及接头的气密性，确保各接头气密性良好，管道无漏气点，避免灌注过程中因气密性不良造成堵管、爆管。灌注过程中需做好灌注量的计量工作，并观察泵送压力值的变化及周边布孔的返浆情况。

4.2.5" 智能自动信息化系统

基于本项目的施工需求，特针对本项目流态固化土溶洞处理技术研发了智能自动化生产信息系统，实现多设备智能化自动生产联动，实现流态固化土制备过程中自动上料、自动配浆、自动拌合、自动计量等集成化生产，减少生产过程中的人为干扰，使生产稳定高效，质量可靠，实现动态监控，透明化生产。自动化设备运行监控系统如图6所示。

5" 质量控制

施工过程中从原材料、施工过程、检测验收多个维度全过程管理，以保证施工质量。

5.1" 原材料管理

5.1.1" 土料

土料严格选用现场符合要求的土源点，并仔细筛分，剔除大颗粒石块、土块、建筑垃圾等杂质，确保经筛分后的粒径不大于50 mm，满足施工要求。更换新的土源点，使用前及时进行土料送检，进行土料有机质含量检测，确保有机质含量不大于5%。

5.1.2" 固化剂

固化剂进场后，应按批次验收品种、标号、包装、出厂日期等，同时检测其强度，凝结时间。产品出厂日期为3个月以上，需停用，需重新检测强度和凝结时间，经检验合格后方可再次使用。对同一厂家、同一批次、连续到厂的固化剂，按500 t一批取样。少于500 t的固化剂可分批取样。

5.2" 施工管理与检测

5.2.1" 信息化管控

流态固化土生产制备采用公司自研的智能自动信息化生产系统进行全流程控制，可实现生产配料高度集成化，并实时记录数据，便于进行动态管控生产质量。

5.2.2" 流态固化土浇筑

根据规范及设计的要求，在流态固化土浇筑开盘前进行塌落度、扩展度、密度测量及验收，并留置抗压试块。灌注过程中需注意泵压变化及周边孔位的返浆情况。浇筑施工过程中需按照混凝土抗压试件留置方式留置标养试件，用于检测28 d强度。同一配合比连续浇筑少于400 m3时，应按每200 m3制取一组试件；大于400 m3时，应按每400 m3制取一组试件。规格尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方体。28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa，塌落度150～240 mm，扩展度大于400 mm。

5.2.3" 施工检测

根据设计要求，满足龄期后，按设计要求比例通过钻孔取芯进行检测，取芯芯样28 d无侧限抗压强度不小于1.0 MPa。

6" 结束语

采用自密实流态固化土对未充填、半充填类型溶洞进行处理，有效解决了采用传统灌注低标号混凝土、泡沫混凝土等以砂石料为原材料、水泥为胶凝材料的填充料对地下溶洞进行充填加固处理，大大降低了施工成本。同时，施工过程中辅以我司研发的智能自动信息化生产系统，能实现直观的动态质量管控，透明化生产，便于施工质量管理。

流态固化土主要原材料之一为土料，且土料可选择性范围大，可选用基坑开挖的土方、灌注桩施工弃土、灌注桩施工泥浆等，大大降低了渣土、泥浆外运及处理成本，提高土料的二次利用率，同时较传统处理方式降低砂石料开采及运输，符合建筑业高质量绿色环保的发展理念。

参考文献：

[1] 王义，周元.岩溶地区CFG桩复合地基设计及试验分析[J].四川建筑，2024，44（4）：197-199.

[2] 龚道平，胡惠华，王泗，等.岩溶复杂发育区公路桥梁地基适宜性分析研究——以赤石特大桥为例[J].工程勘察，2024，52（8）： 26-32，43.

[3] 张亮亮，王慧敏.广东省岩溶地区地基处理及基础选型浅析[J].西部探矿工程，2024，36（7）：5-7.

[4] 廖清榆.浅谈岩溶地区地基处理方法的选择[J].江西建材，2023（12）：357-358，361.

[5] 胡俊清.铁路站场岩溶地基加固补强技术与效果研究[J].交通科技与管理，2024，5（11）：61-63，60.

[6] 张晔.喀斯特地貌岩溶地基处理措施在多层建筑施工中的应用[J].福建建材，2024（5）：62-65.