預防深填土區(qū)大面積地坪發(fā)生沉降的處理方法

謝 赟

（廣東省第一建筑工程有限公司 廣州 510010）

0 引言

在深填土區(qū)修筑大面積的地坪，如果對施工區(qū)域內(nèi)的深填土處理不當或地坪的結(jié)構形式采用不當，大面積的地坪很容易因回填土出現(xiàn)沉降而發(fā)生下沉，導致開裂破損，這不但會影響建筑物的使用功能，甚至會影響建筑物的安全性［1］。針對當前工程施工建設的過程中，填土區(qū)大面積存在的情況下，積極落實預防策略，做好準備工作，降低深填土區(qū)大面積地坪沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，為工程建設發(fā)揮有效的促進作用。

1 工程概況

某物流倉庫總用地面積94 097 m2，建筑面積為43 423.4 m2。主要建筑物為：辦公樓1 棟，建筑面積為2 313.3 m2；物流倉庫 1 棟，地上 2層，建筑面積為40 074.8 m2，首層地坪采用金剛砂耐磨地面，面積約為21 000 m2?；A為預制管樁基礎，地上為鋼結(jié)構。本工程場地原為魚塘，上層為深3～4 m 的回填土，下層為厚28～35 m 的淤泥質(zhì)土。

2 對本工程深填土場地的沉降預判分析

本工程回填土完成后用壓土機作了表面的初步壓實處理。自回填土完成到主體工程開工，時間間歇不足2個月，故須對該填土區(qū)在日后的沉降情況作出預判分析。

2.1 地基基層土體軟弱

在當前深填土區(qū)進行大面積回填的過程中，首先使用換填土法：將軟土地基的土挖出來，然后選擇硬度和強度合適的土回填到整個深填土區(qū)中，進行大面積的碾壓，以此改變軟土地基的弱勢。但是，如果在回填處理的過程中，無法從根部去除軟土地基的軟弱地基，地基基層土地非常軟弱，即使上層回填較硬的土，長時間而言，下層軟土給上層產(chǎn)生嚴重的沖擊，以致上層回填后，會出現(xiàn)大面積地坪沉降的現(xiàn)象。

2.2 地下水對回填土的影響

由于原場地為魚塘，經(jīng)過一段時間后，地下水會向上層滲透，上層土質(zhì)將逐漸疏松，其強度和硬度會降低，這必然導致大面積沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)［2］。

2.3 深填土不規(guī)范

若在進行正式回填土之前，沒有將回填土區(qū)底部的淤泥和污泥全部清除出去，回填土土方的質(zhì)量較低，碾壓壓實控制工作不到位，回填土的級配質(zhì)量低下等都會導致整個深填土區(qū)質(zhì)量下降，以致回填土層下面沒有奠定堅實的基礎，那么在后期深填土區(qū)承受較大的壓力下，必然會出現(xiàn)地坪大面積沉降的現(xiàn)象。

2.4 施工過程中忽視了地層壓實的重要性

在實際施工中，過度注重回填土上層的壓實，注重平層的壓實，而忽視了回填土基層壓實的問題，以致地坪下層強度較低，而最終工程的建設只是上層強度較高，下層強度較低，一旦上層承受過多的壓力，將會過渡給下層，下層不堪重負，那么必然會從下向上發(fā)生沉降現(xiàn)象。

2.5 排水系統(tǒng)尚未完全形成

當前深填土區(qū)大面積地坪沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，關鍵在于地坪基土施工建設的過程中，排水系統(tǒng)無法全面發(fā)揮作用，大量積水無法順利排出，地坪基土被大量浸泡，久而久之，土質(zhì)變得疏松，則會出現(xiàn)地坪沉降的現(xiàn)象［3］。

