地下綜合管廊不良地基加固技術(shù)的比較研究

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

鄭州中心城區(qū)地下綜合管廊金水科教園區(qū)位于鄭州市區(qū)北部，緊鄰黃河，為原黃河漁場(chǎng)區(qū)。施工區(qū)域存在3 條管廊（楊金路、漁場(chǎng)路和興達(dá)路），總長(zhǎng)度為9.0735km，其中楊金路和漁場(chǎng)路橫跨多個(gè)連續(xù)魚(yú)塘，另有兩處穿越河流，基底多為淤泥土（厚度為800～1 800mm），地基無(wú)法滿足基坑承載力要求。

2 方案比選原則

1）根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的類(lèi)別、承擔(dān)荷載的大小、使用要求及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)，結(jié)合地形地貌、巖土條件、地下水特征、環(huán)境條件等因素進(jìn)行綜合分析，初步選出2～3 種備選地基處理方法，涵蓋由幾種地基處理措施集合而成的復(fù)合式地基處理方法。

2）通過(guò)對(duì)初選的各地基處理方法的適用范圍、應(yīng)用材料、機(jī)械、工期、工作原理及預(yù)計(jì)效果等要素進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上的對(duì)比，從而遴選出最適宜的地基處理方法。

3）根據(jù)建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)地可能存在的問(wèn)題，選取有代表性的場(chǎng)地對(duì)遴選的地理處理方法進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)是否適宜及應(yīng)用方法產(chǎn)生的效果是否理想。當(dāng)出現(xiàn)不滿足設(shè)計(jì)要求的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行更改或更換其他方法進(jìn)行重新試驗(yàn)。

3 場(chǎng)地荷載分析

3.1 恒載

1）整個(gè)場(chǎng)地大面積填筑厚度暫按4m 土方，75kPa 考慮。

2）管廊的結(jié)構(gòu)層荷載等厚度按1 300mm，荷載按32.5kPa 考慮。

3.2 活載

地面堆載、材料堆載、地面超載20kPa；施工機(jī)具荷載一般不超過(guò)5kPa。

3.3 荷載組合

主要用于沉降計(jì)算分析，采用準(zhǔn)本場(chǎng)地主要涉及的填筑材料為管廊主體和填筑體（按素土考慮）。

1）使用期荷載：管廊結(jié)構(gòu)（32.5kPa)+填筑荷載（75kPa)+使用荷載（25kPa)×準(zhǔn)永久系數(shù)（0.5)=120kPa。

2）預(yù)壓期荷載：真空壓力90kPa。

本工程工后沉降=使用期沉降—預(yù)壓期沉降，場(chǎng)地使用期（按100 年計(jì)）沉降及預(yù)壓期（暫240d）沉降，分別采用應(yīng)力歷史法及e-p 曲線法計(jì)算。

4 重難點(diǎn)分析

1）管廊結(jié)構(gòu)基底土壤不同、承載力不均勻是管廊沉降控制的重難點(diǎn)。

2）本期工程臨近既有建筑物，排水固結(jié)及堆載過(guò)程對(duì)既有建構(gòu)筑物的保護(hù)措施須到位。

3）場(chǎng)地不良土質(zhì)量大，土源的質(zhì)量和數(shù)量保證是重點(diǎn)。

4）場(chǎng)地內(nèi)地表存在大量池塘，大部分區(qū)域地表植被豐富，池塘清理整平后一般可見(jiàn)淤泥，清理及施工均影響功效，同時(shí)填筑厚度較大，協(xié)調(diào)變形分析及措施需重點(diǎn)考慮。

5）本場(chǎng)地地層滲透系數(shù)小且受潮汐影響明顯，確保水的有效排出是排水固結(jié)的核心，也是本場(chǎng)地的重難點(diǎn)。

5 填筑材料要求

本場(chǎng)地主要涉及的填筑材料為級(jí)配碎石和填筑體。參照相關(guān)規(guī)范級(jí)配碎石的最大粒徑不宜大于40mm，級(jí)配良好，顆粒中細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒的含量不應(yīng)超過(guò)20%。碎石的壓碎值不大于35%。級(jí)配碎石級(jí)配組成參考表1。

