Treatment technology of solidified soil foundation in karst bad geological premixed flow state

Lele Zhang Haitao Ren Yongsheng Guo

China Railway Beijing Engineering Bureau Group Co., LTD., Beijing 102308, China

Abstract: This paper introduces the treatment technology of karst poor geological foundation with ready-mixed solidified soil in the T2 terminal of Kunming Changshui International Airport reconstruction and expansion project and its affiliated geotechnical engineering. For the hidden sinkhole and karst cave with deep buried roof, the idle red clay is fully mixed with the curing agent slurry in a certain proportion, and the fluid solidified soil mixture or curing agent pure slurry is injected into the karst cave by means of high pressure grouting concrete process and high pressure rotary jet process.

Key words: pre-mixed flow curing; Hardener slurry; Karst poor geology; Foundation treatment; High-pressure perfusion technology, high-pressure rotary jet technology

1 工程概况

1.1工程简介

T2航站楼及附属工程岩土工程主要是在已建昆明长水机场一期场地的基础上，在现状场地北侧进行场地填筑，为T2航站楼、交通中心及、地铁、高铁、高架等建构筑物创造空间。岩土工程包括原地基处理工程、土石方工程、边坡支挡工程、高填方排水工程等内容。绝大部分区域为高填方区域，包括高填方填筑体及高填方边坡。最大边坡高度约47m，最大填方厚度约70m。总填方量约为1612.46万方，挖方量约为10.96万方。

1.2不良地质作用

根据目前钻探揭露,本场地现施工完成钻孔312个(含初勘钻孔)，揭示土洞了个,钻孔共有110个(不含追踪孔)揭示溶洞，钻孔见洞隙率为35.2%,溶洞数为149个,线溶率为7.4%,岩溶发育程度为中等发育,岩溶对工程影响较大。

2预拌流态固化土在岩溶不良地质地基处理上的应用

2.1工艺原理

本工法针对全填充、半填充、无填充不同类型的岩溶不良地质采用不同的处理工艺，工艺原理如下：

1、预拌流态固化土处理全填充型溶洞工艺原理：

在现场通过搅拌装置，将固化剂和水按照一定的比例制备成固化剂浆液，利用高压旋喷注浆工艺、袖阀管注浆工艺或其他注浆工艺将固化剂浆液注入全填充型溶洞，与溶洞中土固结硬化。

2、预拌流态固化土处理无填充型溶洞工艺原理：

在现场通过搅拌装置，将固化剂、红黏土和水按照一定的比例制备成流态固化土，利用高压灌注工艺将流态固化土灌入无填充型溶洞，流态固化土凝结硬化。

3、预拌流态固化土处理半填充型溶洞工艺原理：

1条和2条施工工艺相结合。利用高压灌注工艺将流态固化土灌入半填充型溶洞，待流态土硬化达到一定强度后，再采用高压旋喷注浆工艺对未完全充填部分和孔隙进行进一步充填处理。

2.2工艺流程

岩溶不良地质预拌流态固化土地基处理技术工艺流程如2.2-1图所示：

图2.2-1 岩溶不良地质预拌流态固化土地基处理技术工艺流程图

2.3关键技术

2.3.1测量放线

对拟处理的溶洞按设计要求的间距将钻孔孔位进行精确放样，并打设钢筋作为标志。钻孔孔位包括高压灌注流态固化土孔和高压旋喷注浆孔。

2.3.2钻机就位，成孔

钻机就位前对溶岩处理场地平整，移动钻机到要钻孔的孔位处，将钻头对准孔位中心，同时整平钻机，放置平稳、水平，调整好钻杆的垂直度，再调节钻机位置，使钻头对准钻进孔位。

