西北區(qū)域濕陷性黃土超厚回填及沉降控制研究

李洪元，阮高勇，劉怡飛，張 健，孫鵬飛

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 項目概況

西北黃土高原地帶是我國濕陷性黃土最集中的區(qū)域，延安市位于黃土高原中南部，屬于濕陷性黃土地區(qū)。延安市萬達城文旅項目位于延安市方塔新區(qū)方塔湖西側，用地面積約26.76萬m2，設計高程為1045.18～1073.15m。場地地形北高南低，地形自周邊向湖傾斜。平均回填土高度為16～37m，凈填土方量為160多萬m3。

項目自南向北分布有4條東西向的沖溝，三面環(huán)山，一面臨湖。從南到北高差近22m，地形復雜，高低不平。基礎施工正處于雨季，根據(jù)延安市歷年的降水情況，7～10月以8～15d的中期陰雨為主，連續(xù)降水量可高達152.9mm。

該工程為土方超厚回填，荷載大。在惡劣的地形環(huán)境與濕陷性黃土地質(zhì)條件下，回填地基處理難以保證承載力與穩(wěn)定性，地基沉降控制難度極大。

2 問題與研究思路

地基處理工藝中，分層碾壓和強夯施工較常用，兩者都是基于壓實原理，密實地基土，提高承載力。由于本工程的特殊性，以上兩種地基處理工藝都存在問題，可實施性低。

分層碾壓法通過機械反復碾壓實現(xiàn)地基土處理，適用于大面積土方工程。本項目土方回填高度高，場地面積大，利用此方法，設備、勞動力成本高，施工效率低，不能達到工期目標。施工處于雨季，如果遭遇強降雨將造成長時間停工，導致水土流失，可能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟損失。而且場地4條沖溝高差大，分層回填難以保證作業(yè)人員與施工機械的安全，安全措施成本高。

強夯法施工適用于濕陷性黃土地基，施工工期短，夯實效果好，成本低。本工程東側臨湖，斜坡含水率高，坡度大。場地強夯施工無約束，易引起滑坡等問題，地基質(zhì)量難以保證，無法進行大規(guī)模強夯施工。

項目地基為濕陷性黃土，平均回填土高度16～37m，屬于超厚回填，且原地基和填筑體自身的荷載大，存在嚴重的不均勻沉降問題。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過試驗研究，決定將分層碾壓與強夯施工相結合，針對不同的位置和地質(zhì)條件分別建立高能強夯區(qū)、低能強夯區(qū)與強夯保護區(qū)。不同區(qū)域采用不同的地基處理方式，在確保地基承載力與地基穩(wěn)定性的基礎上，有效控制沉降，并滿足工期、質(zhì)量和成本的要求。

3 技術原理

3.1 濕陷性黃土超厚回填處理區(qū)域劃分

項目東西寬度約100m，由于場地東側臨湖無法實現(xiàn)大面積強夯，項目在臨湖外側區(qū)域采用分層碾壓內(nèi)側區(qū)域采用強夯。分層碾壓可為強夯處理提供操作面，有效解決高邊坡強夯不能施工的問題。

強夯處理前，需在臨湖側形成一堵“墻”來保證高能強夯的進行，該“墻”即為強夯保護區(qū)。分層碾壓區(qū)分層厚度50cm，壓實系數(shù)0.94，采用振動碾進行，碾壓3～5遍，回填厚度至設計標高。在外側分層碾壓的同時在內(nèi)測強夯區(qū)進行土方回填，靠近強夯保護區(qū)5m范圍采用2000kN夯擊能進行低夯能夯實，在保證保護區(qū)穩(wěn)定性的基礎上，進一步加固強夯區(qū)，確保高能強夯下保護區(qū)不側移，提升強夯區(qū)內(nèi)夯實效果。

低能強夯區(qū)是連接高能強夯區(qū)和坡頂分層碾壓的過渡區(qū)，避免高能夯擊區(qū)直接與分層碾壓區(qū)直接連接，以盡可能消除連接區(qū)之間不均勻沉降及增加強夯保護區(qū)距離，以保證其安全。

3.2 濕陷性黃土地基強夯處理技術

根據(jù)初勘地質(zhì)報告，以前項目區(qū)域為居民住宅區(qū)，存在大量的磚瓦碎塊、混凝土塊，項目現(xiàn)場存在分布區(qū)域廣且具有一定厚度的人工雜填土。工程采用強夯施工可以快速提高軟弱土的地基承載力，提高地基土壓縮性，改善地基性能，確保處理后地基承載力滿足設計要求，為后續(xù)施工安全有序進行創(chuàng)造條件。

強夯處理采用隔點夯擊，點夯兩遍后滿夯一遍，主夯點布置按照7.0m×7.0m正方形布置，滿夯時夯點之間的錘印搭接1/3錘徑。夯錘直徑2.5m，單點夯擊能6000kNm，最后兩擊的平均夯沉量不大于50mm，滿夯夯擊能2000kNm，單點擊數(shù)2擊。

3.3 沉降控制措施

為解決地基不均勻沉降問題，項目首先對原地基進行處理，采用強夯對雜填土及回填厚度超過2m的區(qū)域全部進行地基處理；然后在超厚回填時，結合強夯保護原理區(qū)域施工技術對建筑物主體下部采用強夯回填減少沉降，在邊坡區(qū)采用自然放坡的分層碾壓區(qū)，在高能強夯回填區(qū)與分層碾壓回填區(qū)增加低能強夯區(qū)，減少不均勻沉降。

