适用于临海机场改扩建工程的泡沫轻质土换填软基工法

1.本发明涉及地基处理技术领域，尤其涉及临海机场改扩建工程的软土地基处理技术。


背景技术：

2.临海机场改扩建工程，一般包括跑道、滑行道、穿越道等场道区的道面结构工程和地基处理工程。然而，场道区的地基处理工程往往涉及不停航区域、有限高要求的区域，以及覆盖有消防管线、供电管线、助航灯光管线、空管通信管线、安防管线、排水管线、供水管线等各类地下管线的区域。
3.不停航施工区域的限制时间非常严格，有效施工时间往往非常短，如深圳宝安机场的限制时间为每周一、三、五、日凌晨2:00～6:30，凌晨6:30前必须清场完成，预估每天有效施工时间不足2个半小时；而且，限高区域一般都有严格的限高要求，如深圳宝安机场有飞行任务期间，在不停航施工限制区域外(跑道端头300m之外、跑道中心线两侧77.5m范围之外、滑行道两侧55米外)，不得穿透障碍物限制面；另外，各种地下管线覆盖的区域施工进度受地下管线影响极大，如深圳宝安机场的地下管线覆盖总面积为140844.00平方米，管线总长度约1.5万延米。鉴于此，综合考虑施工工效、限高要求以及受地下管线限制等多方面因素，排水固结法以及一般复合地基处理法(水泥搅拌桩法、phc管桩法、高压旋喷桩法、碎石桩法等)均不适用于临海机场改扩建工程地基处理工程。
4.因此，有必要发明一种适用于临海机场改扩建工程的软基处理技术。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种适用于临海机场改扩建工程软基处理工程的泡沫轻质土换填施工方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：适用于临海机场改扩建工程的泡沫轻质土换填软基工法，依次按如下步骤施工：
7.(1)对拟进行软基处理的区域进行测量放样，基于预定的施工配合比制备泡沫轻质土；
8.(2)根据土性情况，对拟进行软基处理的标贯击数n《4的土性较差的区域划分为若干个面积为10m*10m的格状子区，采用跳格的方式对格状子区进行基坑开挖；对拟进行软基处理的标贯击数n≥4的土性好的区域划分为若干个面积为100m2～300m2的条状子区，采用隔行的方式对条状子区进行基坑开挖；
9.(3)在子区边界设置基坑围护结构；
10.(4)在围护结构内侧1m处放置若干浮球，浮球的标高与土层中地下水位的初始标高相同；
11.(5)在基坑内填筑泡沫轻质土至控制标高,当基坑内地下水位超过浮球标高后，启动抽水泵抽水，直到地下水位下降至浮球至所在标高时停止抽水；泡沫轻质土采用水上及
水下两种配比，位于地下水位之上使用水上泡沫轻质土，容重为7～9kn/m3；位于地下水位之下采用水下泡沫轻质土，容重为10～12kn/m3，水下泡沫轻质土配方中含有可塑剂；
12.(6)在基坑顶部平铺满足适航要求的钢板或预制混凝土板；
13.(7)待基坑中泡沫轻质土达到设计强度后，将子区基坑围护结构移除，以便循环用于下一组子区；
14.(8)移走平铺于基坑顶部的钢板或预制混凝土板；
15.(9)铺设整体高强土工布、碎石垫层，并碾压整平至地基处理交工标高；
16.(10)按跳格或隔行的原则对下一组子区按步骤(3)-步骤(9)进行施工。
17.具体来说，步骤(3)的围护结构中，格状子区的每条边界均采用钢板桩支护，基坑开挖到控制底高程后，铺设一层土工布，在钢板桩内侧设置聚苯乙烯板作为沉降缝填缝材料。
18.具体来说，步骤(3)的围护结构中，条状子区的每条边界均采用钢板桩支护，条状子区的长边方向采用放坡开挖形式，坡底与基坑底部交界处设置直立模板与装配式棱柱体的组合结构作为临时支护，基坑开挖到控制底高程后，铺设一层土工布，在钢板桩内侧设置聚苯乙烯板作为沉降缝填缝材料。
19.具体来说，采用跳格的方式进行基坑开挖按以下步骤进行：
20.1.1对拟施工格状子区的钢板桩平面位置进行测量放样；
21.1.2按设计数量准备好u型长密扣拉森钢板桩；
22.1.3履带式振动锤打桩机准备就位；
