軟弱地基綜合處理施工技術(shù)

陳 凡

(中鐵十四局集團隧道工程有限公司，山東 濟南 250000)

軟弱土具有高壓縮性、低滲透性、抗剪強度較低、顯著的流變性和結(jié)構(gòu)性等工程特性，主要包括淤泥、淤泥質(zhì)土、部分充填土和雜填土等[1]。在上部結(jié)構(gòu)荷載作用下，極易發(fā)生土體剪切破壞與不均勻沉降等不良現(xiàn)象，最終會引起建筑塌陷，因此軟弱土地基不利于建筑施工，在實際工程中需要對其進行加固處理。本文以深圳地鐵8號線望基湖停車場中采用的軟弱土地基處理施工技術(shù)為例，介紹了關(guān)于不同軟弱土地基加固處理的一些施工技術(shù)措施。

1 概述

1.1 工程概況

深圳市地鐵8號線的望基湖停車場擬選址于梧桐山山區(qū)內(nèi)，如圖1所示，在深圳外國語學校的西南側(cè)，東鄰鹽田區(qū)高速路。整個選址地塊三面環(huán)山，中部山谷為一二級水庫，即望基湖水庫，水庫集雨面積約1.5 km2，庫容11.03萬m3。擬建的停車場在結(jié)構(gòu)施工前需對原來的望基湖水庫進行拆除，并且填土至設(shè)計場坪標高。建成后的望基湖停車場總占地面積為21.3萬m2，總建筑面積為8.4萬m2，設(shè)停車列檢28列位、雙周/三月檢2列位、臨修1列位，為深圳地鐵2號、8號線車輛的?？俊z修及物資保障提供場所。

1.2 水文地質(zhì)及氣候條件

根據(jù)地下水賦存介質(zhì)的類型，其主要可分成三種類型：第一種為上層滯水，一般在第四系人工填土層中較為常見。第二種為孔隙潛水，主要存在于第四系上更新統(tǒng)沖洪積卵石層、殘積砂質(zhì)黏性土及粉質(zhì)黏土層中；第三種為基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水，主要存在于基巖強、中等風化帶和斷裂構(gòu)造帶中。含水層的富水性與基巖裂隙貫通程度、發(fā)育程度、膠結(jié)程度和地表水源的連通性有關(guān)。構(gòu)造裂隙水和基巖裂隙水局部呈現(xiàn)出微承壓性，原因是地層巖性分布不均、巖層透水性和富水性的差異性。

深圳市地處亞熱帶季風氣候區(qū)，光照時間長，有著充足的熱量和雨量。深圳市的氣候和降水受冬、夏季風影響，季節(jié)變化較大，一般冬季溫和，夏季多雨濕熱，雨熱同季，干涼同期，且冷暖季和干濕季區(qū)分明顯，但是也有較多的災害性天氣，比如臺風、寒潮等。

2 地基處理總體原則

望基湖水庫的原地形地貌過于復雜，人工填土、雜填土、填碎石土地段、粉質(zhì)黏土、殘積土和淤泥等分布在不同區(qū)域，因此場坪天然地基不滿足承載力與沉降要求，尤其是庫區(qū)內(nèi)外有碴軌道與無碴軌道過渡地段，需采用合理的地基處理方法對場區(qū)進行處理加固。結(jié)合場地工程地質(zhì)情況及設(shè)計要求，選用水泥土擠密樁、預應力管樁及強夯三種工法對停車場多個分區(qū)進行地基加固處理。

3 施工準備

施工前對場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)造物和管線的位置、標高進行了查明，且進行相應的遷改，對沒有遷改而施工中有可能對其造成影響的需注意加強施工防護，鄰近建筑物有防震要求的需采取相應保護措施。

施工前先將場地整平，流向施工區(qū)的水源進行截斷，并且設(shè)置截排水溝，保證施工期間作業(yè)工作面排水順暢，不積水。

為了使擠密效果和地基承載力等符合規(guī)范設(shè)計要求，在施工前應開展成孔、夯填工藝、擠密效果試驗，對分層填料厚度、夯擊次數(shù)、含水率、夯實后的干密度施工工藝參數(shù)進行確定[2]。

沖擴素混凝土樁施工前進行室內(nèi)配合比試驗。

強夯施工前平整場地，移挖作填，填高不大于1.5 m。檢驗強夯設(shè)計參數(shù)的合理性，根據(jù)規(guī)范的要求和規(guī)定，在正式施工之前選擇有代表性地層的場區(qū)進行試夯，面積應不小于100 m2。

4 地基處理方法及工藝流程

4.1 水泥土擠密樁

4.1.1 設(shè)計參數(shù)及工藝流程

本工程水泥土擠密樁采用1.5 m×1.5 m樁間距正三角形布置，樁徑0.6 m，樁長5.0 m～16.0 m不等。水泥擠密樁施工圖如圖2所示，選用水泥土混合料作為樁身材料，采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻入比宜為3%～5%(質(zhì)量比)。樁頂設(shè)0.3 m厚中粗砂加卵礫石墊層，水泥土擠密樁處理完成后，場坪交工面的平板載荷試驗值不小于120 kPa。

