就地固化技术在平谷门站及进出线工程地基处理中的应用研究

2020-11-26黄文尧张博董楠陈鹏程沈莹宏喆

人民交通 2020年22期

文 / 黄文尧张博董楠陈鹏程沈莹宏喆

北京地区燃气场站项目通常选址于郊区县地域空旷和未完全开发的区域，现状地基常有淤泥质土、人工杂填土和其他不利于直接做基础持力层的土质情况存在，导致燃气场站建设过程中，首先需要对建筑物和构筑物的地基基础和管线的基底基础进行大规模处理，以使其满足地基承载力和沉降控制等需求，保证燃气厂站项目的安全性。

目前，灰土换填和桩基等复合地基处理方式是燃气厂站项目的常规地基处理方式，工程投资较高，环境效益差，且施工工艺复杂、工期较长[1]。随着北京地区安全环保的施工要求逐年提升，尤其是重大社会活动期间管理要求往往提升几个等级，并且重大社会活动密集。由于建设需求，常需要在特殊时期施工，导致需要支付高昂的技术措施费。因此，燃气厂站项目地基处理中存在以下亟待解决的技术问题：适用于各类地质水文条件、造价合理、质量可靠、工期较短、绿色环保的材料和施工工艺。

近些年，基于土壤固化剂的就地固化技术在交通基础设施建设中得到了广泛应用，通过应用研究发现：就地固化技术施工工艺简单、工程造价低、环境效益高，且就地固化的土体整体强度高、均匀性好、沉降小。国外发达国家也将此技术称为21世纪伟大的发明成果，它可以实现依靠天然砂石料到人工合成材料的转变，促进工程建设的发展。但是，就地固化技术在燃气场站中的应用相对较少，应用效果也有待验证[2]。

本文将基于土壤固化剂的就地固化技术实际应用于平谷门站及进出线工程，通过就地固化技术与常规地基处理方案对比分析、施工工艺研究和质量检验标准等，为实际工程应用提供指导，垫定就地固化技术在燃气场站中进行规模化应用的基础。

1 工程概况

本工程位于北京市平谷区，崔杏路东侧，顺平南线北侧废弃鱼塘区域，占地11845.82平米，东西宽约75米，南北长约159米。拟建场区地理位置及周边环境见图1。

图1 拟建场区地理位置及周边环境

表1 建（构）筑物基本设计情况及地基承载力控制要求

拟建门站分为北侧的生产区和南侧的辅助区。生产区内的建构筑物主要有工艺装置区、集中放散区、加臭装置区、进站阀室及气质分析室、一期出站阀区、站内自用气区等，除进站阀室及气质分析室为单层小型建筑物外，其它区域内均为设备基础、管道支架等，没有自重太大的设备，工艺装置区中的汽水换热器是自重最大的单个设备，重量可按50吨考虑。同时还应考虑严格控制沉降的不利影响。辅助区建构筑物主要有综合楼、生产辅助用房、门卫室、消防水池、雨水收集池等。其中综合楼体量相对较大，为地上四层钢筋混凝土框架结构，生产辅助用房、门卫室均为单层钢筋混凝土框架结构，消防水池、雨水收集池为全地下钢筋混凝土水池结构。详细设计条件及沉降控制需求见表1。

2 工程地质条件

拟建燃气场站范围按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层三大类，并按其岩性及工程特性进一步划分为7个大层及亚层，现分述如下：

人工堆积层：

表层为人工堆积之一般厚度为0.50m～2.60m的淤泥质土（含水率＞40%）、粉质黏土填土、黏质粉土填土①层。

新近沉积层：

标高24.07m～28.05m以下为黏土、重粉质黏土②层及粉质黏土②1层；

标高19.99m～22.50m以下为粉砂③层，砂质粉土、黏质粉土③1层及重粉质黏土、黏土③2层。

第四纪沉积层：

标高18.24m～20.28m以下为粉质黏土、重粉质黏土④层及黏土、重粉质黏土④1层；

标高13.30m～16.29m以下为粉质黏土、黏质粉土⑤层及重粉质黏土、粉质黏土⑤1层；

标高9.72m～12.29m以下为黏土、重粉质黏土⑥层，黏质粉土、砂质粉土⑥1层，粉砂⑥2层及粉质黏土⑥3层；

标高5.32m～7.05m以下为粉质黏土、重粉质黏土⑦层及细砂⑦1层（该大层未揭穿）。

3 地基处理方案设计

3.1 工程地质条件分析

由上文可知，拟建建（构）筑物、管线等的基础大部分位于现状鱼塘内，自然地面标高位于设计基底标高以下，且地表下约1.50m深度范围内的淤泥质土（含水率＞40%）、粉质黏土填土和黏质粉土填土层地基承载力和沉降难以满足设计要求，故需要进行地基处理。

3.2 地基处理方案设计

由工程地质条件分析可知，需对自然地面以下分布的淤泥质土（含水率＞40%）、粉质黏土填土和黏质粉土填土层进行处理，使其满足地基承载力和沉降控制需求。具体设计方案如下：

1. 灰土换填方案

首先挖除自然地面以下分布的人工填土层，然后换填2:8灰土和素填土至设计标高。按照本工程场区分布及设计要求的不同，共划分为处理1区和处理2区两个区，见图2。

地基处理1区范围内，采用2:8灰土分层碾压，压实系数≥0.95，碾压后承载力≥80kPa；灰土换填完成后，其上分层铺设素填土并压实（压实系数≥0.94）至设计标高，后再进行相应的建（构）筑物、管线等基础的开挖；地基处理2区范围内，相应的建（构）筑物、管线等分布比较密集，可在建筑物基础完成后再按照上述要求回填至设计标高，也可同1区同时处理至灰土换填设计标高（26.20m）后再进行相应的基槽开挖和基础结构施工，然后再进行素土回填。

