厦门翔安新机场水泥搅拌桩施工工艺研究

厦门新机场用地大部分由填海造地形成，场地经过前期工程堆载预压或强夯和振冲后，部分淤泥层厚度超过10 m的软基工后沉降仍不满足机场飞行区用地要求，需要进行二次处理。以厦门新机场建设项目的前期工程“厦门新机场地基处理试验段工程”为例，研究深层地基二次处理中的水泥搅拌桩施工工艺应用。

填海造地；

机场建设；

地基处理；

施工工艺

TU745.5 B

［定稿日期］2023-02-07

［作者简介］叶青（1972—），男，本科，工程师，从事民航工程建设管理工作。

水泥土搅拌桩对于机场场区是一种较实用的深层地基处理方法，其施工周期相比堆填预压、换填、强夯置换等工艺较快。地基处理完成后，地基整体性较好，有较高的地基承载力，从而达到减少地基沉降的目的。通过在工程实施中选取具有代表性的区域实施湿法施工，运用水泥土搅拌桩进行地基处理试验性施工。并针对该试验区水泥土搅拌桩工艺实施中存在的问题进行专项调整，在试验小区完结后开展水泥土搅拌桩大面积施工，确保了桩径、成桩质量、桩体垂直度、复核地基承载力、单桩承载力、桩体水泥土无侧限抗压强度等一系列质量控制项均符合设计及规范要求。

1 工程概况

厦门新机场工程选址在翔安大嶝岛与小嶝岛之间的浅滩区域，规划占地面积31.0 km2，填海面积26.0 km2，厦门新机场是福建民航机场建设“十三五”规划的重点项目，为4F类区域性枢纽机场和国际机场，规划4条跑道。一期工程将建设面积550 000 m2的主航站楼、196个机位的站坪、2条远距跑道。其中，北1跑道按飞行区最高标准4F建设，长3 800 m。同时将新建80 000 m2综合交通中心、180 000 m2的停车楼以及空管、航油、航司基地等配套工程。建成投运后，飞机年起降可达38万架次/年，旅客吞吐量4 500万人次/年，货邮年吞吐量75万吨/年（图1）。

新机场用地大部分由填海造地形成，一期工程约3.0 km2，经填土（石）围堤进行场地围闭后吹填疏浚泥形成陆域，采用排水固结堆载预压处理后，现状标高约5.3 m。现状地面下、疏浚泥顶面以上有1.5～3.0 m厚回填砂层。一期工程之后分期开展了7.58 km2和15.00 km2场地吹填砂造陆及地基处理工程，吹填砂层主要采用强夯或振冲法处理，下卧海积淤泥层主要采用排水固结法处理（图2）。

厦门新机场场内原海域、滩涂的表层普遍分布有淤泥、淤泥混砂、砂混淤泥等软土层，软土厚度分布不均，最厚处超过17 m。这些软土具有含水率高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差、抗剪强度低、触变性及流变性强的特征，物理力学性质差。根据现场沉降监测及计算研究，部分淤泥层厚度超过10 m场地软基的工后沉降不满足机场飞行区用地要求，需要进行二次处理。其中深层地基二次处理现场试验有2項研究方案，分别为超深淤泥跑道区二次预压处理和搅拌桩复合地基处理。本文主要介绍搅拌桩复合地基施工浆液搅拌法（湿法）。

工程建设用地为大规模填海造地，地质条件复杂，处理难度大，国内可借鉴的工程案例较少。工程实施过程中，部分处理指标达到民航业相关评定标准和规范较为困难。为提高机场后续建设效率，保证工程质量，节约工程投资，拟结合水泥道面等试验段施工中遇到的地基处理相关技术问题，开展地基处理试验研究，以明确后期地基处理设计、施工及检测中的相关技术指标，为后续设计、现场施工管理及验收提供基础性参数。

2 设计要求

2.1 原设计方案调整

原单轴搅拌桩试验区局部区域存在影响成桩的土工编织袋（物）、土工格栅等障碍物，单轴搅拌桩因本身动力头最大功率和机械构造受限，无法突破原造地施工所产生的地下障碍物，现场选取存在土工格栅区域进行三轴搅拌桩工艺试桩，验证三轴搅拌桩处理方案的可行性。根据三轴搅拌桩试桩检测结果，三轴搅拌桩处理方案在土工格栅区域可行。经各方讨论，原单轴搅拌桩试验区调整为三轴搅拌桩试验区，分为B区和过渡段C区（图3、图4）。

