廈門翔安新機場水泥攪拌樁施工工藝研究

廈門新機場用地大部分由填海造地形成，場地經過前期工程堆載預壓或強夯和振沖后，部分淤泥層厚度超過10 m的軟基工后沉降仍不滿足機場飛行區(qū)用地要求，需要進行二次處理。以廈門新機場建設項目的前期工程“廈門新機場地基處理試驗段工程”為例，研究深層地基二次處理中的水泥攪拌樁施工工藝應用。

填海造地； 機場建設； 地基處理； 施工工藝

TU745.5 B

［定稿日期］2023-02-07

［作者簡介］葉青（1972—），男，本科，工程師，從事民航工程建設管理工作。

水泥土攪拌樁對于機場場區(qū)是一種較實用的深層地基處理方法，其施工周期相比堆填預壓、換填、強夯置換等工藝較快。地基處理完成后，地基整體性較好，有較高的地基承載力，從而達到減少地基沉降的目的。通過在工程實施中選取具有代表性的區(qū)域實施濕法施工，運用水泥土攪拌樁進行地基處理試驗性施工。并針對該試驗區(qū)水泥土攪拌樁工藝實施中存在的問題進行專項調整，在試驗小區(qū)完結后開展水泥土攪拌樁大面積施工，確保了樁徑、成樁質量、樁體垂直度、復核地基承載力、單樁承載力、樁體水泥土無側限抗壓強度等一系列質量控制項均符合設計及規(guī)范要求。

1 工程概況

廈門新機場工程選址在翔安大嶝島與小嶝島之間的淺灘區(qū)域，規(guī)劃占地面積31.0 km2，填海面積26.0 km2，廈門新機場是福建民航機場建設“十三五”規(guī)劃的重點項目，為4F類區(qū)域性樞紐機場和國際機場，規(guī)劃4條跑道。一期工程將建設面積550 000 m2的主航站樓、196個機位的站坪、2條遠距跑道。其中，北1跑道按飛行區(qū)最高標準4F建設，長3 800 m。同時將新建80 000 m2綜合交通中心、180 000 m2的停車樓以及空管、航油、航司基地等配套工程。建成投運后，飛機年起降可達38萬架次/年，旅客吞吐量4 500萬人次/年，貨郵年吞吐量75萬噸/年（圖1）。

新機場用地大部分由填海造地形成，一期工程約3.0 km2，經填土（石）圍堤進行場地圍閉后吹填疏浚泥形成陸域，采用排水固結堆載預壓處理后，現狀標高約5.3 m?，F狀地面下、疏浚泥頂面以上有1.5～3.0 m厚回填砂層。一期工程之后分期開展了7.58 km2和15.00 km2場地吹填砂造陸及地基處理工程，吹填砂層主要采用強夯或振沖法處理，下臥海積淤泥層主要采用排水固結法處理（圖2）。

廈門新機場場內原海域、灘涂的表層普遍分布有淤泥、淤泥混砂、砂混淤泥等軟土層，軟土厚度分布不均，最厚處超過17 m。這些軟土具有含水率高、孔隙比大、壓縮性高、滲透性差、抗剪強度低、觸變性及流變性強的特征，物理力學性質差。根據現場沉降監(jiān)測及計算研究，部分淤泥層厚度超過10 m場地軟基的工后沉降不滿足機場飛行區(qū)用地要求，需要進行二次處理。其中深層地基二次處理現場試驗有2項研究方案，分別為超深淤泥跑道區(qū)二次預壓處理和攪拌樁復合地基處理。本文主要介紹攪拌樁復合地基施工漿液攪拌法（濕法）。

工程建設用地為大規(guī)模填海造地，地質條件復雜，處理難度大，國內可借鑒的工程案例較少。工程實施過程中，部分處理指標達到民航業(yè)相關評定標準和規(guī)范較為困難。為提高機場后續(xù)建設效率，保證工程質量，節(jié)約工程投資，擬結合水泥道面等試驗段施工中遇到的地基處理相關技術問題，開展地基處理試驗研究，以明確后期地基處理設計、施工及檢測中的相關技術指標，為后續(xù)設計、現場施工管理及驗收提供基礎性參數。

2 設計要求

2.1 原設計方案調整

原單軸攪拌樁試驗區(qū)局部區(qū)域存在影響成樁的土工編織袋（物）、土工格柵等障礙物，單軸攪拌樁因本身動力頭最大功率和機械構造受限，無法突破原造地施工所產生的地下障礙物，現場選取存在土工格柵區(qū)域進行三軸攪拌樁工藝試樁，驗證三軸攪拌樁處理方案的可行性。根據三軸攪拌樁試樁檢測結果，三軸攪拌樁處理方案在土工格柵區(qū)域可行。經各方討論，原單軸攪拌樁試驗區(qū)調整為三軸攪拌樁試驗區(qū)，分為B區(qū)和過渡段C區(qū)（圖3、圖4）。

