土體固化在樁基施工中的應(yīng)用

1 工程概況

珠海機(jī)場(chǎng)綜合交通樞紐項(xiàng)目一期工程位于珠海市金灣區(qū)珠海航空產(chǎn)業(yè)基地， 處于珠海機(jī)場(chǎng)T1、T2 航站樓與城際鐵路之間。 項(xiàng)目主要建設(shè)內(nèi)容為：航站樓前交通樞紐、配套商業(yè)服務(wù)中心及相關(guān)業(yè)務(wù)用房、地鐵預(yù)留、軌道及軌道交通旅客行李通道（土建）等。

本工程樁型為預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁及緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)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(jié)預(yù)應(yīng)力灌注樁樁徑為1.1~1.6 m，共計(jì)331 根，沉樁方式為旋挖機(jī)鉆孔。

根據(jù)工期計(jì)劃樁基施工期間為雨季階段， 由于靜壓沉樁法對(duì)場(chǎng)地的地耐力要求較高，在新填土、淤泥土及積水浸泡過的場(chǎng)地施工易陷機(jī)，對(duì)表土層軟弱的地方需事先進(jìn)行處理，所以靜壓樁機(jī)對(duì)地基需要較好的土層，以便于樁機(jī)正常行走，確保施工質(zhì)量。

依據(jù)巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告書所述， 場(chǎng)地土的類型屬軟弱土，具體各地層特性指標(biāo)如表1 所示。

表1 各地層特性指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2 地基承載力驗(yàn)算

2.1 靜壓樁機(jī)地基壓力計(jì)算

靜壓樁機(jī)施工時(shí)地面承受壓力最大時(shí)為樁機(jī)吊樁施工時(shí)，把所壓的地面面積理想為長(zhǎng)方形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬9 m，長(zhǎng)為15 m，通過巖土工程勘察報(bào)告得知，地基自上而下為素填土、吹填砂、中砂、粉質(zhì)黏土、淤泥等。

當(dāng)靜壓樁機(jī)吊起樁機(jī)時(shí)對(duì)路面壓力最大， 靜壓樁機(jī)自重為770 t， 管樁重量440×15=6 600 kg， 對(duì)地 基 最大壓力 為770+6.6=776.6 t， 單側(cè)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(jī)地基壓力計(jì)算

當(dāng)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)對(duì)路面壓力最大， 旋挖鉆機(jī)自重為136 t，對(duì)地基最大壓力為136 t，單側(cè)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(bào)告，按照最不利驗(yàn)算得素填土的重度17.5 kN/m3，凝聚力12 kPa，內(nèi)摩擦角17.5°，太沙基極限承載力Pu計(jì)算公式為：

式中，γ 為地基土的重度，kN/m3；b 為基礎(chǔ)的寬度，m；c 為地基土的黏聚力，kN/m3；d 為基礎(chǔ)的埋深，m；Nγ、Nc、Nq為地基承載力系數(shù)， 是內(nèi)摩擦角的函數(shù)， 可以通過查太沙基承載力系數(shù)表，內(nèi)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(bào)告給的地基承載力95 kPa 基本吻合，以下計(jì)算均按地勘報(bào)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(duì)基底土體進(jìn)行處理[1]。

3 換填方案選擇

結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，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(jìn)行比選。

3.1 方案一：碎石換填

基底附加壓力設(shè)計(jì)值取144 kPa，近似計(jì)算?。?/p>

式中，Pz為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，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(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度，m；l 為矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度，m；Pk為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)， 基礎(chǔ)底面處的平均壓力值，kPa；z 為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，m；?為層（材料）的壓力擴(kuò)散角，(°)。

驗(yàn)算素填土作為新填土的軟弱下臥層的承載力。 根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》壓力擴(kuò)散角?取27.6°。