2.2 三轴搅拌桩设计技术要求

（1）试验B区面积490 m2，布桩间距2.5 m×2.0 m，矩形形布置（5行×19列）。

（2）试验C区紧邻试验B区，面积392 m2，采用长短桩方案，总排数4排，桩间距2.5 m×2.0 m，排间桩长递减1.0 m。

（3）搅拌桩施工工作面标高7.45～7.55 m，设计桩顶标高7.0 m，以上为空桩段，实桩长25.0 m，搅拌桩桩端穿透淤泥层进入淤泥下卧层深度不小于2.0 m。

（4）搅拌桩多桩复合地基承载力特征值暂定≥170 kN；
桩身水泥土强度暂定为90天强度≥1.5 MPa，换算28天强度≥1.0 MPa。

（5）搅拌桩成桩后开挖至设计桩顶标高7.0 m，检测完成后桩顶铺双向土工格栅1层、碎石垫层厚0.3 m，填预压荷载模拟填土5.0 m（不作压实要求）。

（6）成桩工艺试验，研究水泥掺量、外加剂掺量等，如表1所示。

3 工程特点及重难点

3.1 复合地基差异沉降

深层地基二次处理采用搅拌桩复合地基处理区与二次堆载预压处理区之间的差异沉降过渡区处理是需要试验并解决的重要问题。

3.2 工期紧，任务重

本工程计划总工期为270天，扣除监测检测时间外，工期相当紧张。如何通过人、财、物的合理投入和有力的保证措施，进行科学的策划、组织、管理，高效的协作和实施，严密的计划管理，提高劳动生产率，使工程按照业主的要求提前完成，是本工程项目管理的主要特点。

4 施工方法或操作要点

4.1 施工方法或操作要点

施工工艺流程见图5。

4.1.1 测量放线、定位

测量放线前进行场地清理、平整。根据控制桩以轴线引出桩位，可用小木桩定桩。轴线桩与桩位桩放样完成后，报监理单位复验。

4.1.2 钻机就位、调平，开挖溢流槽

移动搅拌桩机到指定桩位，进行对中。调平采用经纬仪或双线锤控制导向架垂直度。桩沿轴线及垂直轴线方向偏差均不大于50 mm，垂直度偏差小于1%。同时进行溢流槽开挖作业，溢流槽应高于桩顶设计标高45～55 cm。

4.1.3 切土钻进（搅拌、喷浆）至设计孔深

按照设计要求控制水灰比及每米深层搅拌桩水泥用量，先加清水再加水泥，控制好水泥浆配比，并适当保证一定余量。避免浆液供应不足断桩，浆液过多产生沉淀和浓度不足的情况。检查喷嘴及压力是否達到设计要求。

启动搅拌桩机转盘，待搅拌头转速正常后，方可使钻杆沿导向架下沉。搅拌下沉的同时喷浆，保证均匀下沉，下沉速度不应大于1.0 m/min，使水泥浆与土体充分拌合，施工过程中做好钻杆钻进及提升速度和深度记录，水泥注入量、搅拌桩长度及标高等记录。施工中应保持桩位对中、桩头底盘水平和桩架的垂直度，成桩采取“两搅两喷”的方式进行（图6）。

4.1.4 搅拌提升、喷浆至地面

下沉到达设计深度后，边喷浆搅拌边提升钻杆，提升速度不应大于1.5m/min，使浆液和土体充分拌和，直至提升至地面。为保证桩端桩顶及桩身质量，提钻时应在桩底部搅拌喷浆停留30s。

4.1.5 清理钻杆、喷嘴

施工完整根桩后，低压喷水清洗钻杆喷嘴，清理杂物。移动桩机至下根桩位，重复以上步骤进行下根桩的施工。

4.1.6 清理桩头至设计高程并平整场地，土工格栅铺设

因场地整平标高比设计确定的桩顶标高高出45～55 cm，且桩制作时施工到地面，在施工溢流槽45～55 cm范围内，因上覆土压力较小，搅拌质量较差，宜采用人工开挖方式将上部溢流槽范围内桩身质量较差的桩段挖去，以保证桩头质量。清理桩头至设计高程后按照设计要求进行场地平整。

