成都天府機場建設中的軟土地基處理技術應用

張 凱, 鄭永帥, 李 鵬, 周敬忠

(1.北京城建集團有限責任公司， 北京 100088；2.北京金圖建筑工程有限公司，北京 100089，3.中咨工程管理咨詢有限公司，北京 100044)

隨著建筑行業的不斷進步，雖然對于軟土地基的處理方法有幾十種，但是從機場建設的實際情況來看，對于軟土地基處理仍存在諸多問題，在保證其施工工效和工程質量的情況下，軟土地基處理方法的合理選型是基礎工程的重要環節。軟土地基處理的基本原則體現為排水固結、擠密、夯實、淺層換填等方式，其處理軟基的具體方法，需結合實際情況來選擇合理方式。本文針對天府國際機場典型的軟土地基特征，重點介紹了高壓旋噴樁、流態固化土換填、灰土換填、CFG樁、預制管樁在不同的地理環境的應用，取得良好的工程質量效果。

1 機場軟土地基概況

場區原地貌以淺丘寬谷地貌為主，地勢總體是中部高、向東西側降低，地形起伏不大，丘坡圓緩，緩坡地帶多為旱地及荒坡[2]，自然坡度10°～30°，植被茂密。河谷呈寬緩對稱“U”[2]字型，降溪河主河道貫穿整個航站區。地形地貌受地層巖性和構造控制明顯，泥巖出露處形成緩坡，砂巖出露處常形成陡坎或陡崖。丘間槽谷寬緩平坦，多為荒地、耕地、農田、魚塘等。地層主要構成為：第四系全新統人工填土層(Q4ml)、第四系全新統植物土層(Q4pd)、第四系全新統沖洪積層(Q4al+pl)、侏羅系上統蓬萊鎮組(J3p)。

機場項目的特點為占地面積大，而天府機場用地的選址處于一片丘陵結合地帶，使其軟土形式多種多樣，其主要表現為：人工填土層、耕植土、湖積層、沖洪積層黏土、強風化泥巖、砂巖等多種軟土；其次，由于機場項目建設工期緊，體量大且需在保證工程質量的前提下需盡早投入運營。其除航站樓外，換乘中心、地鐵、高鐵、各類綜合管廊、橋梁、道路等配套工程需同時穿插作業，部分區域在交叉作業過程中可能產生二次擾動其受限回填區域在自然環境下可能產生新的軟土。

2 不同部位軟土地基處理技術應用

2.1 總圖管網的軟基處理

2.1.1 總圖管網概況

成都天府國際機場航站區總圖管網管線主要分布在T1、T2航站樓陸側服務車道下、酒店、換乘中心、停車樓、服務大樓、指揮大樓等周邊，管徑為DN200～DN2000 mm，管線總長19 584 m，檢查井776座，排水管線南高北低，管線埋深1.5～11 m。污水接入工作區檢查井后最終排至新建污水處理廠，雨水管線接入本標段內的雨水艙最終排至河流。

2.1.2 總圖管網軟基概況

總圖管網的軟基主要分3種：第1種是結合地勘資料，管網下方存在軟弱土層(雜填土、淤泥質土、軟塑土)的最大深度為15 m；第2種是在受限空間的新近回填土、部分段落管線處在封閉環境內，地表水長期下滲但兩側地下結構與下層巖層形成U型不透水層，使填方土體遇水飽和，形成流塑狀態；這2種軟基承載力均不能達到設計要求的100 kPa。第3種是新近回填的高填方區域，土體收斂未完成，不均勻沉降發生的概率較大。

2.1.3 軟基處理選型

根據航站區整體施工部署即先結構后附屬工程(總圖管網、總圖道路)，總圖管網分布在已施工完成大型的結構物周邊，且部分管網分布在航站樓的服務車道內，管網施工工作面狹窄，CFG樁、剛性樁、水泥攪拌樁等樁基施工對工作面的要求大，管網施工不具備此條件。高壓旋噴樁施工機械對工作面及凈高要求均較小，管網持力層要求僅為100 kPa，第1、2種管網的軟基可采用較少的高壓旋噴樁形成復合地基，以達到設計要求。高壓旋噴樁樁徑φ0.5 m，縱向間距為1.5 m，橫向間距為1.2 m，樁端持力層為中風化及以上巖層。高壓旋噴樁處理此類軟土地基即有可操作性，又可節約工程造價。第3種軟基是考慮到高回填區土體自身收斂未能完成，存在不均勻沉降的風險，預拌流態固化土有較強的固結作用，可提高整體穩定性。預拌流態固化土以CaO、SiO2和Al2O3為主要成分的無機水硬性膠凝材料作為固化劑，固化劑與工程用土充分拌合后，通過其自身及與軟土之間的物理、化學反應，可顯著改善土的物理力學性質，保持長期穩定的固化體。預拌流態固化土具有早期強度較高，固化時間短、土源取材于現場，經濟效果良好。在天府機場的建設中預拌流態固化土在基坑回填、軟基處理等方面的大面積應用，是四川省首個應用預拌流態固化土填筑技術的項目。本技術適用于施工空間狹窄或結構復雜以及異形結構、工期短、質量要求高和環境保護要求高等基礎的回填施工；具有良好推廣價值和技術基礎。已結合本項目的實際應用聯合設計院等單位參編了四川省地方標準DBJ51/T188-2022《預拌流態固化土工程應用技術標準》，推進了建筑業的科技進步。