代入數(shù)據(jù)計(jì)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(jù)以上計(jì)算當(dāng)采用碎石換填， 換填厚度為800 mm，同時(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》壓力擴(kuò)散角?取30°，代入數(shù)據(jù)計(jì)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(jìn)行硬化， 澆筑厚度200 mm 用于靜壓樁機(jī)行走，同時(shí)樁基施工完后需進(jìn)行混凝土破除及外運(yùn)。

3.3 方案三：土壤固化劑

采用土壤固化劑進(jìn)行基層加固處理。 土壤固化劑是土壤固化外加劑的簡(jiǎn)稱，是一種由多種無機(jī)、有機(jī)材料合成的用以固化各類土壤的新型節(jié)能環(huán)保工程材料。 對(duì)于需加固的土壤，根據(jù)土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，只需摻入一定量的固化劑，經(jīng)拌勻、壓實(shí)處理，即可達(dá)到需要的性能指標(biāo)。

同時(shí)采用挖機(jī)進(jìn)行翻動(dòng)原場(chǎng)地內(nèi)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(shí)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(dá)到承載力要求[3]。

3.4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

碎石換填800 mm 厚、面積為7.57 萬m2、經(jīng)測(cè)算工程造價(jià)約400 元/m3，總造價(jià)為1 200 萬元；由于碎石回填后需考慮樁基施工完成后需進(jìn)行二次開挖轉(zhuǎn)運(yùn)，價(jià)格較高不經(jīng)濟(jì)，故此方案不予采用。

C20 混凝土硬化、 厚度為200 mm、 經(jīng)測(cè)算工程造價(jià)約625元/m3，總造價(jià)為937.5 萬元，采用混凝土硬化價(jià)格較高、不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)混凝土硬化待樁基施工完后需進(jìn)行破除及外運(yùn)，不利于節(jié)能環(huán)保，故混凝土硬化不予采用。

采用固化劑進(jìn)行土體加固經(jīng)測(cè)算施工成本為220 元/m3，同時(shí)待樁基施工完成后二次開挖轉(zhuǎn)運(yùn)量較小， 工程造價(jià)費(fèi)用低，加固施工工期短。

綜上所述，采用土壤固化劑進(jìn)行基底處理最適合本項(xiàng)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(shè)→固化劑噴灑→壓路機(jī)碾壓→樁基施工。

5 土壤固化劑施工要點(diǎn)

5.1 素填土翻碎

采用挖機(jī)進(jìn)行原場(chǎng)地取土，取土厚度為600 mm，取土完成后采用兩臺(tái)挖機(jī)來回翻碎。

5.2 水泥撒布拌和

水泥強(qiáng)度等級(jí)采用42.5，按0.22 t/m3在施工區(qū)域均勻撒布，并采用挖機(jī)進(jìn)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(shè)及固化劑噴灑

待水泥與土壤拌和后， 進(jìn)行土壤分層鋪設(shè)， 鋪設(shè)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(shí)，采用挖機(jī)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(jī)碾壓

待滲透至用壓路機(jī)壓實(shí)時(shí)土不易粘在壓路機(jī)上， 即可用壓路機(jī)來回壓實(shí)路面；隨機(jī)抓一把土，手用力抓能成一團(tuán)，然后用手指能輕松碾碎，是壓實(shí)的最好時(shí)機(jī)，壓實(shí)后保濕養(yǎng)護(hù)3 d確保表面濕潤(rùn)；土體固化施工完成后進(jìn)行樁基施工。

5.5 試驗(yàn)效果

壓實(shí)保濕養(yǎng)護(hù)3 d 后對(duì)于土體加固后地面采用輕型動(dòng)力觸探檢測(cè)承載力，檢測(cè)結(jié)果均滿足靜壓樁機(jī)施工要求，同時(shí)靜壓樁機(jī)、旋挖機(jī)進(jìn)行樁機(jī)施工時(shí)未出現(xiàn)陷機(jī)等現(xiàn)象，滿足施工需求。

6 結(jié)語