搅拌桩检测完毕后在桩顶铺设1层双向经编土工格栅，所用材料要求为涤纶、腈纶或锦纶长丝，不得采用聚乙烯或聚丙烯材料，要求双向抗拉强度≥50 kN/m，延伸率为10%，格栅孔眼尺寸小于20 mm。

起始位置用铆钉将其固定，然后用人工将土工格栅缓缓向前拉铺，每铺设10 m左右进行调直，直至一卷格栅铺设完成后，再铺设下一卷。铺设时应拉直、平顺，紧贴下承层，不得出现扭曲、褶皱、重叠，避免过量拉伸从而避免超过其强度和变形的极限导致产生破坏或撕裂。

锚钉锚固间距1 m，呈正方形布设。锚钉采用8钢筋弯制成U型，采用倒扣的形式锚固土工格栅，避免平行滑移。格栅铺设搭接宽度应不小于20 cm，用8号铁丝呈“之”字形穿绑。

4.1.7 碎石垫层

水泥搅拌桩复合地基宜在基础和桩之间设置褥垫层，碎石垫层厚0.3 m，桩顶碎石垫层选用粒径20～40 mm的碎石。

4.1.8 堆载体填筑

填筑5.0 m预压荷载模拟填土。分层控制填土标高，每侧各超宽50 cm。自卸车按计算出的间距卸料，推土机推平，不作压实要求（图7）。

4.2 材料及机具设备

（1）主要原材料。选用P.O 42.5R普通硅酸水泥拌制浆液。

（2）主要机械设备见表2。

（3）主要仪器设备。全站仪1套，经纬仪1套，50 m钢卷尺，双管单动取样器等检测设备。

5 施工质量控制

5.1 施工时参照的部分文件及规范

民用机场飞行区土（石）方与道面基础施工技术规范、建筑地基处理技术规范、复合地基技术规范、民用机场飞行区技术标准、土工试验方法标准、厦门新机场地基处理试验研究现场试验施工图设计等。

5.2 质量控制措施

5.2.1 施工技术要求

（1）三轴搅拌桩每幅成桩3根，单桩直径为850 mm。3幅搅拌桩施工为3根桩同时工作，3根桩为1幅，轴与轴间搅拌叶片存在咬合，咬合部分宽度（桩间搭接长度）为250 mm（图8）。桩径允许偏差为4%，且平均桩径不得小于设计值。

（2）水泥采用P.0 42.5R普硅水泥，可根据现场施工情况适当调整。

（3）三轴水泥搅拌桩采用“两喷两搅”工艺，在下沉和提升过程中均应注入水泥浆液，注浆压力1.0～1.8MPa。搅拌桩在砂层范围，下沉和提升速度可适当采用较大速度；
而在淤泥层范围，下沉和提升速度采用较慢速度，保证淤泥层成桩质量。

（4）若出现堵管断浆等现象，立即停泵查找原因进行处理，待故障排除后钻具下沉或提升1 m方可喷浆，保证断浆处上下搭接长度不小于1 m。

（5）搅拌桩工作面以下4.0 m范围，搅拌桩施工如遇混凝土块等障碍物时，要求搅拌桩施工前挖除砼块等障碍物并换填土方后施工搅拌桩。

（6）每延米每幅搅拌桩施工地表隆起量暂估为0.3 m3。

（7）桩顶铺设双向经编土工格栅一层，所用材料要求为涤纶、腈纶或锦纶长丝，不得采用聚乙烯或聚丙烯材料，双向抗拉强度≥50 kN/m，延伸率为10%，格栅孔眼尺寸小于20 mm。桩顶碎石垫层选用粒径20～40 mm的碎石。

（8）水泥土搅拌桩对水泥压入量要求较高，必须在施工机械上配置经国家计量部门认证的监测仪器进行自动记录，降低人为干扰施工质量。

（9）施工中所使用的水泥应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送浆应连续进行。拌制水泥浆液的罐数、水泥和外掺剂用量、泵送浆液的时间、喷浆量以及搅拌深度应记录。

（10）对输浆管经常检查，不得泄漏及堵塞。湿喷管应保持潮湿，以利输浆，如因故停机达3 h，应拆卸输浆管清洗，以防止浆液硬结堵管。

5.2.2 检测技术要求

（1）搅拌桩施工质量检验满足规范及设计要求。

（2）试验B区成桩14 d、28 d、90 d后分别采用双管单动取样器取芯，评价搅拌桩均匀性，检测水泥土无侧限抗压强度，每龄期、每组配合比搅拌桩检测数量各不少于3根（不同幅搅拌桩）。检测水泥土无侧限抗压强度，每根桩位于淤泥层的水泥土抗压强度试验取样不少于2个，其他土层不少于1个。