4.1.2 成孔工藝

擠密樁施工工藝流程圖如圖3所示，采用振動沉管成孔工藝，每個區(qū)域按照“由外向內(nèi)、隔排隔行、間隔跳打”的施工原則進行施工。沉管機進場后，將沉管的尖端對準樁位處，調(diào)整擴樁機架，使樁管與地面保持垂直。樁管的垂直度用線錘吊線進行檢查，其垂直度偏差應小于1.5%。對于堅硬均勻的土層，一次成孔即可至設(shè)計深度。針對含水率較高的地基，拔出管樁后，經(jīng)常會發(fā)生孔徑收縮的現(xiàn)象，造成深度或孔徑過小。對于深度過小的樁孔，為了確?？讖胶蜕疃?，可采用超深成孔的方式。拔管速度對施工效果影響很大，應對其進行控制，且拔管前應停頓大約10 s后方可進行。振動成孔工藝完成后應該對樁孔的垂直度、中心位移、孔深、孔徑進行檢查，四項內(nèi)容符合設(shè)計要求后才能進行下一步施工。

4.1.3 水泥土配置及夯填

水泥土攪拌采用場拌的方式，對各種用料進行精確計量，且用料配合比符合設(shè)計要求。水泥土和混合料的外觀及顏色均勻一致。采用運輸車覆蓋運輸。按照水泥土的回填要求，已拌制好的水泥土超過6 h后不能繼續(xù)使用，應該隨拌隨用，且被雨水浸泡后的水泥土應作廢處理，嚴禁投入工程使用。樁身材料可取山皮土、建筑垃圾、水泥土塊、強風化(塊狀)巖石等作為孔內(nèi)填料。

根據(jù)試樁結(jié)果確定錘重、標準落距等最優(yōu)施工參數(shù)。擠密樁現(xiàn)場施工圖如圖4所示，擠密樁成孔達到預定深度后開始填料，單樁填料量不小于理論值的1.2倍，每次填料量不大于0.15 m3～0.20 m3。填料后以重錘大能量夯擊2次，第三次以標準落距下貫入度不大于20 cm為控制指標，當距離地面2 m時，重錘落距2 m～4 m，單擊貫入度以不大于10 cm為控制指標。在水泥土填充夯實過程中，施工保持連續(xù)進行，各個樁孔應分層填充進行夯實。水泥土擠密樁處理完成后，采用重型壓路機碾壓6遍，整平場地，進行承載力試驗。

4.1.4 適用條件及優(yōu)缺點分析

水泥土擠密樁法適用性極廣，一般情況下適用于：地下水位以上的地基，飽和度不大于65%且水的質(zhì)量分數(shù)不大于24%的地基土，欠密實的素填土、雜填土、粉質(zhì)黏土和濕陷性黃土等。水泥土擠密樁法的優(yōu)點是原位處理、深層壓實、以土治土，具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益；缺點是當?shù)鼗恋暮窟^大或者過小時擠密效果比較差，此外水泥土擠密樁處理土層的最大厚度一般不宜超過15 m，超過此深度由于施工機械比較龐大，所以降低了施工速度與工作效率，處理成本及費用也會增加。望基湖停車場部分遠離水庫回填區(qū)域，地下水位較深，地基土含水率適中，使用該方法處理后地基土強度得到了有效的提高。

4.2 預應力管樁

4.2.1 設(shè)計參數(shù)及工藝流程

本工程采用PHC-AB-400(95)型預應力高強混凝土管樁，強度等級C80，抗?jié)B等級不低于P10?；炷凉軜恫捎谜叫尾贾玫姆绞?，設(shè)計樁徑為400 mm，樁與樁間距1.6 m。樁頂設(shè)置強度等級為C30的樁帽，尺寸大小為100 cm×100 cm×30 cm，且回填碎石褥墊層。管樁施工工藝流程圖見圖5。

4.2.2 機械選型及壓樁順序

按照管樁極限承載力的1.2倍～1.5倍對靜壓樁機進行選型，本工程擬采用700型抱壓式靜壓樁機，壓樁速度為1.8 m/min，由于在夾樁時需保證較小的樁身側(cè)應力和便于控制樁的垂直度，樁機的夾具選擇長夾具。預應力管樁工藝流程圖如圖5所示，選用10 m和12 m的送樁桿。一般情況下根據(jù)壓樁機的型號和送樁長度確定送樁桿的長度，但實際施工中應考慮有超深送樁，因而送樁桿的長度在理論長度基礎(chǔ)上加3 m。

