淤泥攪拌樁在溫州永強機場真空預壓中的應用

王明磊，單勤，張宏恩，劉仁海

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

在沿海經濟發達地區，圍海造地和快速造陸技術形成的地基往往在自重荷載下未能完成固結，而吹填土多為粉細砂和海相淤泥黏土，此地基具有含水量高、壓縮性大、強度及承載力低等特點。通常采用真空預壓法進行軟基處理。沿海地表土層中大多含有細砂或粉細砂層，對真空預壓的氣密性很不利。比較常用的是采用水泥攪拌樁密封，效果很好，但是處理完成后要挖出水泥攪拌樁，以防地基產生硬殼帶。本次試驗段采用淤泥攪拌樁密封墻代替水泥攪拌樁，作為真空預壓區的密封墻[1-2]。

1 地質概況

溫州永強機場飛行區改擴建工程所在場區深度50.0 m范圍內地基土自上而下為：人工素填土、硬殼層黏土、海相淤積軟土、沖淤積土、湖沼相黏性土等4個工程地質層及4個亞層，如表1所示。場區為典型軟弱地基土，淤積軟土沉積厚度大，第③1層、第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土，第③4層淤泥和第③5層淤泥，土性呈流塑，具含水量高、孔隙比大、靈敏度高、抗剪強度低、承載能力差等特點。

表1 地基土設計計算主要參數建議采用值Table 1 The proposed value of the main parametersof foundation soil design calculation

機場跑道荷載大，其附加應力影響深度至第③5層底面（約28 m），第③1層、第③3層、第③4層和第③5層土層將產生很大的固結變形，亦是工后沉降變形的主要來源。過大的工后沉降會造成跑道橫坡變小，道面排水速度減緩，飛機高速起降時可能會產生“漂滑”現象，影響機場運營安全；意味著發生差異沉降的可能性增大，這將引起跑道的縱坡發生一定改變，使跑道上高速運行的飛機產生明顯顛簸，甚至帶來安全隱患，也可能使飛機結構受到損害；造成局部的不均勻沉降，從而產生道面斷板，給機場的后期維修造成較大困難，嚴重時影響機場的正常運行。

機場跑道地基是大面積土基，它有別于公路地基的3個主要區別是：1）道面荷載大，要求地基承載力高；2）不均勻沉降要求小；3）工后沉降要求小。因此，對該地區進行加固處理是非常必要的，通過地基加固處理達到飛行（或滑行）所必要的安全、平穩和舒適的條件[3]。

2 淤泥攪拌樁的作用

第③1層及第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土的滲透系數最小為1.95×10-5cm/s，最深埋設深度約9.5 m，該層有可能會影響真空預壓的真空度，采取在周邊打設淤泥攪拌樁密封墻，增強密封效果并降低維護真空的成本。

一般情況下采用滲透系數為10-7cm/s左右的淤泥或黏土作為密封攪拌樁的原材料[4]。工程實踐表明，淤泥攪拌樁的工程效果比較好，造價也比較低廉，對溫州永強機場飛行區而言，場區內淤泥比較豐富，能夠滿足今后大面積施工要求。相對而言，黏土攪拌樁的施工工藝偏復雜，成本較高；水泥攪拌樁密封帷幕也是一種有效的氣密性措施，施工工藝和效果都適宜操作，但工程造價較大。綜合以上情況，選擇淤泥攪拌樁為密封墻具有經濟實惠、效果顯著等優點。

為確定第③1層及第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土是否需要打設淤泥攪拌樁密封墻，計劃在Z1試驗區采用淤泥攪拌樁密封墻，Z2試驗區不采用淤泥攪拌樁密封墻。

淤泥攪拌樁的主要設計參數為：1）樁身長度：以封閉第③1層及第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土為目的，樁長10 m；2）淤泥摻入比為25%；3）樁徑、樁形：攪拌樁樁頭采用雙頭，樁形為“8”字形，單樁徑70 cm，搭接20 cm；4）樁的垂直度要求不大于0.8%[5]。

淤泥攪拌樁采用四噴四攪工藝。

3 淤泥攪拌樁的效果

淤泥攪拌樁打設之前，在現場取樣得到現場土的滲透系數，在淤泥攪拌樁成樁7 d后，取淤泥攪拌樁的滲透系數作對比，結果如表2。

表2 淤泥攪拌樁的滲透系數和現場滲透系數的對比Table 2 Comparison of permeability coefficient and field permeability coefficient of silt mixing pile

由表2可以看出，經過淤泥攪拌樁施工的第③1層及第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土的水平滲透系數達到了設計要求，而且整個樁的水平滲透系數基本一致，達到了良好的密封效果。

4 真空預壓成果對比

真空預壓的設計要求：Z1區面積4 200 m2，Z2區面積3 100 m2。塑料排水板間距為1.3 m，打設深度為28 m。淤泥攪拌樁深度10 m。真空預壓卸載要求同時滿足：真空預壓100 d；沉降速率連續5 d小于1.5 mm/d；場區處理深度范圍內的土體平均固結度達到85%，具體詳見圖1。

圖1 真空預壓區和沉降觀測點示意圖Fig.1 Schematic diagram of vacuum preloading section and subsidence observation points

