南通市紫瑯公園自然堆山地基處理及山體堆筑施工、監(jiān)測要點

鄭志龍

（上海園林（集團）有限公司，上海200011）

1 工程概況

“無水不成園”，我國古典園林講究挖湖堆山，塑造地形的造景手法，山得水而活，水得山而媚，山水之美讓人有一種豁然開朗的感覺。受我國古典園林造園思想影響，挖湖堆山造景手法被廣泛運用在現(xiàn)代城市景觀設(shè)計中。

南通紫瑯公園位于南通市中央創(chuàng)新區(qū)內(nèi)，總規(guī)劃面積2.02×106m2，新開路以西，興富路以東，包括建筑工程、橋梁工程、人工地形堆筑、河道開挖及人工湖等景觀項目。該工程最大的特色之一在公園南端區(qū)域開挖中心湖景、貫通水系，北端區(qū)域堆筑山體，營造山水生態(tài)景觀，堆筑山體高度在0~23m，山體坡度12°~30°，主峰高度23m，東、南2座次峰高度分別為11m和9m，總土方量約8×105m3。

2 堆山的難點分析

本工程山體高、荷載大、工期緊，且原有地質(zhì)條件及周邊環(huán)境對高堆山有不利影響。高堆土山區(qū)域在部分原有河道暗浜上，且環(huán)山三面新開挖人工河道，開挖河道將減弱地基的整體性。本堆山場地地質(zhì)淺層以黏質(zhì)粉土為主作為持力層，承載力特征值可取120k Pa，而根據(jù)計算山體最大荷載約400k Pa，最大堆山高度超過地基土下臥層的承載力，另一方面，場地水系發(fā)達，地下水位高。

根據(jù)工程經(jīng)驗，在堆山工程施工期間，由于填土堆載，致使地基水土壓力增大，如果土體堆填速度過快，孔隙水壓力不能充分消散，土體固結(jié)不充分導(dǎo)致其強度不能相應(yīng)增長，可能會由于抗剪強度不足而引起剪切破壞，具體表現(xiàn)為山體沉降量及差異沉降增大，地基土體發(fā)生水平方向滑移，山體周邊自然地面和河道隆起等[1]。

3 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告顯示，紫瑯公園的土體構(gòu)成除表層填土與淤泥，其余屬第四紀(jì)長江沖積層，25m深度內(nèi)以淺土層以粉砂、粉土為主，一般為中等壓縮性，局部為中等偏高壓縮性，力學(xué)強度為一般～較高；26~36m深度范圍內(nèi)以粉土、粉質(zhì)黏土為主，中等偏高壓縮性土，力學(xué)強度較低；其下40m淺土層以粉砂為主，中～中偏低壓縮性土，力學(xué)強度較高。土層分布及性質(zhì)如表1所示。

表1 土層及壓縮性分布

4 地基穩(wěn)定性評價

人工堆山施工難度大、安全風(fēng)險大、地域性強，供參考的施工經(jīng)驗較少，而且本項目建設(shè)單位不接受將巨大的工程資金放在地下的地基加固施工中。綜合考慮堆山的安全性、造價控制要求等因素，勘察、設(shè)計、施工多次論證，并對地基穩(wěn)定性進行分析，針對地基不利因素，制訂天然地基堆筑的堆山方案，并實施堆山監(jiān)測保證安全措施。

4.1 地基土的承載能力、沉降量計算分析

估算得出山體最大荷載約400k Pa，堆載變形量影響范圍主要為25~40m以淺土層。根據(jù)地基土層分布及載荷條件，計算地基土極限承載力：

根據(jù)地基土層分布及載荷條件（山體）：

式中，fa為由土的抗剪強度指標(biāo)確定的地基承載力特征值，k Pa；Mb、Mc、Md為承載力系數(shù)；b 為基礎(chǔ)底面寬度，m，大于 6m時按6m取值，對于砂土，小于3m時按3m取值；d為基礎(chǔ)埋置深度，m，γ為土的重度，k N/m3；γm為基礎(chǔ)地面以上土的加權(quán)平均重度，k N/m3；Ck為基底下一倍短邊寬度的深度范圍內(nèi)土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，MPa，本工程Ck取一倍短邊（6m）范圍內(nèi)土層Ck標(biāo)準(zhǔn)值，Ck?。?5.9×3.2+23.5×2.8）/6=19.4[2]；

