穩定土擠壓固化樁技術的循環經濟效用

陳澤銘

(中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430000)

1 應用背景

目前，國內外學者研究的新型樁、新型工藝主要集中于樁的截面形式的改變，如擴底樁、X型樁、大直徑空心管樁等，以及樁身材料的改變如根植竹節樁等[1,2]。諸如此類樁的樁身主要材料仍然是混凝土或水泥土，其水泥消耗量大、能耗高、污染嚴重。

基于經濟、環保、充分利用廢棄渣土的理念，中科院武漢巖土所提出了穩定土擠壓固化預制樁這種新型的地基處理方式。穩定土擠壓固化預制樁是一種用于軟土地基處理的新型預制樁，該樁通過在經破碎后的廢棄土中添加水泥、石灰等固化劑并攪拌均勻，然后通過高壓作用，最后預制成強度較高的樁體。其核心是在廢棄土中加入適量的固化劑增強強度，并滿足水穩性的要求，采用高壓擠壓的方法提高樁體的強度，室內試塊強度試驗表明，樁身強度可達3～8 MPa。

2 工程案例

仙女山路(墨水湖北路—四新南路)工程為武漢市市政PPP項目，北起龍陽湖北路，南至四新南路，主要建筑內容包括：道路、橋梁、排水、交通、照明、綠化等工程。由于既有地質多為軟弱地基，需進行軟基處理，主要處理方法為換填碎石土、高壓旋噴樁及水泥攪拌樁。道路施工多為挖方路基，且還湖工程中需挖除原狀土，場內土方平衡后依舊有大量棄方需要外運。

高壓旋噴樁及水泥攪拌樁樁體的適用范圍和性能剛好與預制樁重疊，可以用預制樁替代。因此，項目利用穩定土擠壓樁軟基加固的新工法替代原設計樁，從而達到有效利用現場外棄土方資源進行內部能源轉化的效果；同時減少了水泥使用量，節約了工程建設成本。

3 技術特點

穩定土擠壓固化預制樁地基處理的原理：第一是沉孔過程中對樁周土體的擠壓使得土體更加密實；第二在于樁體作為豎向增強體增強地基承載力。

該樁的優點為：①經濟環保：可就地取材，廢棄土得到利用，相比于水泥土攪拌樁和高壓旋噴樁水泥用量少，可以起到較好的環保作用；②預制樁質量可控：樁體工廠化預制，質量可視可控；③樁身抗壓強度高，可提供較高的單樁承載力。

4 實施方案

4.1 施工準備

(1)通過試驗段實施，總結出了一套穩定土擠壓固化樁試驗方法和參數，包括單樁樁長、樁徑、沉管速度、拔管速度、電流、注漿壓力、注漿量、砂漿配比等，并且得到了一套完整的施工工藝。通過試驗段對比，現場穩定土擠壓固化樁施工選用YTHZ200液壓履帶式夯擴樁機，施工工藝為振動沉管。

(2)施工前對導線、中線及高程的復測以及水準點的復測與增設。記錄并整理所有測量結果后送監理工程師批準[3,4]。

(3)將現場外棄土方破碎后，添加水泥、粉煤灰等固化劑并攪拌均勻，然后通過高壓作用，最后預制成強度較高的混合土樁節。圖1為穩定土擠壓固化預制樁現場圖。

圖1 穩定土擠壓固化預制樁

(4)對進場的樁段逐節進行外觀檢查，立即廢棄有裂縫等缺陷的樁段，不得使用；按1000 m為一批次，每批次抽取3節樁進行鉆芯檢測，每節樁鉆芯數量為3個，展開無側限抗壓強度檢測，無側限抗壓強度應>2 MPa。

4.2 施工方法

(1)樁機配套設備組裝完成后調試樁機，檢查電路及油管是否暢通完好、沉管直徑、樁尖磨損情況等，并在沉管上做好深度標識[5]。將鉆機移到竹樁標記處進行樁位對中，檢查定位完成后的沉管長度是否滿足設計要求；振動錘功率和激振力是否能正常工作；發電機是否和樁機電路接通。準備就緒后校正調整設備垂直度，偏差應<1%，鉆機要墊平穩牢固。

(2)振動沉管樁機成孔：采用振動沉管樁機從地表上開始成孔，孔內徑為429 mm，引孔至設計深度形成有沉管支撐的孔洞。沉管過程中應注意保證護筒的垂直度。為減少相鄰基樁施工造成對已施工樁影響，施工時應采取跳打施工，確保樁長符合設計要求及樁端插入持力層深度符合要求，并嚴格控制收錘貫入度。

