成都天府机场建设中的软土地基处理技术应用

张 凯, 郑永帅, 李 鹏, 周敬忠

(1.北京城建集团有限责任公司， 北京 100088；2.北京金图建筑工程有限公司，北京 100089，3.中咨工程管理咨询有限公司，北京 100044)

随着建筑行业的不断进步，虽然对于软土地基的处理方法有几十种，但是从机场建设的实际情况来看，对于软土地基处理仍存在诸多问题，在保证其施工工效和工程质量的情况下，软土地基处理方法的合理选型是基础工程的重要环节。软土地基处理的基本原则体现为排水固结、挤密、夯实、浅层换填等方式，其处理软基的具体方法，需结合实际情况来选择合理方式。本文针对天府国际机场典型的软土地基特征，重点介绍了高压旋喷桩、流态固化土换填、灰土换填、CFG桩、预制管桩在不同的地理环境的应用，取得良好的工程质量效果。

1 机场软土地基概况

场区原地貌以浅丘宽谷地貌为主，地势总体是中部高、向东西侧降低，地形起伏不大，丘坡圆缓，缓坡地带多为旱地及荒坡[2]，自然坡度10°～30°，植被茂密。河谷呈宽缓对称“U”[2]字型，降溪河主河道贯穿整个航站区。地形地貌受地层岩性和构造控制明显，泥岩出露处形成缓坡，砂岩出露处常形成陡坎或陡崖。丘间槽谷宽缓平坦，多为荒地、耕地、农田、鱼塘等。地层主要构成为：第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系全新统植物土层(Q4pd)、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)、侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)。

机场项目的特点为占地面积大，而天府机场用地的选址处于一片丘陵结合地带，使其软土形式多种多样，其主要表现为：人工填土层、耕植土、湖积层、冲洪积层黏土、强风化泥岩、砂岩等多种软土；其次，由于机场项目建设工期紧，体量大且需在保证工程质量的前提下需尽早投入运营。其除航站楼外，换乘中心、地铁、高铁、各类综合管廊、桥梁、道路等配套工程需同时穿插作业，部分区域在交叉作业过程中可能产生二次扰动其受限回填区域在自然环境下可能产生新的软土。

2 不同部位软土地基处理技术应用

2.1 总图管网的软基处理

2.1.1 总图管网概况

成都天府国际机场航站区总图管网管线主要分布在T1、T2航站楼陆侧服务车道下、酒店、换乘中心、停车楼、服务大楼、指挥大楼等周边，管径为DN200～DN2000 mm，管线总长19 584 m，检查井776座，排水管线南高北低，管线埋深1.5～11 m。污水接入工作区检查井后最终排至新建污水处理厂，雨水管线接入本标段内的雨水舱最终排至河流。

2.1.2 总图管网软基概况

总图管网的软基主要分3种：第1种是结合地勘资料，管网下方存在软弱土层(杂填土、淤泥质土、软塑土)的最大深度为15 m；第2种是在受限空间的新近回填土、部分段落管线处在封闭环境内，地表水长期下渗但两侧地下结构与下层岩层形成U型不透水层，使填方土体遇水饱和，形成流塑状态；这2种软基承载力均不能达到设计要求的100 kPa。第3种是新近回填的高填方区域，土体收敛未完成，不均匀沉降发生的概率较大。

2.1.3 软基处理选型

根据航站区整体施工部署即先结构后附属工程(总图管网、总图道路)，总图管网分布在已施工完成大型的结构物周边，且部分管网分布在航站楼的服务车道内，管网施工工作面狭窄，CFG桩、刚性桩、水泥搅拌桩等桩基施工对工作面的要求大，管网施工不具备此条件。高压旋喷桩施工机械对工作面及净高要求均较小，管网持力层要求仅为100 kPa，第1、2种管网的软基可采用较少的高压旋喷桩形成复合地基，以达到设计要求。高压旋喷桩桩径φ0.5 m，纵向间距为1.5 m，横向间距为1.2 m，桩端持力层为中风化及以上岩层。高压旋喷桩处理此类软土地基即有可操作性，又可节约工程造价。第3种软基是考虑到高回填区土体自身收敛未能完成，存在不均匀沉降的风险，预拌流态固化土有较强的固结作用，可提高整体稳定性。预拌流态固化土以CaO、SiO2和Al2O3为主要成分的无机水硬性胶凝材料作为固化剂，固化剂与工程用土充分拌合后，通过其自身及与软土之间的物理、化学反应，可显著改善土的物理力学性质，保持长期稳定的固化体。预拌流态固化土具有早期强度较高，固化时间短、土源取材于现场，经济效果良好。在天府机场的建设中预拌流态固化土在基坑回填、软基处理等方面的大面积应用，是四川省首个应用预拌流态固化土填筑技术的项目。本技术适用于施工空间狭窄或结构复杂以及异形结构、工期短、质量要求高和环境保护要求高等基础的回填施工；具有良好推广价值和技术基础。已结合本项目的实际应用联合设计院等单位参编了四川省地方标准DBJ51/T188-2022《预拌流态固化土工程应用技术标准》，推进了建筑业的科技进步。

