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旋喷桩复合地基处理技术在机场施工中应用

发表时间：2021/6/16 来源：《建筑科技》2021年5月下作者：刘妍

[导读] 结合武汉天河机场5号机坪扩建项目地勘情况，飞行区道面影响区剩余素填土厚度＞2m的区域，采用旋喷桩复合地基处理，介绍了该项目地基处理过程中，旋喷桩复合地基在软基处理中的应用、施工及施工注意事项。

北京筑港机场建设有限公司刘妍 101200

摘要：结合武汉天河机场5号机坪扩建项目地勘情况，飞行区道面影响区剩余素填土厚度＞2m的区域，采用旋喷桩复合地基处理，介绍了该项目地基处理过程中，旋喷桩复合地基在软基处理中的应用、施工及施工注意事项。
关键词：旋喷桩复合地基施工工艺注意事项
        前言：武汉天河机场5号机坪扩建项目：新建一条E类机位滑行道，新建机坪位于滑行道东侧，长513米、宽191.5米，设置6个E类机位，均为自滑进顶推出，机位中心线间距75米。E类机位滑行道机坪北侧及机坪前设置设备停放区/货运待装区，设置8米宽的服务车道。地基处理面积90348㎡，17200根旋喷桩、83424延米。
        1.基础工程地基处理主要方法
        1.1换填垫层法。
        就是将表层不良地基土挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实，形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。工程施工中有砂砾垫层法、换填法和抛石挤淤法等几种方法。
        1.2排水固结法。
        排水固结法的主要特点是理论成熟，施工设备简单，费用较低。排水固结的原理是软弱地基在荷载作用下，土中孔隙水慢慢排出，孔隙体积不断减少，地基发生固结变形，同时随着超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增大，地基强度逐步增加。
        1.3堆载预压法。
        在建造建筑物之前，用砂石料、土料等建筑材料临时堆载的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期，使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。
        1.4深层搅拌法。
        深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土，它利用水泥浆体作为固化剂，应用特制的深层搅拌机将固化剂送入地基土中与土体强制搅拌，形成水泥土桩体，与原地基组成复合地基。
        1.5强夯法。
        强夯法是一种快速加固软基的方法，将很重的锤提起从高处自由落下，以冲击荷载夯实软弱土层，使地基受到冲击力和振动，土层被强制压实，从而提高地基土强度，降低土层的压缩性，以达到地基加固的目的。
        1.6灌注桩和冲钻孔灌注桩
        两种方法灌注桩还存在一些技术难题，一是沉管灌注桩在深厚软土中存在桩身完整性问题；二是冲钻孔灌注桩存在泥浆污染问题，桩身混凝土灌注质量，桩底沉渣清理和持力层判断不易监控等问题。
        1.7加筋法
        加筋土是将抗拉能力很强土工合成材料埋置于土层中，利用土颗粒位移与拉筋产生摩擦力，使土与加筋材料形成整体，减少整体变形和增强整体稳定。
        2.旋喷桩复合地基处理设计
        2.1设计基本原理
        旋喷桩复合地基是利用高压喷射流动压以脉冲形式冲击破坏土体，使土体出现空穴，土体裂隙扩张。钻杆在旋转提升过程中，在射流后部形成空隙，在喷射压力下，迫使土粒向着与喷咀移动方向相反的方向（即阻力小的方向）移动位置，与水泥浆液搅拌混合形成新的结构。高压水泥浆迅速充填冲开的沟槽和土粒的空隙，析水固结，还可渗入砂层一定厚度而形成一定直径的柱状固结体（如图1），达到地基加固效果，硬化地基，从而提高地基承载力，来满足设计要求。