查表得：Mb=0.49，Md=3.02，Mc=5.52

計算分析：（1）fa計算公式的理論依據(jù)為太沙基、漢森理論，理論計算式偏于保守，土體計算式pu1/4小于pu1/3；pu1/4和pu1/3分別是允許地基產(chǎn)生Zmax=b/4和Zmax=b/3范圍塑性區(qū)所對應(yīng)的2個臨界荷載；（2）26m堆載區(qū)域為中間局部，從土體深寬修正的理論出發(fā)，周邊土體回填于26m處起到一個反壓的作用，為有利因素。

4.2 地基土的滲透性分析

受附加荷載所致的變形產(chǎn)生的超孔隙水壓力主要位于25m以淺土層，該范圍內(nèi)以粉砂、粉土為主，超孔隙水壓力一般易于消散，不利因素是②1表層土以黏質(zhì)粉土為主，滲透性較差，其下部孔隙水不易排出，且約15m以淺土層中夾水平薄層粉質(zhì)黏土，滲透性較差，故應(yīng)采取必要的排水措施，以減小超孔隙水可能導(dǎo)致的承載力、抗剪能力的損失，同時，加快地基土的固結(jié)速度，避免出現(xiàn)整體失穩(wěn)情況。

4.3 山體本身的穩(wěn)定分析

根據(jù)設(shè)計方案，山體的坡比主要在1∶4~1∶8，山體土源為挖湖土體，以粉土、粉砂為主，初步判斷，只要控制土體的含水量和回填中的密實度，山體一般可達自身整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。

4.4 地基處理方案判斷

根據(jù)類似工程經(jīng)驗，針對堆山地表軟黏土地基承載力低、含水量大、超孔隙水壓力無法消散等不利因素，為保證堆山的安全性，常采用管樁處理、深層攪拌樁、堆載預(yù)壓聯(lián)合排水固結(jié)的地基處理方案。

對于本項目堆山工程，對基底土采用塑料排水板或砂樁做排水豎井，以增強淺層土承載能力，提高降水效率和效果，并控制堆山速度最為理想。但是，為了不增加地基處理的工程造價，在工期允許和堆山監(jiān)測保障的條件下，經(jīng)施工單位、勘察、設(shè)計等各方技術(shù)人員及相關(guān)地質(zhì)專家多次開會研討論證，并結(jié)合地基穩(wěn)定性分析情況，確定本工程采用井字盲溝（透水溝）結(jié)合分層壓實堆筑的施工方案，從2個方面把控土體回填：（1）粉砂土填筑壓實度滿足要求；（2）場地做底部排水通道，利用土體的自重固結(jié)和堆載對地基土的固結(jié)效應(yīng)，結(jié)合排水措施將回填土中的孔隙水及地基土中超孔隙水逐漸排出，以達到新的力學(xué)平衡。另一方面，對環(huán)山挖湖區(qū)域提前施工輕型井點降水來配合盲溝排水，提高降水效率和效果。

4.5 排水通道方案介紹

針對本工程的特點，綜合采取如下設(shè)計方案：

1）考慮擬堆山區(qū)域表層黏土作為持力層承載力透水性差，但可資源利用山體表面1.5m種植土，對表層原種植土全部收集到將來要開挖河道區(qū)域或紅線外區(qū)域；

2）26m山體區(qū)域排設(shè)盲溝H1500mm×L2000mm@50000mm，采用無紡?fù)凉げ及献悠ńㄖ矇K，粒徑小于10cm）?？v橫交接處盲溝為4000mm×4000mm@50000mm進行施工；

3）13~15 m山及周邊堆筑區(qū)域縱橫排設(shè) H1500mm×L3000mm@50000mm，用砂土回填透水溝，開挖透水溝的土方放在溝的兩側(cè)；

4）擬堆山區(qū)域通過盲溝和透水溝的施工使堆筑區(qū)域形成縱橫交錯“井”字形的排水系統(tǒng)（見圖1），排水系統(tǒng)通向四周河道，使土體加速固結(jié)，提高土體強度和穩(wěn)定性。

圖1 盲溝和透水溝示意圖

5 堆山安全性控制要點

5.1 山體堆填順序的部署

山體堆填順序的科學(xué)部署有助于保證工程質(zhì)量、降低安全風(fēng)險，加快施工進度。本項目設(shè)計堆筑3個高度不同的山丘，并在山體外圍新開挖一圈河道，綜合考慮安全、經(jīng)濟因素，最終確定先堆筑山體，再開挖河道，且各山丘的堆填順序是平行堆填，提出這一方案的理由是：（1）自然原始地坪是整體穩(wěn)定的，對堆筑區(qū)域有加固承載和支撐作用；如先開挖河道再堆筑山體，或一邊開挖一邊堆筑，就打破原始地坪基礎(chǔ)的整體性；（2）從經(jīng)濟成本考慮，山體芯土堆筑完成后，河道開挖表層種植土可就近做山體表層1.5m覆蓋土，減少河道表層土二次挖運費用；（3）為保證山體均勻沉降，3座山體同時堆筑，采用同一等高線同時堆筑方案，使山體均衡上升，從而保證地基的受力均勻。