23.1.4在钢板桩的锁口内涂油脂；
24.1.5采用屏风式打入法施工，将10根～20根钢板桩成排插入导架内，先将子区两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，并用电焊固定在围檩上，然后在子区中间按顺序按照1/3或1/2板桩高度打入，当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾斜时，应采用正向顺序施打；反之，用逆向顺序施打；当屏风墙两端板桩保持垂直状况时，采用往复顺序施打；
25.1.6进行基坑开挖。
26.具体来说，采用隔行的方式进行基坑开挖按以下步骤进行：
27.2.1对拟施工条状子区的边界的钢板桩平面位置进行测量放样；
28.2.2按设计数量准备好u型长密扣拉森钢板桩；
29.2.3履带式振动锤打桩机准备就位；
30.2.4在钢板桩的锁口内涂油脂；
31.2.5采用屏风式打入法施工，将10根～20根钢板桩成排插入导架内，先将两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，并用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序按1/3或1/2板桩高度打入，当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾斜时，应采用正向顺序施打；反之，用逆向顺序施打；当屏风墙两端板桩保持垂直状况时，采用往复顺序施打；
32.2.6从行首开始进行相关基坑开挖，条状子区没有钢板桩支护一侧采用放坡形式，放坡一侧采用直立模板与装配式棱柱体的组合结构作为泡沫轻质土填筑期间的支护结构，直立模板同时作为沉降缝填缝材料。
33.具体来说，在基坑内填筑泡沫轻质土按以下步骤进行：
34.(a)泡沫轻质土通过泵送管浇筑时，管口呈水平状态，且始终保持与轻质土表面相
切；
35.(b)采用从下往上的分层浇筑施工顺序浇筑水下泡沫轻质土，待下层终凝后再浇筑上一层，浇筑过程中基坑内的地下水会因泡沫轻质土的100％置换而往上抬升；
36.(c)当基坑内地下水位超过浮球标高后，即启动抽水泵抽水，使浮球始终保持在原地下水位面位置；
37.(d)将抽出的水引至返浆沟中，待沉淀后再统一排放至机场内的排水明沟中；
38.(e)当泡沫轻质土浇筑到原地下水位面位置时，更换泡沫轻质土的配合比，浇筑泡沫轻质土直至控制标高。
39.作为优选方式，水上泡沫轻质土的28d无侧限抗压强度大于等于2.5mpa，水下泡沫轻质土的28d无侧限抗压强度应大于等于3.5mpa。
40.水下泡沫轻质土的配方为：1m3的水下泡沫轻质土由水泥(0.65～0.70)吨:水(0.38～0.42)m3:发泡剂(0.78～0.82)kg:可塑剂(0.078～0.082)kg，搅拌均匀配制而成；水上泡沫轻质土的配方为：1m3的水上泡沫轻质土由水泥(0.52～0.58)吨:水(0.30～0.35)m3:发泡剂(0.87～0.92)kg，搅拌均匀配制而成。
41.作为优选方案，水下泡沫轻质土的配方为：1m3的水下泡沫轻质土由水泥0.68t:水0.41m3:发泡剂0.80kg:脂肪酸防水剂0.08kg，搅拌均匀配制而成；水上泡沫轻质土的配方为：1m3的水上泡沫轻质土由水泥0.55t:水0.33m3:发泡剂0.90kg，搅拌均匀配制而成。
42.作为优选方式，水下泡沫轻质土须添加可塑剂，该可塑剂是一种可以避免泡沫轻质土发生水下离析而影响胶结强度的添加剂。
43.水下泡沫轻质土中添加的可塑剂可以避免泡沫轻质土发生水下离析而影响胶结强度。
44.本发明可有效解决临海机场改扩建工程不停航区域、限高区域以及覆盖有各类地下管线区域的地基处理工程采用排水固结法和一般复合地基处理法(水泥搅拌桩法、phc管桩法、高压旋喷桩法、碎石桩法等)所面临的施工效率极低、施工质量无法保证、甚至无法顺利实施等”一系列难题。
45.相对于一般复合地基处理法而言，本发明有如下优点：