2.1.4 總圖管網軟基處理

2.1.4.1 高壓旋噴樁處理地基

高壓噴射注漿是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層預定深度后，以20～40 MPa壓力把漿液或水從噴嘴中噴射出來，形成噴射流沖擊破壞土層。水泥漿噴入土層與土體混合形成水泥土加固體，相互搭接形成排樁，用來進行軟弱地層的土體固化。

高壓旋噴樁在實施前要經過試樁，確定水泥用量，檢測單樁承載力、樁身完整性及復合地基承載力；軟土地基處理效果達到了預期方可大面積的施工。制定的漿液應嚴格按照試樁時試驗確定的配合比進行拌制，制備好的漿液不能發生離析現象，并且不能長時間的放置，漿液的時間超過了2 h，漿液必須棄置[1]。在成樁過程中現場人員要記錄每根樁的成型記錄，包括但不限于以下內容：鉆孔開始時間、鉆孔結束時間、鉆桿長度、噴射開始時間、噴射結束時間、水泥漿整體用量、每1 m水泥漿用量、提升鉆桿的速度、鉆桿的旋轉速度。提升鉆桿時應使鉆頭反向邊旋轉，變噴漿，邊提升，另外在樁頂1.0 m位置須復噴1～2次，旋噴作業完成后，須將不斷冒出地面的漿液回灌到樁孔內，直到樁孔內的漿液面不再下沉為止。樁頂的褥墊層厚度一般要求為30 cm左右，壓實系數控制在0.9，褥墊層一般為砂礫墊層、中粗砂墊層、級配碎石墊層。

2.1.4.2 預拌流態固化土換填

處理上述第3種軟基采用預拌流態固化土換填，回填土厚度3～5 m換填30 cm厚流態固化土，回填土厚度大于5 m的換填45 cm厚的預拌流態固化土。采用流態固化土換填主要是利用流態固化土固化后的整體性能，以降低高填方土體未收斂完成所帶來的不均勻沉降風險且能達到很好的抗滲效果，澆筑方法同混凝土。

2.2 總圖道路軟基處理

2.2.1 總圖道路概況

本標段總圖道路南至飛行區分界，北至配套區分界，西至T1航站樓服務車道為界，東至T2航站樓服務車道為界；道路全長約14.5 km，平面面積約17.5萬m2。除連接T1、T2高架橋引道段設計為主干路外，場區內其余道路設計為支干路及支路。

2.2.2 總圖道路軟基概況

總圖道路部分路基受持續降雨的影響，土體內含水率過大，現場檢測壓實度為78%左右，遠遠低于設計要求的95%。

2.2.3 軟基處理的選型

路基軟基處理最經濟的辦法是土體翻開晾曬，但因天氣原因及開航工期要求此種方法不實際。采用穩定劑處理路基一般選用石灰土換填或水泥土換填，但水泥土換填較石灰土換填工程造價高、且水泥土后期板結后易開裂，最終形成反射裂縫影響道路路面，故處理道路軟基采用換填80 cm石灰土的方法。

2.2.4 總圖道路軟基處理

為響應國家環保要求，灰土換填采用的石灰需為熟石灰，熟石灰進場后還需進行復試，復試合格后方可使用；土顆粒徑超過15 mm應過篩剔除，在摻拌灰土的過程中嚴控摻拌比例，最好采用質量比，如現場不具備稱重條件，可將質量比換算成體積比；灰土摻拌完成后，應進行滴定試驗，滿足設計要求后方可施工。大面積施工前應選取一定長度的試驗段，以確定虛鋪厚度、壓實機械組合、壓實遍數等工藝參數。灰土攤鋪完成后應立即組織碾壓成活，在填筑過程中應設置道路路拱，路基兩側還應設置排水溝，保證可將雨水排至路基外。灰土養護期間還需進行交通管制，保證不破壞路基結構。