5.2 山體范圍內(nèi)原河道暗浜清淤處理

原有河道暗浜內(nèi)淤泥、淤泥質(zhì)土對山體的穩(wěn)定不利，采用全部挖除，并回填砂土分層碾壓。在清理河道暗浜的淤泥前進行排水，排水結(jié)束后，再用挖機進行清淤，淤泥駁運至河道邊或不影響晾曬的區(qū)域堆積、灘涂，進行充分晾曬，等晾干后再和表層土進行混合作為種植土使用。淤泥清理必須清至原始土才可結(jié)束。清理淤泥后再用砂土分層回填，每層回填的厚度為60~80cm，每層回填完成用壓路機碾壓，壓實系數(shù)不低于85%。

5.3 土的含水率控制及處理措施

山體堆筑芯土的含水率對山體的穩(wěn)定尤為重要。按照設(shè)計土方平衡的要求，堆山的土源為挖湖土體，根據(jù)湖區(qū)地質(zhì)資料，主要為粉土、粉砂為主。為保證山體的穩(wěn)定性，從3個方面控制土質(zhì)：（1）含水量較大的黏性土、淤泥質(zhì)土、含雜草、建筑垃圾等物的雜質(zhì)土不得作用堆山芯土，以避免夯填不實；（2）土的含水率控制在最佳含水率。需對土源進行最佳含水量測試，土源進入堆山區(qū)進行檢測，最佳含水量為80%時，可分層碾壓；（3）堆土按“非”字形順序布置，現(xiàn)場管理按土源質(zhì)量分區(qū)堆填，粉土、粉砂土先用于修筑“非”字形堆筑通道，不合要求的土待處理后碾壓

5.4 分層堆筑及土工試驗

山體造型根據(jù)測量放樣等高線的坐標(biāo)（X，Y）進行，先用GPS定位（X，Y），再用水準(zhǔn)儀測量標(biāo)高，造型標(biāo)高用竹竿標(biāo)記控制，挖機根據(jù)竹竿標(biāo)記標(biāo)高進行造型。山體在堆筑時分層回填，回填厚度60~80cm，先用推機推平，再用震動壓路機反復(fù)碾壓。為了保證回填土壓實的均勻性和密實度，在壓路機碾壓前先用推機推平，低速預(yù)壓4~5遍，使表面平實。震動壓路機在壓實過程中，應(yīng)控制行駛速度，平壓、震動碾壓不超過2km/h。根據(jù)設(shè)計要求檢測土方的壓實度，每3m檢測一次，壓實度檢測要求不低于85%。檢測時實行現(xiàn)場見證取樣，檢測方法采用環(huán)刀法，壓實度檢測符合要求再繼續(xù)堆筑，為不耽誤工期，回填檢測采用分段流水施工。

5.5 堆山施工進度控制要求

自然地基堆山施工速度控制對堆山的安全性和山體的穩(wěn)定性尤為重要。根據(jù)地勘資料，首先通過理論估算地基土沉降量，推算指導(dǎo)性總工期10個月。在實際堆山過程中，堆山的速度控制參照監(jiān)測的指標(biāo)數(shù)據(jù)進行，關(guān)鍵控制監(jiān)測報警期間的施工速度，土體分層豎向位移和場地地表沉降變化超報警值必須停止施工，待土體分層豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)回到允許值且變化恢復(fù)正常后進行下級堆筑。為了既快又安全地完成堆山任務(wù)，堆山進度控制分為2個階段：在地基土承載力范圍內(nèi)，施工快速連續(xù)分級堆筑，此期間各項監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定；隨著堆筑高度升高，堆載量超過地基承載力，監(jiān)測指標(biāo)接近報警值，該階段堆載速度放緩，大于報警值后立即暫停堆筑，待監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行下級堆筑。

6 堆山監(jiān)測及沉降監(jiān)測結(jié)果

6.1 監(jiān)測目的

本次監(jiān)測為了確保堆山的安全，及時跟蹤掌握在施工過程中可能會出現(xiàn)的各種不利現(xiàn)象，掌握堆山的穩(wěn)定狀態(tài)、安全程度，為設(shè)計和施工單位提供信息，以便隨時修改施工方案，合理安排施工的進度和方式。同時，監(jiān)測還可以作為堆山景觀最終穩(wěn)定性的依據(jù)。

