土體固化在樁基施工中的應用

1 工程概況

珠海機場綜合交通樞紐項目一期工程位于珠海市金灣區珠海航空產業基地， 處于珠海機場T1、T2 航站樓與城際鐵路之間。 項目主要建設內容為：航站樓前交通樞紐、配套商業服務中心及相關業務用房、地鐵預留、軌道及軌道交通旅客行李通道（土建）等。

本工程樁型為預應力高強混凝土管樁及緩黏結預應力灌注樁，預應力高強混凝土管樁樁徑為500 mm、600 mm，共9 931 根，沉樁方式為靜壓沉樁法，緩黏結預應力灌注樁樁徑為1.1~1.6 m，共計331 根，沉樁方式為旋挖機鉆孔。

根據工期計劃樁基施工期間為雨季階段， 由于靜壓沉樁法對場地的地耐力要求較高，在新填土、淤泥土及積水浸泡過的場地施工易陷機，對表土層軟弱的地方需事先進行處理，所以靜壓樁機對地基需要較好的土層，以便于樁機正常行走，確保施工質量。

依據巖土工程詳細勘察報告書所述， 場地土的類型屬軟弱土，具體各地層特性指標如表1 所示。

表1 各地層特性指標統計表

2 地基承載力驗算

2.1 靜壓樁機地基壓力計算

靜壓樁機施工時地面承受壓力最大時為樁機吊樁施工時，把所壓的地面面積理想為長方形基礎，基礎寬9 m，長為15 m，通過巖土工程勘察報告得知，地基自上而下為素填土、吹填砂、中砂、粉質黏土、淤泥等。

當靜壓樁機吊起樁機時對路面壓力最大， 靜壓樁機自重為770 t， 管樁重量440×15=6 600 kg， 對地 基 最大壓力 為770+6.6=776.6 t， 單側接地面積為1.8×15=27 m2， 則壓力為：P=776.6×10/27/2=144 kPa。

2.2 旋挖機地基壓力計算

當旋挖鉆機進行作業時對路面壓力最大， 旋挖鉆機自重為136 t，對地基最大壓力為136 t，單側接地面積為1×6.86=6.86 m2，則壓力為：P=136×10/6.86/2=99.1 kPa。

查勘察報告，按照最不利驗算得素填土的重度17.5 kN/m3，凝聚力12 kPa，內摩擦角17.5°，太沙基極限承載力Pu計算公式為：

式中，γ 為地基土的重度，kN/m3；b 為基礎的寬度，m；c 為地基土的黏聚力，kN/m3；d 為基礎的埋深，m；Nγ、Nc、Nq為地基承載力系數， 是內摩擦角的函數， 可以通過查太沙基承載力系數表，內摩擦角φ 約17.5°，得Nγ=1.8，Nq=4.45，Nc=12.9。

代入式（1），得：

Pu=0.5×1.8×17.5×1.8+0×17.5×4.45+12×12.9=183.15 kPa。

183.15 /2=91.6 kPa，與地勘報告給的地基承載力95 kPa 基本吻合，以下計算均按地勘報告提供的承載力。

因95 kPa＜144 kPa，所以素土層的承載力不滿足要求，需對基底土體進行處理[1]。

3 換填方案選擇

結合項目特點，選擇了碎石換填、混凝土硬化、土壤固化劑3 種處理方案樁進行比選。

3.1 方案一：碎石換填

基底附加壓力設計值取144 kPa，近似計算取：

式中，Pz為相應于作用的標準組合時，墊層底面處的附加壓力值，kPa；Pcz為墊層底面處的自重壓力值，kPa；b 為矩形基礎或條形基礎底面的寬度，m；l 為矩形基礎底面的長度，m；Pk為相應于作用的標準組合時， 基礎底面處的平均壓力值，kPa；z 為基礎底面下墊層的厚度，m；?為層（材料）的壓力擴散角，(°)。

驗算素填土作為新填土的軟弱下臥層的承載力。 根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》壓力擴散角?取27.6°。