46.(1)可显著降低下卧地基中的附加应力，从而有效控制工后沉降。
47.(2)施工便捷高效，可大幅缩短工期。主要体现在以下三个方面：
48.①
节省了施工准备时间。泡沫轻质土浇筑施工，是通过管道泵送直接进行的，可不修或少修施工便道；
49.②
施工顺畅、可连续作业，无需因碾压问题而间断施工；
50.③
节省了复合地基桩基施工的时间。就一般的工程项目而言，复合地基从施工到检测合格，往往需要3～5个月才能完成。
51.(3)可垂直填筑，节省永久占地或避免拆迁。
52.(4)采用管道泵送进行浇筑施工，施工作业面小，可避免不停航区内电力、通讯等管线的迁移。
53.(5)属非隐蔽工程，施工质量较易控制，可靠度高。而常规复合地基工法多为隐蔽工程，施工质量难以保证。
54.(6)绿色环保，对环境无污染。
附图说明
55.图1是场道区-穿越道泡沫轻质土换填施工区域平面示意图。
56.图2是场道区-穿越道泡沫轻质土换填施工区域基坑开挖方案平面示意图。
57.图3是基坑开挖方案一-跳格开挖法施工步骤示意图，步骤a对拟施工区域进行分格；步骤b为以跳格方式进行基坑开挖施工、以钢板桩作为基坑支护；步骤c为浇筑泡沫轻质土；步骤d为对未完成的基坑进行施工；步骤e为铺设碎石垫层。
58.图4是基坑开挖方案二-隔行开挖法施工步骤示意图，步骤a对拟施工区域进行分行；步骤b为以隔行方式进行基坑开挖施工，采用直立模板与装配式棱柱体作为基坑支护；步骤c为浇筑泡沫轻质土；步骤d为对未完成的基坑进行施工；步骤e为铺设碎石垫层。
59.其中：1-开挖范围内土体的土性较差(标贯击数《4)区域；2-开挖范围内土体的土性较好(标贯击数》4)区域；3-子区分界线；4-钢板桩；5-基坑控制底高程；6-土工布；7-直立模板；8-地下水位的初始标高线；9-浮球；10-水下泡沫轻质土(容重为11kn/m3)；11-水上泡沫轻质土(容重为8kn/m3)；12-碎石垫层；13-放坡开挖线；14-装配式棱柱体；15-顶层钢板。
60.具体实施方法
61.本发明按以下步骤实施：
62.(1)对拟进行软基处理的区域进行测量放样，同时基于预定的施工配合比例制备水上及水下两种不同容重的泡沫轻质土；由于临海机场地基中的地下水位一般较高，因此，地下水位之上采用水上泡沫轻质土，容重为7～9kn/m3；地下水位之下采用水下泡沫轻质土，容重为10～12kn/m3，且水下泡沫轻质土配方中含有可塑剂，防止发生离析现象。
63.(2)根据土性情况，将开挖范围内土体的土性较差(标贯击数《4)区域1划分为10m*10m的格状子区，采用跳格的方式进行基坑开挖，跳格的平面开挖顺序为
①→②→③→④→⑤→⑥→⑦→⑧
；
64.将开挖范围内土体的土性较好(标贯击数》4)区域2划分为100m2～300m2的条状子区，采用隔行/列的方式进行基坑开挖，隔行/列的平面开挖顺序为
①→②
，具体如图2所示；
65.(3)相应子区基坑开挖前，不仅须进行基坑支护结构设计，而且还应与机场运营管理方确定好不停航施工区的限制时间与适航恢复要求以及限高区域的限高条件，同时还须摸清地下管线的分布情况。相应子区基坑开挖前及开挖过程中，须做好基坑的排水措施，并基于预定的施工配合比进行泡沫轻质土制备工作，如水泥浆制备、泡沫制备、泡沫与水泥浆全自动拌合等。
66.对于跳格的基坑开挖方式，其断面a-a开挖施工如图3所示，其实施按以下步骤进行：
67.(3.1.1)对拟施工的格状子区的钢板桩平面位置进行测量放样；
68.(3.1.2)按设计数量准备好u形长密扣拉林钢板桩；
69.(3.1.3)履带式振动锤打桩机准备就位；
70.(3.1.4)在钢板桩的锁口内涂油脂；
71.(3.1.5)每个格状子区的边界均采用钢板桩4进行支护，采用屏风式打入法施工，即将10～20根钢板桩成排插入导架内，先将两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，并用电焊固定在围檩上，然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入，当屏风墙两端已打设的板柱呈逆向倾斜时，应采用正向顺序施打；反之，用逆向顺序施打；当屏风墙两端板桩保持