(3)放置預制土樁：將預制土樁分節放入沉管內，預制土樁在沉管內依次疊放形成與設計深度一致的混合土擠壓固化樁，在沉管上做好標記，以保證其能沉管深度到達設計高程。

(4)拔管：樁節放置完畢后開始拔管，拔管時一定要采用靜力拔管，嚴禁土樁下到孔內后再開啟振動，避免振動拔管，防止將已經放入管內的穩定土擠壓固化預制樁振碎。

(5)水泥漿制配：嚴格控制灌漿材料配比，水泥漿液按0.6水灰比拌制，摻入的水泥應過篩，并使用自動記錄的計量儀器進行用水量控制。水泥漿拌和時間應>5min，制備好的漿液不得離析。

(6)注漿：向樁芯孔插入注漿管，通過水泥漿泵向芯孔中注入水泥漿，使水泥漿全面充填預制土樁之間的孔隙及預制土樁的接頭間隙位置，漿液固化后樁芯、樁節間、樁身與成孔孔壁之間要求必須完全充填，形成整體混合土擠壓固化樁。注射水泥漿應從孔底向上注漿，保證水泥漿充盈密實。

(7)穩定土擠壓固化預制樁施工期間，根據樁位布置圖選取合適的三根樁，在樁孔埋設三根測斜管，埋設深度為8 m，監測擠土效應對鄰近樁的影響及位移情況并形成監測報告。測斜管埋設三根樁基完成沉樁后，在樁頂埋設位移觀測點，穩定土擠壓固化預制樁施工期間對樁頂水平位移進行監測，輔助測斜管監測。

(8)試驗檢測：土樁成樁注漿后14 d進行試驗檢測，包括單樁承載力(應滿足>120 kN的要求)和復合地基承載力(應滿足>120 kPa的要求)。

5 綠色施工效益分析

(1)項目實施前材料使用量。項目原設計軟基處理內容為50萬m水泥攪拌樁、8萬m高壓旋噴樁。水泥攪拌樁1 m水泥用量為96.65 kg、高壓旋噴樁1 m水泥用量為250 kg。

穩定土擠壓固化預制樁施工方案在通過專家論證會前，現場已施工水泥攪拌樁20萬m。實際耗用水泥量為：96.65 kg/m×20萬m=1.933萬t。若維持原設計方案，后續水泥需求量為：96.65 kg/m×30萬m+250kg/m×8萬m=4.9萬t。

(2)穩定土擠壓固化預制樁實施后的材料使用情況。穩定土擠壓固化預制樁樁身、注漿延米水泥綜合用量為42.75kg，穩定土擠壓固化預制樁樁身(6m長)的截面積0.112m2。

通過穩定土擠壓固化預制樁替代30萬m水泥攪拌樁、8萬m高壓旋噴樁，水泥消耗量為：42.75kg/m×38萬m=1.63萬t。土方利用量為：0.112m2(穩定土擠壓固化預制樁截面積)×38萬m=4.256萬m3。

(3)通過使用穩定土擠壓固化預制樁工法替代水泥攪拌樁、高壓旋噴樁后：節約水泥用量為：4.9萬t-1.63萬t=3.27萬t，土方利用量為：4.332萬m3。

6 推廣及應用前景

穩定土擠壓固化樁一經問世就得到了廣大巖土工程界專業人士的認可，預制樁的生產經過了多輪次的試驗改進，已相對成熟。但由于問世時間短、施工工藝相對欠缺，因此開展針對性的試驗研究是非常必要的，需要不同項目根據地質特性進一步的試驗驗證，并積累數據，以形成完善的施工工法。

7 結語

黨的“十九大”強調：建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策。在該指導思想下，通過“穩定土擠壓固化樁”的應用，施工現場大量減少傳統的水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等工法中水泥的使用量，以需求抑生產，減少了水泥生產過程中產生的污染。尤其是針對市政工程，隨著近年來國家對于工程環保問題的日益關注以及城市發展，市區內可滿足需求的棄土場逐漸減少，棄土處理問題日益嚴峻。該工法對工程中外棄土方進行利用，能夠規模化消納廢棄土，減少對外部棄土場的需求，形成了現場施工材料內部循環利用的正向閉環。