表1 級(jí)配碎石級(jí)配組成參考

填筑體可選用級(jí)配良好的砂土或碎石土、粉質(zhì)黏土、粉煤灰，以及質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無(wú)腐蝕性和無(wú)放射性危害的工業(yè)廢料等，并應(yīng)滿足以下要求：①以碎石土作填料時(shí)，其最大粒徑不大于10cm；②以粉質(zhì)黏土、粉土作填料時(shí)，其含水量宜為最有含水量，采用擊實(shí)試驗(yàn)確定；③不得使用淤泥及有機(jī)質(zhì)含量大于5%的耕土；④填料容重不小于16.5kN/m3。結(jié)合本場(chǎng)地的調(diào)研，填筑體暫按滿足要求的級(jí)配碎石考慮。

6 地基處理方案選型

6.1 基底降水處理方案選型

原設(shè)計(jì)方案中采用的明溝降水方法效果并不理想，場(chǎng)地內(nèi)的地下上層滯水通過(guò)自然降水進(jìn)行補(bǔ)給，利用蒸發(fā)作用進(jìn)行排泄；地下潛水主要通過(guò)自然降水及基流進(jìn)行補(bǔ)給，利用越流和基流進(jìn)行排泄。方案中缺乏對(duì)土體保水性能及粘聚力的考慮，導(dǎo)致在方案實(shí)施過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)由于失水致使土體發(fā)生坍塌，進(jìn)而堵塞邊溝預(yù)埋排水溝渠等現(xiàn)象，同時(shí)土體外表失水干枯、疏松，無(wú)法為碎石施工提供必要的承載條件，該方案不可行。

根據(jù)對(duì)地質(zhì)條件的研究結(jié)論，對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。采用“輕型井點(diǎn)+管井”的降水方法編制方案，利用拉森鋼板樁進(jìn)行基坑止水帷幕施工，防止地下暗流水滲透至基坑內(nèi)，從而使基底滿足承載力要求。

6.2 淤泥厚度≤800mm基底加固方案選型

原設(shè)計(jì)管廊基底坐落于粉土、粉質(zhì)黏土為有效持力層，地基承載力特征值不小于90kPa。為提高地基穩(wěn)定性，管廊底部換填≥300mm 厚級(jí)配碎石墊層，基底承載力不足90kPa，換填300mm無(wú)法滿足要求。該方案不可行。

對(duì)該方案進(jìn)行優(yōu)化，淤泥厚度≤800mm，采用大口井和輕型井點(diǎn)對(duì)淤泥四周進(jìn)行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將基底范圍內(nèi)所有的淤泥均清理干凈，采用級(jí)配碎石進(jìn)行換填施工，換填總厚度為1 100mm，分層壓實(shí)厚度不大于300mm，同時(shí)為防止級(jí)配碎石分離，采用原材料在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攪拌，減少碎石倒運(yùn)次數(shù)，在換填施工時(shí)降低級(jí)配碎石自由下落的高度，防止墜落高度造成離析嚴(yán)重。

6.3 淤泥厚度＞800mm基底加固方案選型

原設(shè)計(jì)管廊基底坐落于粉土、粉質(zhì)黏土為有效持力層，地基承載力特征值不小于90kPa。為提高地基穩(wěn)定性，管廊底部換填≥300mm 厚級(jí)配碎石墊層，基底承載力不足90kPa，換填300mm無(wú)法滿足要求。該方案不可行，進(jìn)行優(yōu)化比選如下。

6.3.1 方案一：復(fù)合地基

該方案基本理念為采用振沖碎石樁、水泥土攪拌樁、粉噴樁等柔性樁與樁間軟土形成復(fù)合地基，上部荷載由樁和樁間土共同承擔(dān)。

本場(chǎng)地淤泥層深厚，水泥土攪拌樁、粉噴樁樁一般不能穿透軟土層，目前的施工工藝下，攪拌樁深度過(guò)大后樁身均勻性差，樁身強(qiáng)度隨深度增加而降低；該類(lèi)處理方法對(duì)軟土地基除置換外無(wú)擠密排水作用（碎石樁復(fù)合地基有排水作用，但造價(jià)太高），對(duì)軟土性質(zhì)改善有限，因此單純采用柔性樁復(fù)合地基處理難以滿足本工程要求。復(fù)合地基法可以作為構(gòu)筑物部位加強(qiáng)或其他局部二次復(fù)合增強(qiáng)處理使用，需要結(jié)合具體部位、具體要求進(jìn)行詳細(xì)深化設(shè)計(jì)。復(fù)合地基造價(jià)遠(yuǎn)高于排水固結(jié)法，且沒(méi)解決本場(chǎng)地的主要問(wèn)題。該方案不適應(yīng)。

