陳澤銘

(中交二航局第一工程有限公司，湖北 武漢 430000)

1 應(yīng)用背景

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)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(kuò)底樁、X型樁、大直徑空心管樁等，以及樁身材料的改變?nèi)绺仓窆?jié)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(yán)重。

基于經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、充分利用廢棄渣土的理念，中科院武漢巖土所提出了穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁這種新型的地基處理方式。穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁是一種用于軟土地基處理的新型預(yù)制樁，該樁通過在經(jīng)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(yù)制成強(qiáng)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(qiáng)強(qiáng)度，并滿足水穩(wěn)性的要求，采用高壓擠壓的方法提高樁體的強(qiáng)度，室內(nèi)試塊強(qiáng)度試驗(yàn)表明，樁身強(qiáng)度可達(dá)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(xiàng)目，北起龍陽湖北路，南至四新南路，主要建筑內(nèi)容包括：道路、橋梁、排水、交通、照明、綠化等工程。由于既有地質(zhì)多為軟弱地基，需進(jìn)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(chǎng)內(nèi)土方平衡后依舊有大量棄方需要外運(yùn)。

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(yù)制樁重疊，可以用預(yù)制樁替代。因此，項(xiàng)目利用穩(wěn)定土擠壓樁軟基加固的新工法替代原設(shè)計(jì)樁，從而達(dá)到有效利用現(xiàn)場(chǎng)外棄土方資源進(jìn)行內(nèi)部能源轉(zhuǎn)化的效果；同時(shí)減少了水泥使用量，節(jié)約了工程建設(shè)成本。

3 技術(shù)特點(diǎn)

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

該樁的優(yōu)點(diǎn)為：①經(jīng)濟(jì)環(huán)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(huán)保作用；②預(yù)制樁質(zhì)量可控：樁體工廠化預(yù)制，質(zhì)量可視可控；③樁身抗壓強(qiáng)度高，可提供較高的單樁承載力。

4 實(shí)施方案

4.1 施工準(zhǔn)備

(1)通過試驗(yàn)段實(shí)施，總結(jié)出了一套穩(wěn)定土擠壓固化樁試驗(yàn)方法和參數(shù)，包括單樁樁長(zhǎng)、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(yàn)段對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定土擠壓固化樁施工選用YTHZ200液壓履帶式夯擴(kuò)樁機(jī)，施工工藝為振動(dòng)沉管。

(2)施工前對(duì)導(dǎo)線、中線及高程的復(fù)測(cè)以及水準(zhǔn)點(diǎn)的復(fù)測(cè)與增設(shè)。記錄并整理所有測(cè)量結(jié)果后送監(jiān)理工程師批準(zhǔn)[3,4]。

(3)將現(xiàn)場(chǎng)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(yù)制成強(qiáng)度較高的混合土樁節(jié)。圖1為穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖1 穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁

(4)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的樁段逐節(jié)進(jìn)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(jié)樁進(jìn)行鉆芯檢測(cè)，每節(jié)樁鉆芯數(shù)量為3個(gè)，展開無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)>2 MPa。

4.2 施工方法

(1)樁機(jī)配套設(shè)備組裝完成后調(diào)試樁機(jī)，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(biāo)識(shí)[5]。將鉆機(jī)移到竹樁標(biāo)記處進(jìn)行樁位對(duì)中，檢查定位完成后的沉管長(zhǎng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求；振動(dòng)錘功率和激振力是否能正常工作；發(fā)電機(jī)是否和樁機(jī)電路接通。準(zhǔn)備就緒后校正調(diào)整設(shè)備垂直度，偏差應(yīng)<1%，鉆機(jī)要墊平穩(wěn)牢固。

(2)振動(dòng)沉管樁機(jī)成孔：采用振動(dòng)沉管樁機(jī)從地表上開始成孔，孔內(nèi)徑為429 mm，引孔至設(shè)計(jì)深度形成有沉管支撐的孔洞。沉管過程中應(yīng)注意保證護(hù)筒的垂直度。為減少相鄰基樁施工造成對(duì)已施工樁影響，施工時(shí)應(yīng)采取跳打施工，確保樁長(zhǎng)符合設(shè)計(jì)要求及樁端插入持力層深度符合要求，并嚴(yán)格控制收錘貫入度。