由于上述存在的原因，該深回填土區(qū)在日后的使用過程中必然會發(fā)生沉降的現(xiàn)象。

3 深填土區(qū)大面積地坪沉降預防策略分析

3.1 降低地下排水水位，采取堆載預壓法

軟土內(nèi)有大量的水分，自身的特征明顯，包括強度低，有較高的壓縮性，觸變性較強等，同時孔隙較多，結(jié)構松軟，容易塌陷，抗壓能力不足。軟土的這些特點增加了施工的不可預見性，如果處理不當，修建在軟土上的地坪將會出現(xiàn)開裂、下陷的情況，造成質(zhì)量事故［4］。堆載預壓方法的原理即為排水固結(jié)法，該方法是根據(jù)原有的排水系統(tǒng)，加入加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的設置，以改善地基的排水情況，讓其利用多個途徑把水排出，縮短排水距離，新設排水系統(tǒng)按設計計算得出的布點數(shù)量及間距，在回填土區(qū)域范圍內(nèi)打入塑料排水板構成；而加壓系統(tǒng)是在地基內(nèi)進行填土堆載，以此提升土體的應力，給孔隙水施加壓力，讓其流出排水系統(tǒng)作為基本的排水方式，雖然可以排除水分，但軟土地基內(nèi)的大量孔隙水，單獨使用固結(jié)壓力無法縮短排水的距離，以現(xiàn)有的排水結(jié)構為前提，在地基外面適當施加荷載，加快土體的固結(jié)速度，迫使孔隙水向邊界流出。在孔隙水排出的過程中，縮小了孔隙的大小，增加了土的密實度，加快了地基的沉降，提高承載力，有效保證地基的穩(wěn)定［5］。

在預壓穩(wěn)定或預壓時間沉降量與相關標準要求相符后，需要開展包括土體物理力學性能測試等在內(nèi)的一系列室內(nèi)土工試驗，并持續(xù)對地基沉降以及回彈情況進行觀察監(jiān)測，確保軟土地基得到有效處理。在達到處理指標要求后，方可進行正式地坪施工。

在我國沿海城市地區(qū)廣泛地分布著深厚的海相沉積軟土，在工程建設中，經(jīng)常會遇到軟土地基承載力遠低于設計要求的情況，需要對軟土地基進行加固處理。堆載預壓法可提高軟土地基的承載力、減小地基的沉降，采用該處理方法工藝簡單，工程費用投入相對較少，經(jīng)濟實用，廣泛使用于沿海地區(qū)的市政道路路基加固處理及大型廠區(qū)的場地地基加固處理［6］。但該方法存在處理周期較長，對于一些建設周期較短，要求盡快投入使用的建筑工程較少采用。

3.2 低下軟弱臥層加固

對使用要求較高的地坪中，深填土區(qū)為了預防沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)，尤其注重對低下軟弱層臥層的加固。地坪樁的設置，是軟弱土質(zhì)加固的一種有效措施。

3.2.1 深層攪拌樁加固

深層水泥攪拌樁技術是軟土地基的一種有效處理措施，其原理是在深攪樁機械鉆進過程中，噴水泥漿且使其和土進行強制攪拌后形成柱狀固體，通過水化反應，水泥水解后能夠產(chǎn)生水泥水化物，然后土顆粒會與其產(chǎn)生團?；础x子交換反應及硬凝反應碳酸化反應等［7］。以此在形成復合地基的層面上，提升整個地坪的承載力。而對于攪拌樁的設置，就其根據(jù)具體的情況科學設置攪拌樁的樁長度，樁端的設置在土質(zhì)較好的土層中，以達到理想的承載力效果。樁的選擇應用中，也可以選擇使用部分預應力管樁，在整體上保證沉樁地基承載力的層面上，對地坪荷載進行承載。

3.2.2 預應力混凝土管樁加固

在軟土地基上修筑的地坪容易產(chǎn)生沉降，主要是軟土層由黏土和粉土等細微顆粒含量多的松軟土孔隙大的有機質(zhì)土泥炭以及松散砂等土層構成，且具有地下水位高，其上土體及構造物穩(wěn)定性差的特點。采用預應力混凝土管樁來加固軟土地基，原理是管樁復合地基在豎向荷載的作用下，加載初期褥墊層發(fā)生一定的彈性變形，為管樁提供一向上刺入量，將荷載分別傳給管樁和樁間土，由于樁間土較管樁變形模量小，首先產(chǎn)生一定的壓縮對樁間土產(chǎn)生壓應力，而壓應力通過樁體四周的土體對樁產(chǎn)生側(cè)摩擦力，該側(cè)摩擦力對樁體四周的土體產(chǎn)生一個向上的反作用力，使得樁間土的承載力得到提高。隨著荷載的逐步增加，將所傳來的大部分荷載傳至管樁上，將小部分荷載傳給樁間土，使管樁與樁間土共同參與工作［8］。由于管樁的擠密效應以及管樁在軟土中架構起骨骼的作用，使土體側(cè)向位移得到一定控制，從而提高土體的承載力，達到軟土層加固的目的，避免地坪沉降的發(fā)生。