2.1.4 总图管网软基处理

2.1.4.1 高压旋喷桩处理地基

高压喷射注浆是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层预定深度后，以20～40 MPa压力把浆液或水从喷嘴中喷射出来，形成喷射流冲击破坏土层。水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体，相互搭接形成排桩，用来进行软弱地层的土体固化。

高压旋喷桩在实施前要经过试桩，确定水泥用量，检测单桩承载力、桩身完整性及复合地基承载力；软土地基处理效果达到了预期方可大面积的施工。制定的浆液应严格按照试桩时试验确定的配合比进行拌制，制备好的浆液不能发生离析现象，并且不能长时间的放置，浆液的时间超过了2 h，浆液必须弃置[1]。在成桩过程中现场人员要记录每根桩的成型记录，包括但不限于以下内容：钻孔开始时间、钻孔结束时间、钻杆长度、喷射开始时间、喷射结束时间、水泥浆整体用量、每1 m水泥浆用量、提升钻杆的速度、钻杆的旋转速度。提升钻杆时应使钻头反向边旋转，变喷浆，边提升，另外在桩顶1.0 m位置须复喷1～2次，旋喷作业完成后，须将不断冒出地面的浆液回灌到桩孔内，直到桩孔内的浆液面不再下沉为止。桩顶的褥垫层厚度一般要求为30 cm左右，压实系数控制在0.9，褥垫层一般为砂砾垫层、中粗砂垫层、级配碎石垫层。

2.1.4.2 预拌流态固化土换填

处理上述第3种软基采用预拌流态固化土换填，回填土厚度3～5 m换填30 cm厚流态固化土，回填土厚度大于5 m的换填45 cm厚的预拌流态固化土。采用流态固化土换填主要是利用流态固化土固化后的整体性能，以降低高填方土体未收敛完成所带来的不均匀沉降风险且能达到很好的抗渗效果，浇筑方法同混凝土。

2.2 总图道路软基处理

2.2.1 总图道路概况

本标段总图道路南至飞行区分界，北至配套区分界，西至T1航站楼服务车道为界，东至T2航站楼服务车道为界；道路全长约14.5 km，平面面积约17.5万m2。除连接T1、T2高架桥引道段设计为主干路外，场区内其余道路设计为支干路及支路。

2.2.2 总图道路软基概况

总图道路部分路基受持续降雨的影响，土体内含水率过大，现场检测压实度为78%左右，远远低于设计要求的95%。

2.2.3 软基处理的选型

路基软基处理最经济的办法是土体翻开晾晒，但因天气原因及开航工期要求此种方法不实际。采用稳定剂处理路基一般选用石灰土换填或水泥土换填，但水泥土换填较石灰土换填工程造价高、且水泥土后期板结后易开裂，最终形成反射裂缝影响道路路面，故处理道路软基采用换填80 cm石灰土的方法。

2.2.4 总图道路软基处理

为响应国家环保要求，灰土换填采用的石灰需为熟石灰，熟石灰进场后还需进行复试，复试合格后方可使用；土颗粒径超过15 mm应过筛剔除，在掺拌灰土的过程中严控掺拌比例，最好采用质量比，如现场不具备称重条件，可将质量比换算成体积比；灰土掺拌完成后，应进行滴定试验，满足设计要求后方可施工。大面积施工前应选取一定长度的试验段，以确定虚铺厚度、压实机械组合、压实遍数等工艺参数。灰土摊铺完成后应立即组织碾压成活，在填筑过程中应设置道路路拱，路基两侧还应设置排水沟，保证可将雨水排至路基外。灰土养护期间还需进行交通管制，保证不破坏路基结构。