2.2 三軸攪拌樁設計技術要求

（1）試驗B區(qū)面積490 m2，布樁間距2.5 m×2.0 m，矩形形布置（5行×19列）。

（2）試驗C區(qū)緊鄰試驗B區(qū)，面積392 m2，采用長短樁方案，總排數4排，樁間距2.5 m×2.0 m，排間樁長遞減1.0 m。

（3）攪拌樁施工工作面標高7.45～7.55 m，設計樁頂標高7.0 m，以上為空樁段，實樁長25.0 m，攪拌樁樁端穿透淤泥層進入淤泥下臥層深度不小于2.0 m。

（4）攪拌樁多樁復合地基承載力特征值暫定≥170 kN；樁身水泥土強度暫定為90天強度≥1.5 MPa，換算28天強度≥1.0 MPa。

（5）攪拌樁成樁后開挖至設計樁頂標高7.0 m，檢測完成后樁頂鋪雙向土工格柵1層、碎石墊層厚0.3 m，填預壓荷載模擬填土5.0 m（不作壓實要求）。

（6）成樁工藝試驗，研究水泥摻量、外加劑摻量等，如表1所示。

3 工程特點及重難點

3.1 復合地基差異沉降

深層地基二次處理采用攪拌樁復合地基處理區(qū)與二次堆載預壓處理區(qū)之間的差異沉降過渡區(qū)處理是需要試驗并解決的重要問題。

3.2 工期緊，任務重

本工程計劃總工期為270天，扣除監(jiān)測檢測時間外，工期相當緊張。如何通過人、財、物的合理投入和有力的保證措施，進行科學的策劃、組織、管理，高效的協作和實施，嚴密的計劃管理，提高勞動生產率，使工程按照業(yè)主的要求提前完成，是本工程項目管理的主要特點。

4 施工方法或操作要點

4.1 施工方法或操作要點

施工工藝流程見圖5。

4.1.1 測量放線、定位

測量放線前進行場地清理、平整。根據控制樁以軸線引出樁位，可用小木樁定樁。軸線樁與樁位樁放樣完成后，報監(jiān)理單位復驗。

4.1.2 鉆機就位、調平，開挖溢流槽

移動攪拌樁機到指定樁位，進行對中。調平采用經緯儀或雙線錘控制導向架垂直度。樁沿軸線及垂直軸線方向偏差均不大于50 mm，垂直度偏差小于1%。同時進行溢流槽開挖作業(yè)，溢流槽應高于樁頂設計標高45～55 cm。

4.1.3 切土鉆進（攪拌、噴漿）至設計孔深

按照設計要求控制水灰比及每米深層攪拌樁水泥用量，先加清水再加水泥，控制好水泥漿配比，并適當保證一定余量。避免漿液供應不足斷樁，漿液過多產生沉淀和濃度不足的情況。檢查噴嘴及壓力是否達到設計要求。

啟動攪拌樁機轉盤，待攪拌頭轉速正常后，方可使鉆桿沿導向架下沉。攪拌下沉的同時噴漿，保證均勻下沉，下沉速度不應大于1.0 m/min，使水泥漿與土體充分拌合，施工過程中做好鉆桿鉆進及提升速度和深度記錄，水泥注入量、攪拌樁長度及標高等記錄。施工中應保持樁位對中、樁頭底盤水平和樁架的垂直度，成樁采取“兩攪兩噴”的方式進行（圖6）。

4.1.4 攪拌提升、噴漿至地面

下沉到達設計深度后，邊噴漿攪拌邊提升鉆桿，提升速度不應大于1.5m/min，使?jié){液和土體充分拌和，直至提升至地面。為保證樁端樁頂及樁身質量，提鉆時應在樁底部攪拌噴漿停留30s。

4.1.5 清理鉆桿、噴嘴

施工完整根樁后，低壓噴水清洗鉆桿噴嘴，清理雜物。移動樁機至下根樁位，重復以上步驟進行下根樁的施工。

4.1.6 清理樁頭至設計高程并平整場地，土工格柵鋪設

因場地整平標高比設計確定的樁頂標高高出45～55 cm，且樁制作時施工到地面，在施工溢流槽45～55 cm范圍內，因上覆土壓力較小，攪拌質量較差，宜采用人工開挖方式將上部溢流槽范圍內樁身質量較差的樁段挖去，以保證樁頭質量。清理樁頭至設計高程后按照設計要求進行場地平整。

攪拌樁檢測完畢后在樁頂鋪設1層雙向經編土工格柵，所用材料要求為滌綸、腈綸或錦綸長絲，不得采用聚乙烯或聚丙烯材料，要求雙向抗拉強度≥50 kN/m，延伸率為10%，格柵孔眼尺寸小于20 mm。