3.3 架空鋼筋混凝土結(jié)構在地坪中的設置應用

在軟土地基上大面積新填土進行施工地坪的主要問題是沉降量大，軟土固結(jié)時間長，事后處理難度大、耗資量大，而且還可能繼續(xù)下沉?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范：GB 50007-2011》［9］規(guī)定，建筑范圍內(nèi)有大面積堆載的庫房設計，應考慮由于地面沉降所產(chǎn)生的地基不均勻沉降變形對上部結(jié)構的不利影響。因此，在該類型的土質(zhì)場地設計和施工大面積地坪時，應予以高度重視。

對于經(jīng)過加固處理的深填土區(qū)上修筑大面積地坪時，考慮到填土區(qū)域的土或多或少尚會出現(xiàn)沉降的情況，且不同位置產(chǎn)生的沉降量各有不同。對于地坪承載力較大，對地坪的質(zhì)量要求高，可以選擇使用架空混凝土結(jié)構的施工方案，提升地坪地基極限承載力，并可有效抵消不均勻所產(chǎn)生的不良后果。但是此種結(jié)構使用方式其成本費用較大。在工程經(jīng)濟成本允許的情景下，如果選擇此種施工方式，在實際施工建設的過程中，首先需要明確軟土地基的加固方案，采取合理措施，控制地坪下沉變形。

4 本工程預防大面積地坪沉降情況出現(xiàn)的處理方法

針對本工程的使用要求及深填土區(qū)的特點，結(jié)合現(xiàn)有一些成功的預防處理做法，在實際中采用了低下軟弱層臥層加固與架空鋼筋混凝土結(jié)構相結(jié)合的方案，對防止大面積地坪出現(xiàn)沉降進行預防處理。

4.1 具體處理做法

⑴在整個地坪范圍設置地坪樁，樁布置呈梅花狀，樁間距2.5 m，樁長15 m，采用φ 400 預應力混凝土管樁（見圖1），樁頂設置 1 000 mm×1 000 mm×800 mm樁帽；在地坪樁的全面覆蓋設置，可將地坪范圍內(nèi)的土體擠壓密實，整體提高地坪下臥層土體的承載力；同時混凝土管樁與土體之間的摩擦力及樁端承載力，通過樁帽有效支承地坪傳遞下來的荷載。

圖1 地坪樁布置示意圖Fig.1 Floor Pile Layout

⑵地坪采用20 cm 厚鋼筋混凝土無梁地板，混凝土強度等級C25，面層金剛砂一次成活地面。鋼筋混凝土無梁地板設置φ 14@150 雙層雙向鋼筋，整個地坪形成一個剛性整體板塊，可有效抵抗地坪下部土體局部出現(xiàn)的沉降變形。地坪做法大樣如圖2所示。

圖2 地坪做法大樣圖Fig.2 Floor Practice Drawing

4.2 大面積鋼筋混凝土地坪的施工

考慮臨近土方開挖的影響，需對已完地坪樁采取保護措施，防止樁位移和傾斜。地坪樁成樁后進行土方開挖，開挖過程中要保護好高出地面的樁頭，截樁頭時采用工具切割，嚴禁用大錘橫向敲擊或強行截樁。

本工程的大面積鋼筋混凝土地坪整體剛度大，抗變形能力強，根據(jù)混凝土抗裂理論“抗與放”的原則，混凝土地坪采用跳倉法施工。提前進行地坪混凝土的試配工作，提供合適的混凝土配比，控制好混凝土水化熱，釋放混凝土早期變形，防止收縮裂縫［10］。

施工工藝流程：鋼筋綁扎、模板安裝→驗收→完成面測量→安裝方鋼水平導軌→澆筑面淋水清理→混凝土澆筑→混凝土振搗、攤平→混凝土面找平、提漿→按比例均勻灑金剛砂→用長刮尺進行精平→磨光機進行地坪面磨壓拋光→混凝土保養(yǎng)。

5 工作體會

本工程投入使用已有3年多，目前地坪無下沉、開裂的現(xiàn)象發(fā)生，使用效果良好。本工程在預防深填土區(qū)大面積地坪沉降的處理過程中，在明確分析出其沉降出現(xiàn)原因的前提下，結(jié)合實際情況，采用低下軟弱層臥層加固與架空鋼筋混凝土結(jié)構相結(jié)合的預防處理方法，進行大面積地坪施工。由于預防處理方法分析正確，施工技術措施得當，有效地提升了深填土區(qū)的承載力，減少了大面積地坪沉降現(xiàn)象的出現(xiàn)。