2.3 管廊软基处理

2.3.1 管廊工程概况

航站区综合管廊分为1#、2#2个主管廊,另有5个支管廊与其相连。支管廊形状为长条形,位于T1、T2航站楼之间。1#、2#综合管廊长度约3 km，支管廊度长度合计580 m。

2.3.2 管廊软基概况

结合地勘资料，部分管廊地基承载力小于设计要求的200 kPa，土质情况基本为压实填土、耕植土、粉质黏土、黏土。

2.3.3 软基处理选型

管廊地基承载力要求为200 kPa，地基承载力要求高。处理此类较深的软基的办法主要有高压旋喷桩、水泥搅拌桩、CFG桩、刚性桩等方法。若采用高压旋喷桩及水泥搅拌桩的方法，由于地承载力要求高，桩径分布密集，工程造价高。由于综合管廊布置狭长，且穿插于服务大楼、航站楼、高铁、停车楼，在其施工过程中需尽可能的减小对临近施工建筑的影响，刚性桩的施工对周边已施工的建筑影响较大，结合此工程特点，采用旋挖钻孔的CFG桩。CFG桩的桩身强度为C20，桩直径0.6 m，桩间距1.7 m，按等边三角形布置，桩身进入持力层深度不小于0.5 m；布置在基底范围内并向两侧各增加一排CFG桩。预估桩长12～20 m。采用此种方法的施工对周边环境影响小，且经济效果较好。

2.3.4 管廊软基处理

钻机就位时必须保证平稳，不发生倾斜、位移，为准确控制钻进深度，应在机架或机管上做出控制标尺，以便施工中观测、记录。钻进含有石块较多土层时，或含水量较大的软塑黏土层时，必须防止钻杆晃动引起的孔径扩大。钻到预定深度后，必须在孔底进行空转清土，然后停止转动。孔底虚土厚度超过质量标准时，要分析原因，采取措施进行处理[3]。混凝土的浇筑应连续进行，分层振捣密实。桩顶较设计标高至少超灌0.5 m，以保证在凿除浮浆后桩顶标高能够达到设计要求。

2.4 高架桥引桥段及U型槽段挡土墙的软基处理

2.4.1 挡土墙的工程概况

本工程路基挡土墙设置主要为衔接T1、T2高架桥及1～4号隧道。挡土墙形式主要分为悬臂式挡土墙和重力式。挡土墙高小于2.0 m时，采用C20混凝土重力式挡土墙；墙高大于等于2.0 m，小于7.0 m时，采用C35钢筋混凝土悬臂式挡土墙。其中悬臂式挡土墙339.4 m，重力式挡土墙258.97 m。

2.4.2 挡土墙的软基概况

根据挡土墙处地质补勘情况，发现挡土墙下方土体为素填土、粉质黏土、黏土、风化岩石。人工填土(厚4.50～18.00 m)填筑时间不到3年，尚未完成自重固结，土质均匀性及密实性较差，以松散状态为主。挡土墙下方存在软弱土层，地基承载力小于设计要求的150 kPa。

2.4.3 软基处理选型

挡土墙地基承载力要求150 kPa，地基承载力要求较高、采用搅拌桩类或CFG桩的工程造价较高。挡土墙周边无大型建筑物，刚性桩的锤击施工不会对周边环境造成较大影响且刚性桩工程造价低，故挡土墙的软基处理采用预制管桩。预制管桩采用等边三角形布置，桩间距1.0 m，桩径φ0.5 m，桩端持力层为中风化以上岩层。

2.4.4 挡土墙的软基处理

预制管桩在施工前也应进行试桩，以确定工艺参数；沉桩过程中，测量人员要定期校核桩身的垂直度，超过设计偏差后，应立即停止修正。因施工原因造成的上、下桩断头间隙可采用钢片填实焊牢。如果在沉桩过程中遇到大的孤石，可采取提前引孔措施。沉桩的过程中应加快施工，间歇时间不得过长。穿过较难穿透土层时，接桩时应保证桩尖已穿越该土层。合理编排施工计划，材料进场计划，保证桩机进场后可持续施工作业。

3 结束语

成都天府国际机场根据不同部位的工程特点，有针对性地选用了多种不同的软基处理方案，运行一年以来，各部位地基稳定可靠。软土地基在机场建设中常不可避免，必须结合工程实际情况、地基承载力的设计要求、地勘资料，综合考虑工期、成本及质量等因素，寻求切实可行的软基处理方案。软土地基的处理多种多样，需要在工作中不断探讨，不断研究，以此推动整个行业的技术进步与发展。