稳定土挤压固化桩技术的循环经济效用

陈泽铭

(中交二航局第一工程有限公司，湖北 武汉 430000)

1 应用背景

目前，国内外学者研究的新型桩、新型工艺主要集中于桩的截面形式的改变，如扩底桩、X型桩、大直径空心管桩等，以及桩身材料的改变如根植竹节桩等[1,2]。诸如此类桩的桩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、污染严重。

基于经济、环保、充分利用废弃渣土的理念，中科院武汉岩土所提出了稳定土挤压固化预制桩这种新型的地基处理方式。稳定土挤压固化预制桩是一种用于软土地基处理的新型预制桩，该桩通过在经破碎后的废弃土中添加水泥、石灰等固化剂并搅拌均匀，然后通过高压作用，最后预制成强度较高的桩体。其核心是在废弃土中加入适量的固化剂增强强度，并满足水稳性的要求，采用高压挤压的方法提高桩体的强度，室内试块强度试验表明，桩身强度可达3～8 MPa。

2 工程案例

仙女山路(墨水湖北路—四新南路)工程为武汉市市政PPP项目，北起龙阳湖北路，南至四新南路，主要建筑内容包括：道路、桥梁、排水、交通、照明、绿化等工程。由于既有地质多为软弱地基，需进行软基处理，主要处理方法为换填碎石土、高压旋喷桩及水泥搅拌桩。道路施工多为挖方路基，且还湖工程中需挖除原状土，场内土方平衡后依旧有大量弃方需要外运。

高压旋喷桩及水泥搅拌桩桩体的适用范围和性能刚好与预制桩重叠，可以用预制桩替代。因此，项目利用稳定土挤压桩软基加固的新工法替代原设计桩，从而达到有效利用现场外弃土方资源进行内部能源转化的效果；同时减少了水泥使用量，节约了工程建设成本。

3 技术特点

稳定土挤压固化预制桩地基处理的原理：第一是沉孔过程中对桩周土体的挤压使得土体更加密实；第二在于桩体作为竖向增强体增强地基承载力。

该桩的优点为：①经济环保：可就地取材，废弃土得到利用，相比于水泥土搅拌桩和高压旋喷桩水泥用量少，可以起到较好的环保作用；②预制桩质量可控：桩体工厂化预制，质量可视可控；③桩身抗压强度高，可提供较高的单桩承载力。

4 实施方案

4.1 施工准备

(1)通过试验段实施，总结出了一套稳定土挤压固化桩试验方法和参数，包括单桩桩长、桩径、沉管速度、拔管速度、电流、注浆压力、注浆量、砂浆配比等，并且得到了一套完整的施工工艺。通过试验段对比，现场稳定土挤压固化桩施工选用YTHZ200液压履带式夯扩桩机，施工工艺为振动沉管。

(2)施工前对导线、中线及高程的复测以及水准点的复测与增设。记录并整理所有测量结果后送监理工程师批准[3,4]。

(3)将现场外弃土方破碎后，添加水泥、粉煤灰等固化剂并搅拌均匀，然后通过高压作用，最后预制成强度较高的混合土桩节。图1为稳定土挤压固化预制桩现场图。

图1 稳定土挤压固化预制桩

(4)对进场的桩段逐节进行外观检查，立即废弃有裂缝等缺陷的桩段，不得使用；按1000 m为一批次，每批次抽取3节桩进行钻芯检测，每节桩钻芯数量为3个，展开无侧限抗压强度检测，无侧限抗压强度应>2 MPa。

4.2 施工方法

(1)桩机配套设备组装完成后调试桩机，检查电路及油管是否畅通完好、沉管直径、桩尖磨损情况等，并在沉管上做好深度标识[5]。将钻机移到竹桩标记处进行桩位对中，检查定位完成后的沉管长度是否满足设计要求；振动锤功率和激振力是否能正常工作；发电机是否和桩机电路接通。准备就绪后校正调整设备垂直度，偏差应<1%，钻机要垫平稳牢固。

(2)振动沉管桩机成孔：采用振动沉管桩机从地表上开始成孔，孔内径为429 mm，引孔至设计深度形成有沉管支撑的孔洞。沉管过程中应注意保证护筒的垂直度。为减少相邻基桩施工造成对已施工桩影响，施工时应采取跳打施工，确保桩长符合设计要求及桩端插入持力层深度符合要求，并严格控制收锤贯入度。