起始位置用鉚釘將其固定，然后用人工將土工格柵緩緩向前拉鋪，每鋪設10 m左右進行調直，直至一卷格柵鋪設完成后，再鋪設下一卷。鋪設時應拉直、平順，緊貼下承層，不得出現扭曲、褶皺、重疊，避免過量拉伸從而避免超過其強度和變形的極限導致產生破壞或撕裂。

錨釘錨固間距1 m，呈正方形布設。錨釘采用8鋼筋彎制成U型，采用倒扣的形式錨固土工格柵，避免平行滑移。格柵鋪設搭接寬度應不小于20 cm，用8號鐵絲呈“之”字形穿綁。

4.1.7 碎石墊層

水泥攪拌樁復合地基宜在基礎和樁之間設置褥墊層，碎石墊層厚0.3 m，樁頂碎石墊層選用粒徑20～40 mm的碎石。

4.1.8 堆載體填筑

填筑5.0 m預壓荷載模擬填土。分層控制填土標高，每側各超寬50 cm。自卸車按計算出的間距卸料，推土機推平，不作壓實要求（圖7）。

4.2 材料及機具設備

（1）主要原材料。選用P.O 42.5R普通硅酸水泥拌制漿液。

（2）主要機械設備見表2。

（3）主要儀器設備。全站儀1套，經緯儀1套，50 m鋼卷尺，雙管單動取樣器等檢測設備。

5 施工質量控制

5.1 施工時參照的部分文件及規(guī)范

民用機場飛行區(qū)土（石）方與道面基礎施工技術規(guī)范、建筑地基處理技術規(guī)范、復合地基技術規(guī)范、民用機場飛行區(qū)技術標準、土工試驗方法標準、廈門新機場地基處理試驗研究現場試驗施工圖設計等。

5.2 質量控制措施

5.2.1 施工技術要求

（1）三軸攪拌樁每幅成樁3根，單樁直徑為850 mm。3幅攪拌樁施工為3根樁同時工作，3根樁為1幅，軸與軸間攪拌葉片存在咬合，咬合部分寬度（樁間搭接長度）為250 mm（圖8）。樁徑允許偏差為4%，且平均樁徑不得小于設計值。

（2）水泥采用P.0 42.5R普硅水泥，可根據現場施工情況適當調整。

（3）三軸水泥攪拌樁采用“兩噴兩攪”工藝，在下沉和提升過程中均應注入水泥漿液，注漿壓力1.0～1.8MPa。攪拌樁在砂層范圍，下沉和提升速度可適當采用較大速度；而在淤泥層范圍，下沉和提升速度采用較慢速度，保證淤泥層成樁質量。

（4）若出現堵管斷漿等現象，立即停泵查找原因進行處理，待故障排除后鉆具下沉或提升1 m方可噴漿，保證斷漿處上下搭接長度不小于1 m。

（5）攪拌樁工作面以下4.0 m范圍，攪拌樁施工如遇混凝土塊等障礙物時，要求攪拌樁施工前挖除砼塊等障礙物并換填土方后施工攪拌樁。

（6）每延米每幅攪拌樁施工地表隆起量暫估為0.3 m3。

（7）樁頂鋪設雙向經編土工格柵一層，所用材料要求為滌綸、腈綸或錦綸長絲，不得采用聚乙烯或聚丙烯材料，雙向抗拉強度≥50 kN/m，延伸率為10%，格柵孔眼尺寸小于20 mm。樁頂碎石墊層選用粒徑20～40 mm的碎石。

（8）水泥土攪拌樁對水泥壓入量要求較高，必須在施工機械上配置經國家計量部門認證的監(jiān)測儀器進行自動記錄，降低人為干擾施工質量。

（9）施工中所使用的水泥應過篩，制備好的漿液不得離析，泵送漿應連續(xù)進行。拌制水泥漿液的罐數、水泥和外摻劑用量、泵送漿液的時間、噴漿量以及攪拌深度應記錄。

（10）對輸漿管經常檢查，不得泄漏及堵塞。濕噴管應保持潮濕，以利輸漿，如因故停機達3 h，應拆卸輸漿管清洗，以防止?jié){液硬結堵管。

5.2.2 檢測技術要求

（1）攪拌樁施工質量檢驗滿足規(guī)范及設計要求。

（2）試驗B區(qū)成樁14 d、28 d、90 d后分別采用雙管單動取樣器取芯，評價攪拌樁均勻性，檢測水泥土無側限抗壓強度，每齡期、每組配合比攪拌樁檢測數量各不少于3根（不同幅攪拌樁）。檢測水泥土無側限抗壓強度，每根樁位于淤泥層的水泥土抗壓強度試驗取樣不少于2個，其他土層不少于1個。