4.1 Z1區

在真空預壓前期沉降速度大，后期沉降速度小，地基在排水固結中漸趨穩定。在真空預壓結束前一周，地面沉降速率小于1.5 mm/d，達到真空預壓卸載標準，真空預壓用時107 d。Z1區施工效果：平均沉降量到747.56 mm，工后沉降為92.43 mm，由地面沉降計算地基土的平均固結度達到87.47%[6]，滿足設計標準。Z1區真空預壓前后十字板剪切強度效果對比見圖2，Z1區地表監測點總沉降量及固結度見表3。

圖2 Z1區真空預壓前后十字板剪切強度效果對比圖Fig.2 Comparison of cross plate shear strength effect before and after vacuum preloading in Z1 area

表3 Z1區地表監測點總沉降量及固結度Table3 Total settlement and consolidation degree of surface monitoring point in Z1 area

真空預壓后土體剪切強度均有明顯提高，預壓后土體剪切強度平均強度約增加78%左右，土體強度平均增加1倍以上。

4.2 Z2區

Z2區真空預壓時間135 d，施工結束時平均沉降量到609.8 mm，工后沉降為99.9 mm，由地面沉降計算地基土的平均固結度達到85.06%[6]，剛剛滿足設計標準。Z2區真空預壓前后十字板剪切強度效果對比見圖3，Z2區地表監測點總沉降量及固結度見表4。

真空預壓前后土體剪切強度均有明顯提高，預壓后土體剪切強度平均強度約增加72%左右。

圖3 Z2區真空預壓前后十字板剪切強度效果對比圖Fig.3 Comparison of cross plate shear strength effect before and after vacuum preloading in Z2 area

表4 Z2區地表監測點總沉降量及固結度Table 4 Total settlement and consolidation degree of surface monitoring point in Z2 area

4.3 成果對比

Z1與Z2區真空預壓試驗段數據對比見表5。

表5 Z1與Z2區真空預壓數據對比Table 5 Comparison of vacuum preloading data between Z1 and Z2

從表中得出如下結論：

1）Z1區的沉降量和固結度超過設計要求，Z2區的沉降量和固結度剛剛滿足設計要求。

2）Z1區的真空預壓時間比Z2區少用28 d。根據設計要求和施工經驗，每1 000 m2設置1臺真空泵，真空泵的功率為7.5 kW；1臺真空泵1 d的用電量為180 kW·h；采用淤泥攪拌樁作為密封墻，每1 000 m2節約用電5 040 kW·h；工業用電價格0.8元/（kW·h）；每1 000 m2節約4 032元。

以20 000 m2（長×寬=200 m×100 m）為1個真空預壓區為例，扣除打設淤泥攪拌樁費用240 000元，共節約費用2 017 920.00元。

3）Z1區的平均總沉降量、平均真空度、工后沉降、平均固結度、土體剪切強度增量均比Z2的數值高，說明Z1的真空預壓效果遠比Z2區效果好。

4）第③1層及第③3層含粉砂淤泥質粉質黏土對真空預壓施工有比較明顯的影響。淤泥攪拌樁作為密封墻能夠滿足設計要求。

5 結語

1）通過Z1區和Z2區真空預壓試驗段施工過程和結果的分析，充分說明，淤泥攪拌樁可以在含粉砂淤泥質黏土中作為密封墻使用，而且取得了顯著效果。

2）淤泥攪拌樁在真空預壓過程中隨周圍土體一起固結，與周圍土體形成整體，不會產生工后局部沉降，使地基更加均勻穩固，相對水泥攪拌樁，既沒有昂貴的造價，也不產生局部沉降不均。

3）淤泥攪拌樁密封墻的使用可大幅減少真空預壓的時間，土體剪切強度、固結度等均有顯著提升，滿足了民航機場跑道工程對地基處理承載力的要求。

4）Z1、Z2獲取的真空預壓數據具有較高的研究價值。為后期的溫州永強機場滑行道延長段、新建站坪區域地基處理提供了寶貴經驗。

[1]JGJ79—2012，建筑地基處理技術規范[S].JGJ79—2012,Technical codefor ground treatment of buildings[S].

[2]QB/BY 10301—2003，水泥攪拌樁施工工藝及質量驗收標準[S].QB/BY 10301—2003,Construction technology and quality acceptancestandard of cement mixingpile[S].

[3] 徐剛強.溫州機場真空預壓試驗段施工組織設計[R].溫州：中交一航局四公司，2014.XU Gang-qiang.Construction organization design of vacuum preloading test section of Wenzhou Airport[R].Wenzhou:No.4 Engineering Co.,Ltd.of CCCC-FHECCo.,Ltd.,2014.

[4]胡利文，王永平.真空預壓淤泥攪拌墻氣密性試驗分析與應用技術[J].巖土力學，2005，26（3）：427-431.HU Li-wen,WANG Yong-ping.Test study and application technique for airtight capacity of mixing silt wall under vacuum preloading[J].Rock and Soil Mechanics,2005,26（3）:427-431.

[5] 肖圓圓.溫州機場真空預壓試驗段設計文件[R].上海：上海民航新時代機場設計研究院有限公司，2013.XIAO Yuan-yuan.Design document of Wenzhou Airport vacuum preload test section[R].Shanghai:Shanghai Civil Aviation New Age Airport Design and Research Institute Co.,Ltd.,2013.

[6] 曾杰.溫州機場真空預壓試驗段監測月報[R].南京：河海大學，2013.ZENG Jie.Monitoring monthly report on vacuum preload test section of Wenzhou Airport[R].Nanjing:Hohai University,2013.