回填結束后采用標準貫入實驗進行檢測，標貫深度按回填厚度進行控制，深度方向每間隔1m連續(xù)標貫，標貫檢測每米不少于15擊（140kPa）。利用一定的錘擊功能(錘重63.5kg，落距76cm)，將一定規(guī)格的對開管式貫入器(對開管外徑51mm，內(nèi)徑35mm，長度大于457mm，下端接長度為76mm、刃角18°～20°，刃口端部厚1.6mm的管靴，上端接鉆桿)打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻抗，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。

3.4 “碎石盲溝”地下排水系統(tǒng)

項目場地自南向北分布有4條東西向的沖溝，為巖石裂隙水自然沖刷形成。在施工前解決超厚回填對地下水系的影響問題，是沉降控制的關鍵。原始地形山高坡陡，地基土和挖方區(qū)填料以穩(wěn)定性差的粉質(zhì)黏土和黃土為主，為了進行有效的沉降控制，項目在保證工程安全與不破壞原有水環(huán)境的前提下設計采用基于“碎石盲溝”的高填方地基地下排水系統(tǒng)（圖1）。該系統(tǒng)不僅經(jīng)濟適用，有效保證了排水效果，而且大量縮減工期，為大規(guī)模土方施工爭取了寶貴的時間。該工程排滲體系主要原理如下。

圖1 碎石盲溝斷面設計

1）結合地形的具體情況，以不改變或破壞原有水系的條件為原則，設置地下排水盲溝系統(tǒng)，盲溝縱向坡度應不小于1﹪。

2）場內(nèi)盲溝出水口引入場外排水系統(tǒng)（水庫內(nèi)）；盲溝的出水口處，根據(jù)地形作特別加固，避免水流沖刷地面，防止出水口處盲溝潰散、坍塌。

3）結合原地基處理，設置排水盲溝。在地基處理完畢后在進行盲溝施工。

4 施工要點

4.1 工作面搭接處理

由于填筑區(qū)域范圍大，施工段多，工作面分散，各工作面起始填筑標高不同，工作面搭接存在隱患。工作面搭接處理不好，必然產(chǎn)生人為的薄弱面，給高填方工程質(zhì)量帶來不利影響。因此，各工作面間要注意協(xié)調(diào)，相鄰兩工作面高差要求一般不超過4m，以避免出現(xiàn)“錯臺”現(xiàn)象。

4.2 土方填筑（清表及平整場地）

1）因場地高低不平，清表后把原場地修為臺階狀便于強夯施工及分層回填施工。

2）開挖時妥善處理表層植物土，開挖的土方不得隨意向山坡下推棄，以免增加后期植物土處理的難度和推棄土方再次挖運與壓實的難度，并影響工程施工環(huán)境。

3）土方開挖嚴格控制場地標高，在挖方區(qū)邊界根據(jù)方格樁設置高程控制樁，并在控制樁上掛線，掛線時預留一定的碾壓下沉量3～5cm，使其碾壓后的高程正好與設計高程一致。填挖設計交界線附近按5m控制。

4）土方開挖嚴格按規(guī)定的土方調(diào)運方向調(diào)運，以免增加總體調(diào)運距離。

5）土方運輸采取有效措施，控制揚塵，減少對環(huán)境的危害。

4.3 強夯施工

1）在臨湖一側，先建立強夯保護區(qū)，采用分層碾壓，每500mm采用振動碾進行，碾壓3～5遍。

2）強夯區(qū)回填，回填厚度8m，選用8000kNm強夯機進行，采用兩遍點夯和一遍滿夯，滿夯采用2000kNm強夯機。

3）強夯結束后強夯坑采用推土機進行回填，然后進行場地平整，用振動碾碾壓3～5遍。

5 效益分析

1）施工效率高，保證工期節(jié)點 傳統(tǒng)分層碾壓采用沖擊碾壓需要虛鋪土80cm、攤平、碾壓、做環(huán)刀試驗等步驟，程序繁瑣。本項目回填面積大，回填土方量多，施工工期要求高。強夯工藝簡便易行，施工質(zhì)量控制簡單。強夯保護原理超厚回填的技術是在強夯建立保護區(qū)后直接回填不超過800cm直接進行強夯，所以較分層碾壓處理速度明顯加快，可有效節(jié)約工期。

2）地基加固效果顯著，滿足設計要求 強夯回填有效加固深度大，單層8000kNm的高能量級強夯加固影響深度可達8～10m，壓縮性可提高2～10倍，顯著提升地基承載力與地基穩(wěn)定性。地基經(jīng)強夯處理后，可取得較高的承載力、壓縮模量，相對一般地基處理強度可提高2～5倍，可以有效避免主體結構后期出現(xiàn)沉降問題。項目主體結構均位于強夯回填區(qū)，加固效果顯著，承載力滿足設計要求。

3）施工機具簡單，適用范圍廣 主要施工機械為履帶式起重機、沖擊碾和壓路機，輔以龍門架以增加起吊能力和穩(wěn)定性，現(xiàn)場施工快速方便。地基處理無需三七灰土、土工格柵等高填方分層回填材料，簡單經(jīng)濟。此地基處理方式適用于同類型高邊坡或臨湖側等大面積超厚回填地基處理工程，也為類似項目提供參考。

6 結語

結合延安萬達城文旅小鎮(zhèn)實際應用情況，本技術對于濕陷性黃土超厚回填土方加固效果顯著，可有效控制地基沉降，不僅施工速度快、質(zhì)量好，確保如期完成，而且保證了地基承載力和地基穩(wěn)定性，為后續(xù)其他施工工序的開展提供了較好的條件。