2.3 管廊軟基處理

2.3.1 管廊工程概況

航站區綜合管廊分為1#、2#2個主管廊,另有5個支管廊與其相連。支管廊形狀為長條形,位于T1、T2航站樓之間。1#、2#綜合管廊長度約3 km，支管廊度長度合計580 m。

2.3.2 管廊軟基概況

結合地勘資料，部分管廊地基承載力小于設計要求的200 kPa，土質情況基本為壓實填土、耕植土、粉質黏土、黏土。

2.3.3 軟基處理選型

管廊地基承載力要求為200 kPa，地基承載力要求高。處理此類較深的軟基的辦法主要有高壓旋噴樁、水泥攪拌樁、CFG樁、剛性樁等方法。若采用高壓旋噴樁及水泥攪拌樁的方法，由于地承載力要求高，樁徑分布密集，工程造價高。由于綜合管廊布置狹長，且穿插于服務大樓、航站樓、高鐵、停車樓，在其施工過程中需盡可能的減小對臨近施工建筑的影響，剛性樁的施工對周邊已施工的建筑影響較大，結合此工程特點，采用旋挖鉆孔的CFG樁。CFG樁的樁身強度為C20，樁直徑0.6 m，樁間距1.7 m，按等邊三角形布置，樁身進入持力層深度不小于0.5 m；布置在基底范圍內并向兩側各增加一排CFG樁。預估樁長12～20 m。采用此種方法的施工對周邊環境影響小，且經濟效果較好。

2.3.4 管廊軟基處理

鉆機就位時必須保證平穩，不發生傾斜、位移，為準確控制鉆進深度，應在機架或機管上做出控制標尺，以便施工中觀測、記錄。鉆進含有石塊較多土層時，或含水量較大的軟塑黏土層時，必須防止鉆桿晃動引起的孔徑擴大。鉆到預定深度后，必須在孔底進行空轉清土，然后停止轉動。孔底虛土厚度超過質量標準時，要分析原因，采取措施進行處理[3]。混凝土的澆筑應連續進行，分層振搗密實。樁頂較設計標高至少超灌0.5 m，以保證在鑿除浮漿后樁頂標高能夠達到設計要求。

2.4 高架橋引橋段及U型槽段擋土墻的軟基處理

2.4.1 擋土墻的工程概況

本工程路基擋土墻設置主要為銜接T1、T2高架橋及1～4號隧道。擋土墻形式主要分為懸臂式擋土墻和重力式。擋土墻高小于2.0 m時，采用C20混凝土重力式擋土墻；墻高大于等于2.0 m，小于7.0 m時，采用C35鋼筋混凝土懸臂式擋土墻。其中懸臂式擋土墻339.4 m，重力式擋土墻258.97 m。

2.4.2 擋土墻的軟基概況

根據擋土墻處地質補勘情況，發現擋土墻下方土體為素填土、粉質黏土、黏土、風化巖石。人工填土(厚4.50～18.00 m)填筑時間不到3年，尚未完成自重固結，土質均勻性及密實性較差，以松散狀態為主。擋土墻下方存在軟弱土層，地基承載力小于設計要求的150 kPa。

2.4.3 軟基處理選型

擋土墻地基承載力要求150 kPa，地基承載力要求較高、采用攪拌樁類或CFG樁的工程造價較高。擋土墻周邊無大型建筑物，剛性樁的錘擊施工不會對周邊環境造成較大影響且剛性樁工程造價低，故擋土墻的軟基處理采用預制管樁。預制管樁采用等邊三角形布置，樁間距1.0 m，樁徑φ0.5 m，樁端持力層為中風化以上巖層。

2.4.4 擋土墻的軟基處理

預制管樁在施工前也應進行試樁，以確定工藝參數；沉樁過程中，測量人員要定期校核樁身的垂直度，超過設計偏差后，應立即停止修正。因施工原因造成的上、下樁斷頭間隙可采用鋼片填實焊牢。如果在沉樁過程中遇到大的孤石，可采取提前引孔措施。沉樁的過程中應加快施工，間歇時間不得過長。穿過較難穿透土層時，接樁時應保證樁尖已穿越該土層。合理編排施工計劃，材料進場計劃，保證樁機進場后可持續施工作業。

3 結束語

成都天府國際機場根據不同部位的工程特點，有針對性地選用了多種不同的軟基處理方案，運行一年以來，各部位地基穩定可靠。軟土地基在機場建設中常不可避免，必須結合工程實際情況、地基承載力的設計要求、地勘資料，綜合考慮工期、成本及質量等因素，尋求切實可行的軟基處理方案。軟土地基的處理多種多樣，需要在工作中不斷探討，不斷研究，以此推動整個行業的技術進步與發展。