淤泥搅拌桩在温州永强机场真空预压中的应用

王明磊，单勤，张宏恩，刘仁海

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

在沿海经济发达地区，围海造地和快速造陆技术形成的地基往往在自重荷载下未能完成固结，而吹填土多为粉细砂和海相淤泥黏土，此地基具有含水量高、压缩性大、强度及承载力低等特点。通常采用真空预压法进行软基处理。沿海地表土层中大多含有细砂或粉细砂层，对真空预压的气密性很不利。比较常用的是采用水泥搅拌桩密封，效果很好，但是处理完成后要挖出水泥搅拌桩，以防地基产生硬壳带。本次试验段采用淤泥搅拌桩密封墙代替水泥搅拌桩，作为真空预压区的密封墙[1-2]。

1 地质概况

温州永强机场飞行区改扩建工程所在场区深度50.0 m范围内地基土自上而下为：人工素填土、硬壳层黏土、海相淤积软土、冲淤积土、湖沼相黏性土等4个工程地质层及4个亚层，如表1所示。场区为典型软弱地基土，淤积软土沉积厚度大，第③1层、第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土，第③4层淤泥和第③5层淤泥，土性呈流塑，具含水量高、孔隙比大、灵敏度高、抗剪强度低、承载能力差等特点。

表1 地基土设计计算主要参数建议采用值Table 1 The proposed value of the main parametersof foundation soil design calculation

机场跑道荷载大，其附加应力影响深度至第③5层底面（约28 m），第③1层、第③3层、第③4层和第③5层土层将产生很大的固结变形，亦是工后沉降变形的主要来源。过大的工后沉降会造成跑道横坡变小，道面排水速度减缓，飞机高速起降时可能会产生“漂滑”现象，影响机场运营安全；意味着发生差异沉降的可能性增大，这将引起跑道的纵坡发生一定改变，使跑道上高速运行的飞机产生明显颠簸，甚至带来安全隐患，也可能使飞机结构受到损害；造成局部的不均匀沉降，从而产生道面断板，给机场的后期维修造成较大困难，严重时影响机场的正常运行。

机场跑道地基是大面积土基，它有别于公路地基的3个主要区别是：1）道面荷载大，要求地基承载力高；2）不均匀沉降要求小；3）工后沉降要求小。因此，对该地区进行加固处理是非常必要的，通过地基加固处理达到飞行（或滑行）所必要的安全、平稳和舒适的条件[3]。

2 淤泥搅拌桩的作用

第③1层及第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土的渗透系数最小为1.95×10-5cm/s，最深埋设深度约9.5 m，该层有可能会影响真空预压的真空度，采取在周边打设淤泥搅拌桩密封墙，增强密封效果并降低维护真空的成本。

一般情况下采用渗透系数为10-7cm/s左右的淤泥或黏土作为密封搅拌桩的原材料[4]。工程实践表明，淤泥搅拌桩的工程效果比较好，造价也比较低廉，对温州永强机场飞行区而言，场区内淤泥比较丰富，能够满足今后大面积施工要求。相对而言，黏土搅拌桩的施工工艺偏复杂，成本较高；水泥搅拌桩密封帷幕也是一种有效的气密性措施，施工工艺和效果都适宜操作，但工程造价较大。综合以上情况，选择淤泥搅拌桩为密封墙具有经济实惠、效果显著等优点。

为确定第③1层及第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土是否需要打设淤泥搅拌桩密封墙，计划在Z1试验区采用淤泥搅拌桩密封墙，Z2试验区不采用淤泥搅拌桩密封墙。

淤泥搅拌桩的主要设计参数为：1）桩身长度：以封闭第③1层及第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土为目的，桩长10 m；2）淤泥掺入比为25%；3）桩径、桩形：搅拌桩桩头采用双头，桩形为“8”字形，单桩径70 cm，搭接20 cm；4）桩的垂直度要求不大于0.8%[5]。

淤泥搅拌桩采用四喷四搅工艺。

3 淤泥搅拌桩的效果

淤泥搅拌桩打设之前，在现场取样得到现场土的渗透系数，在淤泥搅拌桩成桩7 d后，取淤泥搅拌桩的渗透系数作对比，结果如表2。

表2 淤泥搅拌桩的渗透系数和现场渗透系数的对比Table 2 Comparison of permeability coefficient and field permeability coefficient of silt mixing pile

由表2可以看出，经过淤泥搅拌桩施工的第③1层及第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土的水平渗透系数达到了设计要求，而且整个桩的水平渗透系数基本一致，达到了良好的密封效果。

4 真空预压成果对比

真空预压的设计要求：Z1区面积4 200 m2，Z2区面积3 100 m2。塑料排水板间距为1.3 m，打设深度为28 m。淤泥搅拌桩深度10 m。真空预压卸载要求同时满足：真空预压100 d；沉降速率连续5 d小于1.5 mm/d；场区处理深度范围内的土体平均固结度达到85%，具体详见图1。

图1 真空预压区和沉降观测点示意图Fig.1 Schematic diagram of vacuum preloading section and subsidence observation points