任一钻孔注浆及周围相邻孔均可作为出气孔和观测孔，无需单独成孔作为出气孔和观测孔。

成孔孔径误差不大于5mm，钻孔位置的平面尺寸误差不得大于50mm，成孔的倾斜度不超过1.0%。

2.3.3制备固化土混合料

固化土配合比由试验室根据设计给出的参考配合比和不稳定洞体处理后设计要求的灌充填实度和灌浆体强度两个指标通过试验确定，固化剂浆液配合比：固化剂=1：1（质量比）；预拌流态固化土配合比：土：水：固化剂=1：1：0.12。

成孔时，开始按配合比拌制流态固化土。首先制备固化剂浆液，固化剂浆液采用自动水泥浆制浆机，将固化剂加入进料斗，水直接加入搅拌桶中，开启搅拌机，固化剂和水的进料比例由搅拌机自动控制，搅拌10～20分钟，制备成固化剂浆液。其次制备流态固化土，将固化剂浆液抽入喷播机搅拌罐，同时利用装载机将红黏土加入进料斗，启动搅拌搅拌装置，红黏土和固化剂浆液的进料比例由搅拌机装置自动控制，搅拌30分钟，制备成流态固化土待泵送灌注备用。

2.3.4泵送流态固化土

施工前提前根据理论设计量计算每孔的灌注量，结合理论设计量进行现场灌注试验，确定灌浆压力、流态固化土用量、配合比、灌浆次数等施工参数。以此获得的相关参数作为施工控制参数进行正式施工。

利用喷播机自带的输送泵将流态固化土经过高压输送管灌入洞体。垂直导管随灌随提，逐段灌注。流态固化土流动性无需控制，满足泵送要求情况下越稠越好。

高压灌注流态固化土终止条件：a.孔口冒浆或临孔返奖反水；。b.流态固化土单孔注浆量达到理论设计量。两者满足其一即可。

待流态固化土硬化达到一定的强度(一般为 3d)后，再采用高压旋喷注浆方法对未完全充填部分和孔隙进行进一步充填处理。

2.3.5高喷台车就位、试喷、插管

高喷台车就位前，检查孔位标志、注浆钻孔是否因高压灌注流态固化土施工遭到破坏，若已破坏，重新进行钻孔孔位放样、成孔。

利用高喷台车卷扬机提起喷杆，使喷头通过孔口对准孔位中心，并调整喷射方向，使喷嘴对准喷射范围中心位置，将喷杆放入孔内直至孔底位置。经质检、监理人检验合格，方可进行高压喷射灌浆。

3质量控制措施

3.1质量控制标准

3.1.1固化剂的细度（80um方孔筛筛余量）≤10。

3.1.2固化剂的净浆流动度和初凝时间应符合按表3.1-1的要求。

表3.1-1 固化剂性能指标

3.1.3固化土强度应用7d、28d龄期的无侧限抗压强度，其侧限抗压强度应应符合按表3.1-3的要求。

表3.1-2 固化土无侧限抗压强度

4、不稳定洞体经处理后其内充填物要密实、稳定，检测内容包括灌充填实度和灌浆体强度检测，其中充实度采用钻孔取芯检验，钻孔取芯取芯率≥80%；灌浆体强度采用重型动力触探试验，重型动力触探≥5击。

3.2质量检验

3.2.1原材料

1、固化剂进场必须按批次对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行验收。并对其强度、凝结时间进行复试，并出具复试报告。

检验数量：同一生产厂家、同一批号且连续进场的固化剂，每 500t 为一批，当不足上述数量时，也按一批计。

2、固化土拌制采用饮用水作为施工用水可不检验，不明水质统一水源不少于1个检验批。

3、拌和用土进行有机质含量、含水量的检测，每 1000m³ 为1个检验批。

每个检验批不应少于3组试样。

3.2.2固化土

1、主控项目

首次使用的固化土配合比应进行开盘鉴定,其强度应满足设计配合比的要求，用于检测固化土强度的试件应在注浆地点随即抽取。试件采用立方体试模，尺寸为 100mm×100mm×100mm。