（3）试验B区搅拌桩成桩28 d后每组配合比各选取不少于3幅搅拌桩进行多桩复合地基承载力试验，承压板面积2.5 m×2.0 m（长×宽）。

（4）过渡处理区C区搅拌桩成桩28 d后各设计长度搅拌桩采用双管单动取样器取芯，评价搅拌桩均匀性，检验水泥土无侧限抗压强度，检测数量各不少于3根（不同幅搅拌桩）。

5.3 质量隐患预防

试验B、C区设置12组（每组2块）沉降监测点，监测上部填筑期间，搅拌桩顶、桩间的沉降量，填土施工期间每天观测1次，填土间歇期每3天观测1次，土方填筑完毕后每周观测1次，监测周期暂估7个月。

6 安全环保措施

6.1 防台风施工措施

（1）成立防汛防台风领导机构，制定应急预案，建立值班制度，落實防汛防台风责任、资金和各项防范措施，彻底排查和消除工地安全隐患，做好防汛防台风设施、物资的准备工作，出现较严重气象灾害时，立即停止施工，确保安全。

（2）台风到来之前，对抗风能力不足的设施等进行临时加固，确保设施稳固牢靠。台风过后要立即对所有设施进行仔细检查，发现问题及时处理。

（3）加强对大型机械设备安全管理。排查所有大型机械设备，重点检查大型机械设备的基础等涉及稳定的关键设施。对存在问题的，及时采取加固措施。六级风或暴雨时，一律停止所有作业，保证安全。在台风来前大型机械停止作业，并停在基础稳固的位置。施工用的小型机具、零星材料要堆放加固好，不能固定的东两要及时搬到建筑物内。

（4）注意及时了解气象灾害预警信息，根据天气变化及时做好工地防台风工作。

（5）及时排除险情，做好抢险救灾准备工作，及时上报灾情险情。

6.2 三轴水泥搅拌桩机安拆

（1）机械设备进场需造册登记，安装前须认真检查特种机械的性能是否完好，有检查记录，产品合格证或法定检验检测合格证，不准将带病、残缺的机械投放到施工现场。

（2）由持证上岗的安装人员按规定进行安拆，必须对桩机的结构和运行情况了解，了解桩机的构造、性能，熟知操作规则，严格遵守安全操作规程。安装调试完毕，须组织有关单位进行验收，或者委托具有相应资质的检验检测机构进行验收。使用承租设备的，由承租、出租和安装单位共同验收，报监理核准，合格后方能使用。

（3）所有作业人员必须戴好安全帽和防护手套，桩架搭拆人员必须系好安全带，穿防滑鞋，工作前不得饮酒。

7 结束语

通过强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基土强度和增大变形模量。整个工程实施过程和质量同时满足了试验段研究目的和验收标准要求，安全文明、防疫方面未出现一例事故。搅拌桩二次处理试验方案验证成果施工总结为：25.0 m水泥搅拌桩＋0.3 m碎石垫层＋土工格栅＋5.0 m堆载预压复合地基处理试验方案。

（1）单轴水泥搅拌桩改三轴水泥搅拌桩方案是可行的，能有效成桩并突破原造地顽固障碍物，沉降收敛效果达到预期。

（2）水泥搅拌桩施工在成桩时，桩径范围因沙土地及未完全固化会产生约55～120 mm塌陷。试桩时只需在搅拌注浆过程中往塌坑内补充砂土即可；
施工后期则可根据情况提高起钻面高程，开挖溢流槽。

（3）基于吹填砂层的密实状态和造地时的复杂工部，原设计单轴水泥搅拌桩受限于机械构造和最大功率，难以突破标准贯入值大于26击的密实吹填砂层，且易被淤泥层的顽固障碍物阻碍而无法施工；
因此，采用了更大功率，钻杆更粗壮坚固的三轴水泥搅拌桩机。在浆液配制与现场施工上，后期仍应根据地质情况进行试桩验证，加强现场质量与工艺控制。

（4）在施工工艺选择上，应结合建设周期、工程投资造价控制、地质条件和适应性进行综合考虑，可参考三轴水泥搅拌桩、碎石桩、振冲、强夯、水泥管桩、CFG桩等进行选择，或组合采用。

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