4.1 Z1区

在真空预压前期沉降速度大，后期沉降速度小，地基在排水固结中渐趋稳定。在真空预压结束前一周，地面沉降速率小于1.5 mm/d，达到真空预压卸载标准，真空预压用时107 d。Z1区施工效果：平均沉降量到747.56 mm，工后沉降为92.43 mm，由地面沉降计算地基土的平均固结度达到87.47%[6]，满足设计标准。Z1区真空预压前后十字板剪切强度效果对比见图2，Z1区地表监测点总沉降量及固结度见表3。

图2 Z1区真空预压前后十字板剪切强度效果对比图Fig.2 Comparison of cross plate shear strength effect before and after vacuum preloading in Z1 area

表3 Z1区地表监测点总沉降量及固结度Table3 Total settlement and consolidation degree of surface monitoring point in Z1 area

真空预压后土体剪切强度均有明显提高，预压后土体剪切强度平均强度约增加78%左右，土体强度平均增加1倍以上。

4.2 Z2区

Z2区真空预压时间135 d，施工结束时平均沉降量到609.8 mm，工后沉降为99.9 mm，由地面沉降计算地基土的平均固结度达到85.06%[6]，刚刚满足设计标准。Z2区真空预压前后十字板剪切强度效果对比见图3，Z2区地表监测点总沉降量及固结度见表4。

真空预压前后土体剪切强度均有明显提高，预压后土体剪切强度平均强度约增加72%左右。

图3 Z2区真空预压前后十字板剪切强度效果对比图Fig.3 Comparison of cross plate shear strength effect before and after vacuum preloading in Z2 area

表4 Z2区地表监测点总沉降量及固结度Table 4 Total settlement and consolidation degree of surface monitoring point in Z2 area

4.3 成果对比

Z1与Z2区真空预压试验段数据对比见表5。

表5 Z1与Z2区真空预压数据对比Table 5 Comparison of vacuum preloading data between Z1 and Z2

从表中得出如下结论：

1）Z1区的沉降量和固结度超过设计要求，Z2区的沉降量和固结度刚刚满足设计要求。

2）Z1区的真空预压时间比Z2区少用28 d。根据设计要求和施工经验，每1 000 m2设置1台真空泵，真空泵的功率为7.5 kW；1台真空泵1 d的用电量为180 kW·h；采用淤泥搅拌桩作为密封墙，每1 000 m2节约用电5 040 kW·h；工业用电价格0.8元/（kW·h）；每1 000 m2节约4 032元。

以20 000 m2（长×宽=200 m×100 m）为1个真空预压区为例，扣除打设淤泥搅拌桩费用240 000元，共节约费用2 017 920.00元。

3）Z1区的平均总沉降量、平均真空度、工后沉降、平均固结度、土体剪切强度增量均比Z2的数值高，说明Z1的真空预压效果远比Z2区效果好。

4）第③1层及第③3层含粉砂淤泥质粉质黏土对真空预压施工有比较明显的影响。淤泥搅拌桩作为密封墙能够满足设计要求。

5 结语

1）通过Z1区和Z2区真空预压试验段施工过程和结果的分析，充分说明，淤泥搅拌桩可以在含粉砂淤泥质黏土中作为密封墙使用，而且取得了显著效果。

2）淤泥搅拌桩在真空预压过程中随周围土体一起固结，与周围土体形成整体，不会产生工后局部沉降，使地基更加均匀稳固，相对水泥搅拌桩，既没有昂贵的造价，也不产生局部沉降不均。

3）淤泥搅拌桩密封墙的使用可大幅减少真空预压的时间，土体剪切强度、固结度等均有显著提升，满足了民航机场跑道工程对地基处理承载力的要求。

4）Z1、Z2获取的真空预压数据具有较高的研究价值。为后期的温州永强机场滑行道延长段、新建站坪区域地基处理提供了宝贵经验。

[1]JGJ79—2012，建筑地基处理技术规范[S].JGJ79—2012,Technical codefor ground treatment of buildings[S].

[2]QB/BY 10301—2003，水泥搅拌桩施工工艺及质量验收标准[S].QB/BY 10301—2003,Construction technology and quality acceptancestandard of cement mixingpile[S].

[3] 徐刚强.温州机场真空预压试验段施工组织设计[R].温州：中交一航局四公司，2014.XU Gang-qiang.Construction organization design of vacuum preloading test section of Wenzhou Airport[R].Wenzhou:No.4 Engineering Co.,Ltd.of CCCC-FHECCo.,Ltd.,2014.

[4]胡利文，王永平.真空预压淤泥搅拌墙气密性试验分析与应用技术[J].岩土力学，2005，26（3）：427-431.HU Li-wen,WANG Yong-ping.Test study and application technique for airtight capacity of mixing silt wall under vacuum preloading[J].Rock and Soil Mechanics,2005,26（3）:427-431.

[5] 肖圆圆.温州机场真空预压试验段设计文件[R].上海：上海民航新时代机场设计研究院有限公司，2013.XIAO Yuan-yuan.Design document of Wenzhou Airport vacuum preload test section[R].Shanghai:Shanghai Civil Aviation New Age Airport Design and Research Institute Co.,Ltd.,2013.

[6] 曾杰.温州机场真空预压试验段监测月报[R].南京：河海大学，2013.ZENG Jie.Monitoring monthly report on vacuum preload test section of Wenzhou Airport[R].Nanjing:Hohai University,2013.