(3)放置预制土桩：将预制土桩分节放入沉管内，预制土桩在沉管内依次叠放形成与设计深度一致的混合土挤压固化桩，在沉管上做好标记，以保证其能沉管深度到达设计高程。

(4)拔管：桩节放置完毕后开始拔管，拔管时一定要采用静力拔管，严禁土桩下到孔内后再开启振动，避免振动拔管，防止将已经放入管内的稳定土挤压固化预制桩振碎。

(5)水泥浆制配：严格控制灌浆材料配比，水泥浆液按0.6水灰比拌制，掺入的水泥应过筛，并使用自动记录的计量仪器进行用水量控制。水泥浆拌和时间应>5min，制备好的浆液不得离析。

(6)注浆：向桩芯孔插入注浆管，通过水泥浆泵向芯孔中注入水泥浆，使水泥浆全面充填预制土桩之间的孔隙及预制土桩的接头间隙位置，浆液固化后桩芯、桩节间、桩身与成孔孔壁之间要求必须完全充填，形成整体混合土挤压固化桩。注射水泥浆应从孔底向上注浆，保证水泥浆充盈密实。

(7)稳定土挤压固化预制桩施工期间，根据桩位布置图选取合适的三根桩，在桩孔埋设三根测斜管，埋设深度为8 m，监测挤土效应对邻近桩的影响及位移情况并形成监测报告。测斜管埋设三根桩基完成沉桩后，在桩顶埋设位移观测点，稳定土挤压固化预制桩施工期间对桩顶水平位移进行监测，辅助测斜管监测。

(8)试验检测：土桩成桩注浆后14 d进行试验检测，包括单桩承载力(应满足>120 kN的要求)和复合地基承载力(应满足>120 kPa的要求)。

5 绿色施工效益分析

(1)项目实施前材料使用量。项目原设计软基处理内容为50万m水泥搅拌桩、8万m高压旋喷桩。水泥搅拌桩1 m水泥用量为96.65 kg、高压旋喷桩1 m水泥用量为250 kg。

稳定土挤压固化预制桩施工方案在通过专家论证会前，现场已施工水泥搅拌桩20万m。实际耗用水泥量为：96.65 kg/m×20万m=1.933万t。若维持原设计方案，后续水泥需求量为：96.65 kg/m×30万m+250kg/m×8万m=4.9万t。

(2)稳定土挤压固化预制桩实施后的材料使用情况。稳定土挤压固化预制桩桩身、注浆延米水泥综合用量为42.75kg，稳定土挤压固化预制桩桩身(6m长)的截面积0.112m2。

通过稳定土挤压固化预制桩替代30万m水泥搅拌桩、8万m高压旋喷桩，水泥消耗量为：42.75kg/m×38万m=1.63万t。土方利用量为：0.112m2(稳定土挤压固化预制桩截面积)×38万m=4.256万m3。

(3)通过使用稳定土挤压固化预制桩工法替代水泥搅拌桩、高压旋喷桩后：节约水泥用量为：4.9万t-1.63万t=3.27万t，土方利用量为：4.332万m3。

6 推广及应用前景

稳定土挤压固化桩一经问世就得到了广大岩土工程界专业人士的认可，预制桩的生产经过了多轮次的试验改进，已相对成熟。但由于问世时间短、施工工艺相对欠缺，因此开展针对性的试验研究是非常必要的，需要不同项目根据地质特性进一步的试验验证，并积累数据，以形成完善的施工工法。

7 结语

党的“十九大”强调：建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。在该指导思想下，通过“稳定土挤压固化桩”的应用，施工现场大量减少传统的水泥搅拌桩、高压旋喷桩等工法中水泥的使用量，以需求抑生产，减少了水泥生产过程中产生的污染。尤其是针对市政工程，随着近年来国家对于工程环保问题的日益关注以及城市发展，市区内可满足需求的弃土场逐渐减少，弃土处理问题日益严峻。该工法对工程中外弃土方进行利用，能够规模化消纳废弃土，减少对外部弃土场的需求，形成了现场施工材料内部循环利用的正向闭环。