垂直状况时，采用往复顺序施打；
72.(3.1.6)进行基坑开挖。
73.对于隔行的基坑开挖方式，其断面b-b开挖施工如图4所示，其实施按以下步骤进行：
74.(3.2.1)对拟施工的条状子区的边界的钢板桩平面位置进行测量放样；
75.(3.2.2)按设计数量准备好u形长密扣拉林钢板桩；
76.(3.2.3)履带式振动锤打桩机准备就位；
77.(3.2.4)在钢板桩的锁口内涂油脂；
78.(3.2.5)仅在拟进行软基处理的条状子区的边界采用钢板桩4支护，然后以有钢板桩支护的一边作为起始位置，沿条状子区的长边方向进行放坡开挖形式，放坡坡度根据开挖土层土性进行设计。钢板桩内侧布设20mm～30mm厚的聚苯乙烯板或10mm～20mm厚的夹板，作为沉降缝填缝材料。
79.放坡一侧采用“直立模板7+装配式棱柱体14”组合结构作为泡沫轻质土填筑期间的支护结构，基坑开挖到控制底高程后，铺设一层土工布6，在钢板桩4内侧设置聚苯乙烯板作为沉降缝填缝材料。直立模板7可以作为沉降缝填缝材料。装配式棱柱体14采用致密材料如eps材料制成。棱柱体的形状及尺寸根据放坡坡度、宽度、高度而设计。棱柱体的长度与条状子区的宽度相同，棱柱体的一个侧面与斜坡坡面相贴，叠放后的棱柱外侧面与直立模板相贴；
80.为防止块体互相错位，叠放的棱柱体各层之间采用双面爪型联结件，在顶面及侧面采用单面爪型联结件，使与直立模板形成一个良好的整体；
81.在最上面一层棱柱体的顶面，扣一层顶层钢板15或预制混凝土板，作为反压荷载。
82.相应子区基坑开挖到控制底高程5后，铺设一层整体土工布6；
83.(4)在相应子区基坑两侧距钢板桩围护结构4内侧1m处按一定间距放置若干个浮球9，浮球9的标高同土层中地下水位的初始标高8；
84.(5)相应子区基坑内填筑泡沫轻质土至设计标高。泡沫轻质土填筑施工按以下步骤进行：
85.(a)由于基坑内存在地下水，泡沫轻质土通过泵送管浇筑时，应使管口呈水平状态，且始终保持与轻质土表面相切；
86.(b)采用从下往上的分层浇筑施工顺序，待下层终凝后再浇筑上一层。浇筑过程，基坑内的地下水会因泡沫轻质土的100％置换而往上抬升；位于地下水位之下采用的水下泡沫轻质土容重为10～12kn/m3，优选11kn/m3。水下泡沫轻质土按如下配方配制：1m3的水下泡沫轻质土由水泥(42.5级)0.68t:水0.41m3:发泡剂0.80kg:可塑剂(脂肪酸防水剂)0.08kg，搅拌均匀配制而成。
87.(c)当地下水位超过浮球9标高后，即启动抽水泵抽水，使浮球始终保持在原地下水位面位置8。
88.(d)将抽出的水引至返浆沟中，待沉淀后再统一排放至机场内的排水明沟中。
89.(e)当泡沫轻质土浇筑到原地下水位面位置8时，更换为水上泡沫轻质土，直至浇筑至设计顶面标高。水上泡沫轻质土容重为7～9kn/m3，优选为8kn/m3。水上泡沫轻质土按如下配方配制：1m3的水上泡沫轻质土由水泥(42.5级)0.55t:水0.33m3:发泡剂0.90kg，搅拌均
匀配制成；
90.(6)在相应子区基坑顶部先后平铺顶层钢板桩15(或预制混凝土板)，以满足不停航施工区的适航恢复要求；
91.(7)待相应子区泡沫轻质土达到设计强度后，移走平铺于坑顶的顶层钢板桩15(或预制混凝土板)，铺设一层整体高强土工布6。由于临海机场地基中的地下水位一般较高，因此，地下水位8以上泡沫轻质土10的28d无侧限抗压强度应不低于2.5mpa，地下水位8以下泡沫轻质土11的28d无侧限抗压强度应不低于3.5mpa；
92.(8)采用履带式振动锤拔桩机将相应子区钢板桩围护结构4拔除，用于下一组子区的基坑支护施工；
93.(9)相应子区按设计厚度铺设碎石垫层12，并碾压整平至地基处理交工标高；
94.(14)下一组子区的泡沫轻质土换填施工同(3)～(9)步骤。