2. 就地固化方案

图2 拟处理范围示意图（处理1区、处理2区）

图3 灰土换填压实任务分解示意图

图4 就地固化技术任务分解示意图

类比于灰土换填方案，同样将地基处理区域划分为处理1区和处理2区两个区，首先对自然地面以下分布的淤泥质土（含水率＞40%）、粉质黏土填土和黏质粉土填土层进行就地固化处理，然后换填素填土至设计标高。

地基处理范围内，均采用固化土分层碾压至建（构）筑物基底设计标高，压实系数≥0.95，碾压后承载力≥100kPa；固化土碾压完成后，其上分层铺设素填土并压实（压实系数≥0.94）至设计标高，后再进行相应的建（构）筑物、管线等基础的开挖。

就地固化技术配合比设计：按照土的质量添加5%的普通硅酸盐水泥（po42.5）和0.02%的环保型高强稳定土壤固化剂。

4 就地固化技术与常规地基处理方案对比分析

4.1 工程任务分解

1. 灰土换填方案

灰土换填工程任务分解如图3所示。

2. 就地固化方案

就地固化技术任务分解如图4所示。

3和图4可知：灰土换填方案和就地固化技术所需要的任务步骤相当，区别是灰土换填方案所挖除的杂填土层需废弃，造成资源浪费和经济成本增加，间接影响施工工期，就地固化技术具有相当优势。

4.2 主要工程量及造价分析

1. 工程量

表2 主要工程量

2. 工程造价对比

表3 处理1区造价对比

表4 处理1区造价对比

由表2至表4可知：就地固化技术可较灰土回填节约造价约280746.45元，经济效益显著；同时，减少传统筑路材料使用，环境效益显著。

4.3 地基处理性能分析

根据《建筑地基基础设计规范》（DB50007-2011），采用标准贯入试验检测所处理地基的承载力，并进行沉降计算，计算结果如表5所示。

表5 性能试验结果

由表5可知：就地固化技术与灰土换填的地基承载力和沉降值均满足规范要求，但就地固化技术的地基承载力为灰土换填的7.4倍，沉降值降低约35%，这说明就地固化技术相比灰土换填具有更好的地基处理性能。

4.4 总结分析

通过就地固化技术与常规地基处理方案的对比分析，可知就地固化技术具有更好的整体稳定性，可有效提高基础的承载力，且具有更小的沉降值，延长使用性能随时间的稳定性。同时，就地固化技术的工程造价低、施工速度快、环保节能，具有更高的经济社会和环境效益。

表6 就地固化与灰土换填对比分析表

5 就地固化技术施工工艺研究

5.1 机械设备

一般需配备如下机具：路面拌和机（30公分以上拌合）、20t钢轮压路机、平地机、挖掘机、水车等（根据施工情况而定）其它辅助工具等。

5.2 施工场地的选择及整理

首先将施工段范围内土方按照设计要求摊铺到位，测量人员用白灰线放出施工场地，经监理工程师检查验收后开始进行施工段施工。

5.3 施工工艺

一般采用路拌法施工：分层压实固化，控制15cm分层厚度。

1. 施工放样

首先利用挖机清除表土，并摊铺到前一个基坑中，摊铺时利用挖机适当碾压+铺水泥（使用po42.5普通硅酸盐水泥）水泥撒布一定要按照设计要求（土壤的质量比）撒布，不能漏撒和不撒布，可以人工喷洒或机械喷洒（如果经济条件或场地允许建议采用机械喷洒），人工喷洒水泥按照一次施工长度*宽度*厚度*最大干密度*水泥百分比算出水泥质量后并均匀撒布。

2. 稀释土壤固化剂

按照实验室配合比取一次施工土体质量计算出土壤固化剂用量，再按照1：100或1：200将土壤固化剂加入水容器中进行稀释，控制稳定剂的量和水量的总原则是，先确保固化剂的足量，再适当补水。

3. 拌和

将稀释后的土壤固化剂稀释液喷洒在需拌和的土质和水泥的混合料上，使用挖掘机、装载机进行拌合三遍以上。

4. 排压、整形

混合料拌和均匀后用钢轮压路机进行碾压整形。

5. 刮平机刮平

刮平机按照设计图纸标高进行多次刮平，刮平时应注意路面坡度走向有助于路面排水，对局部低洼处，应用齿耙将其表面耙松5cm-8cm深，并用新拌的环保型高强稳定固化土基层混合料进行填补找平排压，最后用刮平机精细整形一次，应将高处料直接刮出路外，不应形成薄层贴补现象。采用胶轮压路机进行排压两遍稳定混合料。

6. 碾压（先静压2遍后震压2遍）

根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同，制定碾压方案，应使各部分碾压到的次数相同。压路机应先轻后重、先快后慢，先两边后中间进行碾压；直到使每层整个厚度完全均匀的达到规定的压实度为止。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，振动压路机碾压结束后，视情况是否表面补水后使用胶轮压路机收面。

碾压过程中，如出现弹簧、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和（加适量的环保型高强稳定固化土基层材料）或用其他方法处理，使其达到质量要求。软基层自然固化可用挖掘排压，压路机压实应达到96%的压实度。

7. 养生