安康机场迁建项目膨胀土高填方工程原地基处理试验研究与方案选型

安康机场迁建项目膨胀土高填方工程原地基处理试验研究与方案选型

庞永锋詹红杨林康

陕西建工机械施工集团有限公司安康迁建项目经理部陕西安康725000

摘要：安康机场迁建项目膨胀土高填方试验段填筑体为弱-中性膨胀土，最大填筑高度47m，整体施工难度大，对原地面地基承载力、变形要求高，为了确保原始地面地基处理效果满足设计要求，充分考虑了项目特点、土质条件、含水量等多方面因素，选择多种地基处理方案进行试验研究，总结了适宜的施工技术指标，为后续大面积施工确定了施工方法、工艺参数、检测方法及标准。

关键词：高填方；膨胀土；试验

1工程概况

安康机场迁建项目膨胀土高填方试验段位于罗家河河谷地带，最大填筑高度47m，回填方量约780万m3。试验段填筑体原地面处理范围涵盖谷底河漫滩、两侧坡地等区域，处理面积约20万m2，罗家河河道和一级阶地主要为全新统冲积粉质粘土、卵石，下部可见第三系砂质泥岩、砂岩、砾石，河床沟底有出露，台地、土梁区域由上更新统和中更新统冲洪积粉质粘土、粘土、碎石及第三系砂质泥岩组成，河道周边分部大量泥塘，塘底部及阶地上的水田表面为淤泥，堰塘坝体、民房周围、道路两侧等分布有填土。饱和淤泥质土、膨胀土大面积分析，地形、地质条件差异性大，对施工工艺方案的处理效果、适用性要求高。本文通过对多种地基处理方案进行试验研究，总结出适宜的施工工艺方案和参数指标，为后续大面积施工确定了施工方法、工艺参数、检测方法及标准。

2试验技术路线

根据勘察报告选择具有代表性的试验区域→原始土体土性、力学性能测试→埋设空隙水压力监测计（普通强夯、置换强夯区）→工艺性试验→试验检测→综合分析确定施工方案、施工工艺参数。

3试验参数

3.1振动沉管砂石挤密桩

4施工工艺流程及质量控制要点

4.1振动沉管砂石挤密桩

4.1.1施工工艺流程

平整场地→测量放样→机具就位→振动沉管至设计标高→加料→拔管→桩管下压→拔管→机具移位→铺设0.5m厚砂砾石褥垫层→整平、碾压→检测

4.1.2质量控制要点

1）桩体选用一定级配且不易风化的砾石，粒径宜为20〜50mm，含泥量不大于5%。

2）根据设计参数和地层情况选用合适的桩基施工机械。正式施工时，要严格按照设计的桩长、桩径、桩间距、砂石灌入量以及试验确定的桩管提升高度和速度、振密挤压次数和留振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工，以确保砂石桩桩身的均匀性和连续性。

3）应保证设备平稳，导向架与地面垂直，垂直偏角不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在±20mm以内，桩长偏差不大于100mm。

4）振动沉管砂石桩施工采用重复压拔管法。提升和反插速度必须均匀，反插深度由深到浅，每根桩应保证设计桩长和砂石灌入量。桩底1.5m范围内宜多次反插，以扩大桩的端部断面，穿过淤泥夹层等软基地层时应放慢拔管速度，并减少拔管高度；振动成桩至地面时应向下复振1m，确保地表不产生缺砂石的凹桩。

5）砂石桩施工顺序从四周向中间，由两侧向中间，采用间隔跳打的方式，进行。

6）施工过程中严格记录各项施工参数及施工情况。

4.2普通强夯

4.2.1施工工艺流程

平整场地→标高测量、一遍夯点定位→第一遍点夯施工→间歇期→推平、标高测量、第二遍夯点定位→第二遍点夯施工→间歇期→推平、标高测量→普夯施工→推平、标高测量→检测

4.2.2质量控制要点

1）在施工前要先检查锤重和自动脱钩装置的稳固情况，确定的能量是否正确，夯机站稳站正后，方可进行施工。

2）夯前测量原地面标高和锤顶标高，每击完成后再测量锤顶标高，计算每一击夯沉量，填写强夯施工记录，严格按照设计及规范要求控制夯击数。在锤体倾斜时要注意测量锤体中部的平均标高，锤底倾斜超过30°时还要填料或修整处理。