(3)放置預(yù)制土樁：將預(yù)制土樁分節(jié)放入沉管內(nèi)，預(yù)制土樁在沉管內(nèi)依次疊放形成與設(shè)計(jì)深度一致的混合土擠壓固化樁，在沉管上做好標(biāo)記，以保證其能沉管深度到達(dá)設(shè)計(jì)高程。

(4)拔管：樁節(jié)放置完畢后開始拔管，拔管時(shí)一定要采用靜力拔管，嚴(yán)禁土樁下到孔內(nèi)后再開啟振動(dòng)，避免振動(dòng)拔管，防止將已經(jīng)放入管內(nèi)的穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁振碎。

(5)水泥漿制配：嚴(yán)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(yīng)過篩，并使用自動(dòng)記錄的計(jì)量?jī)x器進(jìn)行用水量控制。水泥漿拌和時(shí)間應(yīng)>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(yù)制土樁之間的孔隙及預(yù)制土樁的接頭間隙位置，漿液固化后樁芯、樁節(jié)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(yīng)從孔底向上注漿，保證水泥漿充盈密實(shí)。

(7)穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁施工期間，根據(jù)樁位布置圖選取合適的三根樁，在樁孔埋設(shè)三根測(cè)斜管，埋設(shè)深度為8 m，監(jiān)測(cè)擠土效應(yīng)對(duì)鄰近樁的影響及位移情況并形成監(jiān)測(cè)報(bào)告。測(cè)斜管埋設(shè)三根樁基完成沉樁后，在樁頂埋設(shè)位移觀測(cè)點(diǎn)，穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁施工期間對(duì)樁頂水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，輔助測(cè)斜管監(jiān)測(cè)。

(8)試驗(yàn)檢測(cè)：土樁成樁注漿后14 d進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，包括單樁承載力(應(yīng)滿足>120 kN的要求)和復(fù)合地基承載力(應(yīng)滿足>120 kPa的要求)。

5 綠色施工效益分析

(1)項(xiàng)目實(shí)施前材料使用量。項(xiàng)目原設(shè)計(jì)軟基處理內(nèi)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(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁施工方案在通過專家論證會(huì)前，現(xiàn)場(chǎng)已施工水泥攪拌樁20萬m。實(shí)際耗用水泥量為：96.65 kg/m×20萬m=1.933萬t。若維持原設(shè)計(jì)方案，后續(xù)水泥需求量為：96.65 kg/m×30萬m+250kg/m×8萬m=4.9萬t。

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

通過穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)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(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁截面積)×38萬m=4.256萬m3。

(3)通過使用穩(wěn)定土擠壓固化預(yù)制樁工法替代水泥攪拌樁、高壓旋噴樁后：節(jié)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(yīng)用前景

穩(wěn)定土擠壓固化樁一經(jīng)問世就得到了廣大巖土工程界專業(yè)人士的認(rèn)可，預(yù)制樁的生產(chǎn)經(jīng)過了多輪次的試驗(yàn)改進(jìn)，已相對(duì)成熟。但由于問世時(shí)間短、施工工藝相對(duì)欠缺，因此開展針對(duì)性的試驗(yàn)研究是非常必要的，需要不同項(xiàng)目根據(jù)地質(zhì)特性進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證，并積累數(shù)據(jù)，以形成完善的施工工法。

7 結(jié)語

黨的“十九大”強(qiáng)調(diào)：建設(shè)生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策。在該指導(dǎo)思想下，通過“穩(wěn)定土擠壓固化樁”的應(yīng)用，施工現(xiàn)場(chǎng)大量減少傳統(tǒng)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(chǎn)，減少了水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染。尤其是針對(duì)市政工程，隨著近年來國(guó)家對(duì)于工程環(huán)保問題的日益關(guān)注以及城市發(fā)展，市區(qū)內(nèi)可滿足需求的棄土場(chǎng)逐漸減少，棄土處理問題日益嚴(yán)峻。該工法對(duì)工程中外棄土方進(jìn)行利用，能夠規(guī)?；{廢棄土，減少對(duì)外部棄土場(chǎng)的需求，形成了現(xiàn)場(chǎng)施工材料內(nèi)部循環(huán)利用的正向閉環(huán)。