        2.2设计技术参数
        武汉天河机场5号机坪扩建项目地貌属长江III级阶地低垄岗地区,根据（勘探深度20.8m）勘察结果，项目所在地表层分布有厚度不一的素填土（Qml），其下为第四系全新统冲洪积成因（Q4al+pl）的粘性土、第四系上中更新统冲洪积成因（Q3~2al+pl）的粘性土及砂性土,为节省施工时间,降低工程投资,经多方考虑,根据该项目的地勘结果，飞行区道面影响区剩余素填土厚度＞2m的区域，采用旋喷桩复合地基处理。
        旋喷桩直径为0.6m，采用双管法：只喷射水泥浆液和空气。如图2所示。双管施工工艺正三角形布置，桩间距1.5m，桩长分别为6m、4m、3m。固化剂采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺量为200kg/m，加固体28d抗压强度为5.0MPa。单桩竖向承载力150KN，复合地基承载力特征值100KPa。
        3、施工工艺及注意事项
        3.1施工工艺
        3.1.1施工前准备
        (1)施工前对施工场地进行清理、平整，应保证场地的三通一平。
        (2)施工前探明管线、建构筑物等地下障碍物埋深和位置，挖出探坑并作好详细的标示标记。
        (3)做好排浆沟，设置排浆等临时设施。
        (4)材料进场，对设备机械性能等进行检查。水泥等材料进场按要求抽检试验。
        3.1.2桩位测设
        按规定对施工场地的基准点、基轴线及水准点实施引测、复核。对于标定的基准点要做好明显的标志和编号，并做好保护工作。使用全站仪等，采用极坐标法进行桩位的放样。
        3.1.3钻机就位
        移动旋喷桩机到指定桩位，钻杆头对准孔位中心。为保证钻孔达到设计要求的垂直度，钻机就位后，作水平校正，钻机钻杆采用钻杆导向架进行定位，使钻杆轴线垂直对准钻孔中心位置，其垂直度不得大于1%～1.5%，钻头对正桩位中心，对点误差不大于50mm，钻杆与钻孔方向应保持一致。
        3.1.4钻孔
        钻孔的目的是为了把注浆管置入到预定深度，钻孔方法可根据地层条件、加固深度和机具设备等条件确定。成孔后，校验孔位、孔深及垂直度是否符合规范要求。（孔位纵横向偏差不大于50mm、孔深不小于设计深度、垂直度偏差不大于1%）。
        3.1.5浆液制备及检测
        试验室负责在旋喷前半小时以内，严格按设计要求的浆液配合比，配置水泥浆，待压浆前，将水泥浆倒入集料斗中。未使用的水泥浆必须始终保持搅拌状态，存留不得超过4小时，当未用完的浆液超过4小时，需通过试验证明其性能符合要求后方可使用。水泥浆拌制时，先在搅拌罐中加入水，然后再放入水泥进行搅拌，搅拌时间不少于10分钟。
        3.1.6喷射作业
        (1)喷射作业前，要检查高压设备、管路系统和注浆管接头等的密封性能良好，注浆管及喷嘴内不得有任何杂物。
        (2)喷射过程中，当喷管插入预定深度后，由下而上进行喷射作业，技术人员必须时刻注意检查浆压力、旋转速度、提升速度、冒浆量等参数是否符合要求，并随时做好记录。注浆管分段提升时搭接长度不得小于500mm。冒浆量控制在 20%注浆量以内，大于20%或完全不冒浆时，应查明原因并采取相应的措施。
        (3)浆液流量、喷浆量可以按下式计算：
        Q=(H/V)×q(1+β)
        式中：H—旋喷长度
                    V—旋喷管提升速度
                   q—泵的排浆量
                   β—浆液损失系数，一般取0.1～0.2。
        3.1.7清洗
        喷射作业完成后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆。每一孔的高压喷射注浆完成后，应及时清洗灌浆泵和输浆管路，防止清洗不及时不彻底导致浆液在输浆管路中沉淀结块，堵塞输浆管路和喷嘴，影响下一孔的施工。
        3.1.8桩机移位
        关闭电机，将桩机移至下一桩位待用。
        3.2施工中注意事项
        （1）施工前，特别是机场扩建工程,应查明现场环境和地下埋设物分布，根据查明情况复核旋喷桩设计桩位。
        （2）施工中要经常检查泵压，泵压小直接影响旋喷桩的直径，一般控制在25～28MPa 。
        （3）钻杆提升速度直接影响加固体抗压强度，提升速度过快水泥用量达不到设计要，一般控制在25～30cm/min。
        （4）施工中严格控制水灰比和流量，水灰比和流量大小直接影响水泥用量，一般控制水灰比0.9、流量Q=120-150L/min。
        （5）施工中经常用比重计法检测水泥浆池水泥含量，水泥浆比重为：1.56。
        4、总结
        武汉天河机场5号机坪扩建项目地基处理共计17200根旋喷桩83424延米。
        取芯检测结果：取芯280根，28d抗压强度最高8.4MPa，最低5.6MPa，平均强度6.8MPa。
        单桩竖向承载力检测结果：单桩竖向承载力72根，竖向增强体承载力特征值沉降量（mm）：最大11.3mm，最小1.25mm，平均4.43mm。
        复合地基承载力特征值检测结果：复合地基承载力72根，单桩复合地基承载力特征值沉降量（mm）：最大24.77mm，最小1.02mm，平均4.19mm。均符合设计标准。
        总的来说,旋喷桩复合地基在民航专业工程地基处理中，比较少见,在武汉机场机坪地基处理工程中,还属于首次。与常规的素土换填法相比，投资少、工期短、施工简单、不受天气影响，大大提高了工程进度。
参考文件：任海、段玉明，《施工中高压旋喷桩应用技术》《城市建设理论研究》2012年第35期
作者简介：刘妍（1988-），女、大学本科，工程师   主要从事工程内业资料编制与整理及工程计量。