代入數據計算得：

（b+2ztan?）=2.64；（l+2ztan?）=15.84

Pz+Pcz=92.98 kPa≤faz=95 kPa， 素填土作為新填土的下臥層滿足承載力要求。

根據以上計算當采用碎石換填， 換填厚度為800 mm，同時驗算素填土作為新填土的軟弱下臥層的承載力均滿足承載力要求[2]。

驗算淤泥作為素填土的軟弱下臥層的承載力， 淤泥層埋深約3 m，根據JGJ 79—2012《建筑地基處理技術規范》壓力擴散角?取30°，代入數據計算得：

（b+2ztan?）=5.26；（l+2ztan?）=18.46

Pz+Pcz=40.04 kPa≤faz=50 kPa； 淤泥作為素填土的下臥層滿足承載力要求。

3.2 方案二：混凝土硬化

采用C20 混凝土進行硬化， 澆筑厚度200 mm 用于靜壓樁機行走，同時樁基施工完后需進行混凝土破除及外運。

3.3 方案三：土壤固化劑

采用土壤固化劑進行基層加固處理。 土壤固化劑是土壤固化外加劑的簡稱，是一種由多種無機、有機材料合成的用以固化各類土壤的新型節能環保工程材料。 對于需加固的土壤，根據土壤的物理和化學性質，只需摻入一定量的固化劑，經拌勻、壓實處理，即可達到需要的性能指標。

同時采用挖機進行翻動原場地內素填土層（厚度為600 mm，代替碎石換填及混凝土硬化）來回翻碎，同時均勻撒布水泥、摻入一定比例土壤固化劑拌和， 待固化劑溶液充分滲透至土壤表面從而達到承載力要求[3]。

3.4 經濟性對比

碎石換填800 mm 厚、面積為7.57 萬m2、經測算工程造價約400 元/m3，總造價為1 200 萬元；由于碎石回填后需考慮樁基施工完成后需進行二次開挖轉運，價格較高不經濟，故此方案不予采用。

C20 混凝土硬化、 厚度為200 mm、 經測算工程造價約625元/m3，總造價為937.5 萬元，采用混凝土硬化價格較高、不經濟，同時混凝土硬化待樁基施工完后需進行破除及外運，不利于節能環保，故混凝土硬化不予采用。

采用固化劑進行土體加固經測算施工成本為220 元/m3，同時待樁基施工完成后二次開挖轉運量較小， 工程造價費用低，加固施工工期短。

綜上所述，采用土壤固化劑進行基底處理最適合本項目。

4 土壤固化劑加固施工流程

素填土翻碎→水泥撒布拌和→土壤鋪設→固化劑噴灑→壓路機碾壓→樁基施工。

5 土壤固化劑施工要點

5.1 素填土翻碎

采用挖機進行原場地取土，取土厚度為600 mm，取土完成后采用兩臺挖機來回翻碎。

5.2 水泥撒布拌和

水泥強度等級采用42.5，按0.22 t/m3在施工區域均勻撒布，并采用挖機進行拌和，使水泥與土壤拌和均勻，如圖1 所示。

圖1 水泥拌和

5.3 土壤鋪設及固化劑噴灑

待水泥與土壤拌和后， 進行土壤分層鋪設， 鋪設厚度300 mm。然后將土壤固化劑與水混合，水∶土壤固化劑=9∶1，采用灑水車（或其他灑水措施）噴灑土壤固化劑水溶液于拌好的土上；待固化劑溶液充分滲透至土壤表面無明顯水洼時，采用挖機再次翻地面，使下面滲透不到的土與上面的拌和均勻。 再次噴灑土壤固化劑溶液，確保土壤固化劑用量及土壤充分滲透。

5.4 壓路機碾壓

待滲透至用壓路機壓實時土不易粘在壓路機上， 即可用壓路機來回壓實路面；隨機抓一把土，手用力抓能成一團，然后用手指能輕松碾碎，是壓實的最好時機，壓實后保濕養護3 d確保表面濕潤；土體固化施工完成后進行樁基施工。

5.5 試驗效果

壓實保濕養護3 d 后對于土體加固后地面采用輕型動力觸探檢測承載力，檢測結果均滿足靜壓樁機施工要求，同時靜壓樁機、旋挖機進行樁機施工時未出現陷機等現象，滿足施工需求。

6 結語