3）第一、二遍点夯施工要有一定的间歇，间歇期时间长短取决于土中超静孔隙水压力的消散时间。施工过程中根据孔隙水压力计读数，孔隙水压力消散80%，方可进行第二遍强夯施工。

4）对于施工过程中区第一遍、第二遍点夯过程中夯坑总夯沉量过大并发生提锤困难等情况，应联系设计单位现场查勘，根据设计意见进行后续施工。

5）施工过程中严格记录各项施工参数及施工情况。

4.3置换强夯

4.3.1施工工艺流程

平整场地→铺设1m厚砂石料→标高测量、第一遍夯点定位→第一遍点夯施工（过程配合填料）→标高测量、第二遍夯点定位→第二遍点夯施工（过程配合填料）→普夯施工→推平、标高测量→铺设0.6m砂石褥垫层→整平、碾压→检测

4.3.2质量控制要点

1）施工前平整施工场地，先铺设一层厚度为1.0m的砂砾垫层。墩体材料采用级配良好的砂砾石，粒径大于300mm的颗粒含量应小于30%。强夯置换完成后顶面铺设60cm厚级配砂砾石垫层，压路机碾压不少于2遍，砂砾石粒径应不大于100mm。

2）在施工前要先检查锤重和自动脱钩装置的稳固情况，确定的能量是否正确，夯机站稳站正后，方可进行施工。

3）置换强夯用锤应满足锤底基底静压力值不小于80KPa。

4）夯前测量原地面标高和锤顶标高，每击完成后再测量锤顶标高，计算每一击夯沉量，填料过程及时计量，填写强夯施工记录，严格按照设计及规范要求控制夯击数。在锤体倾斜时要注意测量锤体中部的平均标高，锤底倾斜超过30°时还要填料或修整处理。

5）每个夯点夯击达到设计墩长，强夯能级3000kN•m设计墩长为4m，4000kN•m设计墩长为6m。累计夯沉量不应小于设计墩长的1.5倍。

6）当夯坑过深发生提锤困难时停夯，向坑内填料至与坑顶齐平，记录填料数量并如此往复直至满足规定的夯击次数及停锤控制标准，完成一个墩体的夯击。当夯点周围软土挤出，影响施工时将软土清除，继续施工。

7）按由内而外，隔行跳打原则，完成全部夯点的施工。

8）施工过程中严格记录各项施工参数及施工情况。

5试验检测方法与设备

5.1.浅层平板荷载试验

在8个试验区天然土及处理后的地基土上进行静载试验，分别为沉管挤密砂石桩复合地基静载试验、沉管挤密砂石桩单桩静载试验、强夯夯点（墩体）静载试验，夯间静载试验。试验承压板为圆形钢板，反力系统由支撑钢梁、平台和堆重材料组成，加载系统由液压千斤顶、压力表等组成，观测系统由基准梁、30mm百分表及其连接件等组成。试验所用的千斤顶和百分表均经计量部门鉴定合格。

5.2重型动力触探试验

重型动力触探试验的设备主要由触探头、触探杆及穿心锤三部分组成，落锤升降由钻机操纵。现场钻孔及动力触探试验采用DPP-100-3E及北探XY-1B型钻机。

5.3孔隙水压力测试

孔隙水压力测量主要采用长沙亿拓传感科技有限公司生产的YT-YL-0100系列孔隙水压计。

6试验检测效果分析

6.1试验结论

6.1.1承载力试验

沉管挤密砂石桩各试验区承载力统计后见表1，强夯各试验区的承载力统计后见表2。

沉管挤密砂石桩承载力统计表表1

6.1.2强夯试验区土工试验

同夯前土层相比较，经过不同能级的强夯处理后，粉质粘土层的多项物理力学性质指标均有提高，强夯法处理本场地是行之有效的；但是对于普通3000KN.m区强风化、弱风化泥岩层处理后多项物理力学性质指标反而降低，此类浅埋地层不适用于强夯。

6.1.3强夯重型动力触探试验

结果表明H2-1、H2-2试验区置换强夯处理后桩间土的密实度稍有提高，加固效果较低；H1-2区可能由于泥岩层较浅，受强夯的影响岩石整体性受到影响，夯间及夯点的动力触探试验击数比天然土的击数低；H1-1试验区击数增大，粉质粘土区域处理效果明显。