6.3.2 方案二：動(dòng)靜排水固結(jié)

淤泥厚度大于800mm，采用大口井對(duì)基坑四周進(jìn)行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)將基底范圍內(nèi)所有的淤泥均清理干凈，通過(guò)堆載預(yù)壓和強(qiáng)夯的方法，使地基土排水固結(jié)。排水體指級(jí)配碎石層、砂井、碎石樁或排水板等人工排水通道，強(qiáng)夯使軟土產(chǎn)生很大的孔隙水壓力，孔隙水通過(guò)排水體在較短的時(shí)間內(nèi)消散，從而達(dá)到有效應(yīng)力增大，提高土體強(qiáng)度加固改善軟土地基的目的。

該施工區(qū)域采用堆載預(yù)壓式排水+強(qiáng)夯動(dòng)力式排水固結(jié)的方式，堆載預(yù)壓排水作為動(dòng)力加固的前置條件，采用強(qiáng)夯動(dòng)力的方法以達(dá)到加速淤泥排水固結(jié)的目的。動(dòng)靜排水固結(jié)法以“少擊多遍”的方式施加強(qiáng)夯荷載，強(qiáng)夯每遍間歇時(shí)間以動(dòng)孔隙水壓力消散80%的時(shí)間為妥，一般不少于10d，需要嚴(yán)格控制能級(jí)及擊數(shù)，否則夯擊成“橡皮土”則失敗。施工要求一定的安全距離，一般不下于25m，因此強(qiáng)夯工藝不適用于緊鄰既有建筑物的區(qū)域。強(qiáng)夯施工不適用于深厚飽和自然沉積的軟弱層區(qū)域，自然沉積的飽和土孔隙比相對(duì)小些，含水量相對(duì)低，排水固結(jié)慢，超孔隙水壓力消散時(shí)間要求長(zhǎng)。結(jié)合鄭州地方規(guī)范、應(yīng)用實(shí)例、根據(jù)專(zhuān)著文獻(xiàn)記載和應(yīng)用實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，該方法對(duì)于本場(chǎng)地的適宜性差：①處理深度有限，一般有效影響深度不大于10m；②一般用于淤泥質(zhì)土含砂或混砂，即滲透系數(shù)相對(duì)較大的地層；③軟弱區(qū)域飽和土、動(dòng)力荷載控制差，超孔隙水壓力上升快、消散慢，風(fēng)險(xiǎn)大。該方案不適應(yīng)。

6.3.3 方案三：靜排水固結(jié)法

通過(guò)在軟弱土層中打塑料排水板或袋裝砂井等構(gòu)筑豎向排水通道，然后采用真空預(yù)壓、堆載預(yù)壓或者兩者聯(lián)合預(yù)壓方式進(jìn)行加載預(yù)壓，通過(guò)排出淤泥層中的超孔隙水，提高土層有效應(yīng)力，從而加速淤泥層的固結(jié)沉降，同時(shí)達(dá)到改良地層并提高軟土層承載力的目的。

軟土加固方法的選定應(yīng)綜合考慮土層條件、建筑物情況、施工機(jī)具、材料來(lái)源、施工工期、加固費(fèi)用等因素，預(yù)壓排水加固法是本場(chǎng)地經(jīng)濟(jì)適用的地基處理方式。

通過(guò)預(yù)壓排水固結(jié)來(lái)減少地基后期沉降，提高其強(qiáng)度及穩(wěn)定性，削弱或消除因欠固結(jié)軟土引起的樁體負(fù)摩阻力，并削減地基及場(chǎng)地竣工投入使用后的不均勻沉降。該方案較適宜本工程。

7 結(jié)語(yǔ)

軟土是指近代水下沉積的飽和粘性土，包括淤泥、淤泥質(zhì)黏土、泥質(zhì)粉土等一類(lèi)土體。作為工程建筑的地基，因承載力低而產(chǎn)生不同程度的沉降乃至坍塌，對(duì)管廊工程造成嚴(yán)重傷害，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，選擇最適宜的方法對(duì)其進(jìn)行加固處理，以滿足工程施工的需要。