检查数量：

1）每个溶洞取样至少留置一组；

2）同一配合比连续浇筑少于 400m³时，应按每 200m³制取一组试件；

3）同一配合比连续浇筑大于 400m³时，应按每 400m³制取一组试件。

2、一般项目

流态固化土的扩展度应满足设计要求。

检查数量：

1）每个溶洞取样至少留置一组；

2）每拌 200m³时取样不得少于一次；

3）每工作班拌制不足 200m³时,取样不得少于一次；

3.2.3 流态固化土注浆施工

不稳定洞体经处理后其内充填物要密实、稳定，检测内容包括灌充填实度和灌浆体强度检测，其中充实度采用钻孔取芯检验，灌浆体强度采用重型动力触探试验。根据洞体规模大小的不同，检测数量应符合表3.2-1的要求。

表3.2-1 溶（土）洞处理检验内容及要求

3.3质量保证措施

1、固化剂进场，应有出场合格证和质量检测报告，并对其强度、凝结时间进行复试，并出具复试报告。

2、固化剂单独存放，并采取防潮措施，出现结块的固化剂不得使用。

3、正式开工前应认真作好试验段工作，确定合理的施工技术参数和浆液配比。

4、旋喷过程中，冒浆量小于注浆量的20%为正常现象，若超过20%或完全不冒浆时，应查明原因，调整旋喷参数或改变喷嘴直径。 

5、钻杆旋转和提升必须连续不中断，拆卸接长钻杆或继续旋喷时要保持钻杆有10～20cm的搭接长度，避免出现断桩。 

6、在旋喷过程中，如因机械出现故障中断旋喷，应重新钻至桩底设计标高后，重新旋喷。

7、制作固化剂浆液和流态固化土时，固化剂、土、水的比例按设计要求严格控制，不得随意改变。在旋喷过程中，应防止浆液沉淀，浓度降低。浆液搅拌完毕后送至吸浆桶时，应有筛网进行过滤，过滤筛孔要小于喷嘴直径1/2为宜。

8、质量通病处理

（1）不冒浆或冒浆量少。

1）加大浆液浓度。

2）在浆液中掺加骨料。

3）加泥球封闭后继续正常喷射。

（2）冒浆量过大。

1）提高喷射压力。

2）适当缩小喷嘴直径。

3）适当加快提升速度。

（3）凹穴处理。

在喷射灌浆完毕时，连续或间断地向喷射孔内静压灌注浆液，直至孔内混合液凝固不在下沉。

4结语

相较于传统的处理方式岩溶不良地质预拌流态固化土地基处理技术就地取材，充分利用现场闲置的红黏土，施工方便、造价低；制备的流态固化土采用的固化剂充分利用工业废料，绿色环保、价格低廉，更符合绿色施工的理念；固化土强度达到3.0Mpa以上，地基处理后地基承载力可达到300Kpa，各项指标符合设计要求；工艺原理简单，操作方便，预拌流态固化土施工设备可以利用高压灌注混凝、水泥浆注浆设备，无需单独定做，预拌流态固化土拌合设备相较于混凝土拌合设备相对简单。推广应用前景广泛，社会、经济效益明显。

参考文献

[1] 李明月, 陈少军, 郑巍, 陈燕安, 阴光华. 深基坑狭窄肥槽预拌流态固化土回填施工技术[J]. 建筑施工, 2024, 46 (02): 169-172.

[2] 王丽筠, 孙伟东, 文劲博. 预拌流态固化土在深基坑回填工程中应用[J]. 建筑技术, 2021, 52 (04): 460-461.

[3] 周永祥, 王继忠. 预拌固化土的原理及工程应用前景[J]. 新型建筑材料, 2019, 46 (10): 117-120.

[4] 建筑地基技术规范.JGJ94-2008[S].

[5] 预拌流态固化土填筑技术标准.TCECS 1037-2022.