（3）試驗B區(qū)攪拌樁成樁28 d后每組配合比各選取不少于3幅攪拌樁進行多樁復合地基承載力試驗，承壓板面積2.5 m×2.0 m（長×寬）。

（4）過渡處理區(qū)C區(qū)攪拌樁成樁28 d后各設計長度攪拌樁采用雙管單動取樣器取芯，評價攪拌樁均勻性，檢驗水泥土無側限抗壓強度，檢測數量各不少于3根（不同幅攪拌樁）。

5.3 質量隱患預防

試驗B、C區(qū)設置12組（每組2塊）沉降監(jiān)測點，監(jiān)測上部填筑期間，攪拌樁頂、樁間的沉降量，填土施工期間每天觀測1次，填土間歇期每3天觀測1次，土方填筑完畢后每周觀測1次，監(jiān)測周期暫估7個月。

6 安全環(huán)保措施

6.1 防臺風施工措施

（1）成立防汛防臺風領導機構，制定應急預案，建立值班制度，落實防汛防臺風責任、資金和各項防范措施，徹底排查和消除工地安全隱患，做好防汛防臺風設施、物資的準備工作，出現較嚴重氣象災害時，立即停止施工，確保安全。

（2）臺風到來之前，對抗風能力不足的設施等進行臨時加固，確保設施穩(wěn)固牢靠。臺風過后要立即對所有設施進行仔細檢查，發(fā)現問題及時處理。

（3）加強對大型機械設備安全管理。排查所有大型機械設備，重點檢查大型機械設備的基礎等涉及穩(wěn)定的關鍵設施。對存在問題的，及時采取加固措施。六級風或暴雨時，一律停止所有作業(yè)，保證安全。在臺風來前大型機械停止作業(yè)，并停在基礎穩(wěn)固的位置。施工用的小型機具、零星材料要堆放加固好，不能固定的東兩要及時搬到建筑物內。

（4）注意及時了解氣象災害預警信息，根據天氣變化及時做好工地防臺風工作。

（5）及時排除險情，做好搶險救災準備工作，及時上報災情險情。

6.2 三軸水泥攪拌樁機安拆

（1）機械設備進場需造冊登記，安裝前須認真檢查特種機械的性能是否完好，有檢查記錄，產品合格證或法定檢驗檢測合格證，不準將帶病、殘缺的機械投放到施工現場。

（2）由持證上崗的安裝人員按規(guī)定進行安拆，必須對樁機的結構和運行情況了解，了解樁機的構造、性能，熟知操作規(guī)則，嚴格遵守安全操作規(guī)程。安裝調試完畢，須組織有關單位進行驗收，或者委托具有相應資質的檢驗檢測機構進行驗收。使用承租設備的，由承租、出租和安裝單位共同驗收，報監(jiān)理核準，合格后方能使用。

（3）所有作業(yè)人員必須戴好安全帽和防護手套，樁架搭拆人員必須系好安全帶，穿防滑鞋，工作前不得飲酒。

7 結束語

通過強制攪拌，使軟土硬結成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強度的水泥加固土，從而提高地基土強度和增大變形模量。整個工程實施過程和質量同時滿足了試驗段研究目的和驗收標準要求，安全文明、防疫方面未出現一例事故。攪拌樁二次處理試驗方案驗證成果施工總結為：25.0 m水泥攪拌樁＋0.3 m碎石墊層＋土工格柵＋5.0 m堆載預壓復合地基處理試驗方案。

（1）單軸水泥攪拌樁改三軸水泥攪拌樁方案是可行的，能有效成樁并突破原造地頑固障礙物，沉降收斂效果達到預期。

（2）水泥攪拌樁施工在成樁時，樁徑范圍因沙土地及未完全固化會產生約55～120 mm塌陷。試樁時只需在攪拌注漿過程中往塌坑內補充砂土即可；施工后期則可根據情況提高起鉆面高程，開挖溢流槽。

（3）基于吹填砂層的密實狀態(tài)和造地時的復雜工部，原設計單軸水泥攪拌樁受限于機械構造和最大功率，難以突破標準貫入值大于26擊的密實吹填砂層，且易被淤泥層的頑固障礙物阻礙而無法施工；因此，采用了更大功率，鉆桿更粗壯堅固的三軸水泥攪拌樁機。在漿液配制與現場施工上，后期仍應根據地質情況進行試樁驗證，加強現場質量與工藝控制。

（4）在施工工藝選擇上，應結合建設周期、工程投資造價控制、地質條件和適應性進行綜合考慮，可參考三軸水泥攪拌樁、碎石樁、振沖、強夯、水泥管樁、CFG樁等進行選擇，或組合采用。