置换强夯试验区及普通强夯3000KN•m试验区由于岩石层埋深较浅，难以判断强夯影响深度；普通强夯2000KN•m试验区强夯影响深度约3.0m～4.0m。

6.1.4沉管挤密砂石桩重型动力触探试验

结果表明：各个试验区桩间土、桩体在0.0～4.0m范围内有较大幅度的调高，个别部位提高幅大很大，可能与动力触探试验距离桩的距离有关系，与桩越近击数越大，也受到土中的砂石的影响。相应在较深的部位提高较小，因为天然土层比较密实。S2区底部提高幅度为负值，可能与S2试验区地层性质有关系。

砂石桩施工后桩间土比施工前天然土在密度、孔隙比、压缩模量等指标上均有提高，但提高幅度不大；桩距越小，提高幅度越大；深度越大，提高幅度越小。

6.1.5空隙水压力监测

本次共进行了12处孔隙水压力监测（每区3处）。通过孔压的测试来确定强夯施工合理间歇施工周期。实际水压力读数减掉原始读数后与观测天数绘制的趋势线见图1，根据图示表明每次强夯后孔隙水压力增大，随着时间慢慢消散，置换强夯试验区第一次强夯完成后7～15天孔隙水压力基本消散80%以上，第二次强夯5～12天孔隙水压力基本消散80%以上，25～30天孔隙水压力基本消散95%。普通强夯试验区天然土含水量较低，水压值变化幅度非常小。

图1孔隙水压力消散图

6.1.6试验数据异常情况分析

在施工过程中及试验单位钻孔过程中发现，普通强夯3000KN•m试验区上部为泥质岩，强度较高，而强夯后泥质岩结构破坏，强度降低，导致天然土的动力触探试验及承载力偏高于处理后的地基土；2000KN•m试验区场地中心区域为泥质岩，强度稍高，周围为黏土，天然土试验钻孔处于中心区域，静载试验及动力触探试验稍偏试验区边缘，强夯后中心区域泥质岩结构破坏，边缘的黏土强度加强，导致静载试验及动力触探试验数据相对提高，而土工试验数据降低。

7方案选型

通过工艺性试验设计、施工及检测数据分析，并结合现场实际以及经济效益分析综合考虑，最终确定了试验段原地基处理方案及相关施工技术参数。

7.1振动沉管砂石挤密桩

通过检测数据分析，考虑施工效果以及现场实际情况来看，该工艺处理效果不明显，砂石料使用要求高、难度大，施工效率低，造价费用高，且极易在填筑体内部形成竖向排（回）水通道，综合考虑后不使用该工艺方案。

7.2强夯置换

采用3000KN.m和4000KN.m两个能级，具体根据区域地质情况结合墩长综合选择，主要用于两个方面：1道槽影响区原地基处理；2含水量过大（大于20%）的高填方坡脚地基处理。

7.3普通强夯

采用2000KN.m和3000KN.m两个能级，具体根据区域地质情况和设计要求综合选择，主要用于两个方面：1道槽影响区挖填交接面的搭接部位处理；2含水量适宜的填方高度大于15m的高填方坡脚地基处理。

7.4施工参数优化与调整

结合试验检测情况对以下参数进行调整：

1.夯点间距由原设计5m，调整为4.5m；

2.设计墩长：3000KN•M由原设计4m调整为3m；4000KN•M由原设计6m调整为5m。

8结语

安康机场迁建项目地形地质情况十分复杂，项目施工难度和技术风险巨大，整个项目高填方体量大，挖填高度大，场地中-弱性膨胀土大面积分布，膨胀土高填方、高边坡的变形与沉降稳定性问题是非突出。针对不同地质状况（差异性大）采取何种经济合理、技术可行的最优施工工艺方案显得尤为重要。

本工程为了解决上述难题先后选用多种工艺方案、参数，选取有代表性的场地进行试验研究，完成工艺性试验的设计、施工、监测与检测分析工作。为后续大面积施工方案的选择奠定了基础，确保项目建设方案的选择在兼顾经济性、适用性的前提下更有针对性。这些试验分析研究对于整个机场项目建设乃至类似地形地质条件下施工方案的选择有很强的指导、借鉴意义。

参考文献：

[1]安康机场迁建工程沉管挤密砂石桩及强夯地基试验报告，陕西陕西海嵘工程试验检测有限公司，2017.2.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范：JGJ79—2012.北京：中国建筑工业出版社出版发行，2012.