6.2 監(jiān)測項目

監(jiān)測項目包括：（1）土體深層水平位移監(jiān)測（10個點數(shù)）；（2）孔隙水壓力監(jiān)測（10個點數(shù)）；（3）土體分層豎向位移監(jiān)測（27個點數(shù)）；（4）地面沉降觀測（12個點數(shù)）；（5）地下水位（10個點數(shù)）。

6.3 監(jiān)測頻率

本堆山工程從施工進場起，到山體達到穩(wěn)定狀態(tài)，總工期約300d，監(jiān)測共計60期。根據(jù)不同堆筑階段設(shè)定監(jiān)測頻次：堆筑前期1次/7d，監(jiān)測報警期間1次/2d，山體全部堆筑完成，且監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，1次/15d。在加載過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或預(yù)警，及時通知業(yè)主和相關(guān)單位，停止堆載并采取措施，等各監(jiān)測數(shù)據(jù)達到要求后，方可進入下一級加載。

6.4 監(jiān)測報警值

監(jiān)測報警指標(biāo)一般以總變化量和變化速率2個量控制，變化速率的報警指標(biāo)不宜超過設(shè)計限值。本項目監(jiān)測報警指標(biāo)有：（1）邊界側(cè)向位移小于5mm/d；（2）場地的土體分層豎向位移速率小于5mm/d；（3）場地周邊地面沉降量以3mm/d控制。

6.5 監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果為：

1）堆筑高度0~12m，全部監(jiān)測項目數(shù)據(jù)穩(wěn)定，場地地表沉降、土體深層水平位移和土體分層豎向位移都低于報警值，在允許的變化范圍內(nèi)；地表最大沉降為-500mm，土層深部最大累計沉降為-220mm，土層深部水平位移累計最大為向山體外位移1.85mm。由于場地周邊降水，水位和孔隙水壓力整體小幅下降。

2）堆筑高度超過12m以上，土體分層豎向位移逐漸接近報警值，隨著堆筑高度增加，數(shù)據(jù)超過報警值成正比增大，但場地地表沉降和土體深層水平位移數(shù)據(jù)都低于報警值，在允許的變化范圍；考慮其他2個監(jiān)測項目低于報警值，施工只是結(jié)合土體分層豎向位移監(jiān)測報告，放緩了堆筑速度，加強分層碾壓。

3）堆筑高度達到20m時，土體分層豎向位移報警數(shù)據(jù)達到極值20~30mm/d，土壓力數(shù)值也大幅度增加，孔隙水壓力和水位小幅增大，地表最大沉降為-1820mm，土層深部最大累計沉降為-1020mm；場地地表沉降和土體深層水平位移數(shù)據(jù)都低于報警值，場地地表沉降變化速率2mm/d以內(nèi)，土層深部水平位移1mm/d以內(nèi)。后續(xù)堆筑期間，施工結(jié)合監(jiān)測報告技術(shù)歇停，加強監(jiān)測頻率以及周邊地面的觀測。待土體分層豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)回到允許值且變化恢復(fù)正常后，每天只堆筑800~900m3，最高峰6m高度共計20 000m3土用了30d堆筑完成。

4）山體堆筑完成后，沉降速率減小趨于穩(wěn)定。山體全部綠化種植完成6個月后，監(jiān)測周邊地面沉降累計最大-201.6mm；土層深部水平位移累計最大向山體外位移-10.59mm，土層深部水平位移累計最大向山體內(nèi)位移24.40mm；主峰山頂范圍土層累計沉降最大，地表最大累計沉降-2880mm，土層深部最大累計沉降-1380mm。山體堆筑對周邊道路、河道沒有影響。

7 結(jié)語

南通紫瑯公園的規(guī)劃設(shè)計突出“生態(tài)優(yōu)先”，尊重原有地形地貌，保護和利用原有河流、水系，采用堆山挖湖、造山水景的造景手法，通過生態(tài)恢復(fù)營造植物種類多樣、季相變化豐富的山水生態(tài)公園。

本文主要介紹了南通紫瑯公園高堆土地基處理的設(shè)計方案論證思路，以及堆山安全性控制要點和監(jiān)測分析。結(jié)合堆土施工技術(shù)控制和監(jiān)測保證，盲溝排水增加堆山穩(wěn)定性的天然地基堆筑方法得到了成功應(yīng)用，這種堆山地基處理方式既生態(tài)又經(jīng)濟，可以為后續(xù)類似工程提供借鑒。