壓樁順序上要考慮壓樁時的擠土效應，采取由中部向外間隔逐排的壓樁方法。預應力管樁的現(xiàn)場施工圖如圖6所示，為了防止出現(xiàn)擠樁和地面隆起等現(xiàn)象，在相鄰樁施工一定時間后孔隙水壓力耗散后方可進行第二次隔樁跳壓。而對于靠近既有建筑物的場地，應從遠離建筑物的一側(cè)開始施工，避免對既有建筑物產(chǎn)生影響。當樁基深度不一時，應遵循先深后淺，先大后小的原則進行施工；在施工時應該考慮經(jīng)濟合理、運樁、喂樁方便，應盡量避免樁基的多次行走，這樣極易引起地面土層的擾動，從而造成地面沉陷。

4.2.3 管樁的驗收及吊運

管樁進場后，對其外觀、樁徑、樁長、壁厚、樁身彎曲度、樁身強度及樁身材料標識等進行驗收，使管樁的質(zhì)量和規(guī)格等必須符合規(guī)范設(shè)計要求。預制的管樁在運輸前必須達到設(shè)計強度。管樁堆放支墊點應在吊點處設(shè)置枕木，且堆放疊層數(shù)應小于3層；不超出2層時，可以采用拖拉的方式取樁，樁的拖地端用彈性材料進行保護。當堆放疊層數(shù)超出2層時，改用吊機進行取樁，不能拖拉取樁[3]。

4.2.4 壓樁

壓樁的速度根據(jù)地層巖性情況進行選擇，一般在2.0 m/min～3.0 m/min適合[4]。第一節(jié)樁應盡量保持垂直，垂直度偏差不得超過樁長的0.5%，打入前，為了便于在施工中觀測壓樁記錄，應在樁架或側(cè)面上設(shè)立標尺。在壓樁穩(wěn)定過程中，極易出現(xiàn)管樁傾斜的現(xiàn)象，應及時進行糾偏。當最終樁的壓力峰值符合設(shè)計要求或樁的端部已達到持力層時，應立即進行復壓。復壓的次數(shù)與樁長有關(guān)，樁長大于23 m的樁應復壓2次，樁長介于15 m和23 m之間的應復壓3次；樁介于8 m和15 m的應復壓4次，樁長介于6 m和8 m的應復壓5次。每次樁的復壓時間不宜超出10 s，壓樁每入土1 m，其對應的壓力值應詳細記錄，并且觀測樁的沉降量，其最終的總沉降量不能超過25 mm。

4.2.5 接樁、送樁與截樁

在進行壓樁過程中，首節(jié)樁的樁頭壓至其超出地面0.5 m～1.0 m即可進行接樁。接樁前應先清理上下端頭板上的污泥及浮銹，然后下放管樁進行焊接。樁之間接頭的焊縫應大于兩層，焊縫須飽滿，且相鄰層焊縫的接頭應錯開，不能存在夾渣或氣孔等缺陷。焊接完成后需要冷卻8 min，且需涂刷一層瀝青進行防腐，硬化后可繼續(xù)壓樁。本工程采用專制鋼質(zhì)送樁器送樁，不得將工程樁用作送樁器，送樁的中心線應與樁身吻合一致，才能進行送樁。當樁頂不平時，用麻袋或厚紙等進行墊平。送樁結(jié)束后會留下樁孔，應對樁孔進行回填使其密實。由于地層原因?qū)е聵妒┕げ坏轿欢枰貥稌r，必須采用鋸樁機進行截樁，嚴禁使用大錘硬砸。

4.2.6 成樁驗收及檢測

當樁的貫入度達到設(shè)計要求或樁端進入持力層達到設(shè)計標高時，可以進行中間驗收，一般以“高程控制為主、貫入度為輔”的原則進行控制。壓樁完成后對樁身完整性進行質(zhì)量檢測，同時對單樁豎向抗壓極限承載力進行檢測，使其符合規(guī)范要求。單樁承載力的檢測時間應在10 d～20 d內(nèi)，因為管樁施工完成后，需要7 d以上的嵌固期來使其單樁的承載力達到設(shè)計強度要求[5]。

4.2.7 適用條件及優(yōu)缺點分析

常規(guī)的地基處理方式在土層情況復雜的軟土地基中成樁難度大，且也難以保證其成樁質(zhì)量。而對于埋深大于15 m的深厚、復雜地基，采用預應力管樁這種加固方式對軟土地基進行加固依舊適用。預應力管樁施工只需預成孔，不需養(yǎng)護，因此成樁質(zhì)量不受地層巖性及地下水位的影響。預應力管樁的施工可充分發(fā)揮出樁體強度，有效保證其地基加固的效果，且加固后路基沉降穩(wěn)定快，最終變形很小。施工過程中采用靜壓法施工，無廢棄物排放，噪聲小，對環(huán)境影響小。預應力管樁的樁體具有較高的強度，抗彎、抗壓性能極好，單樁承載力很高，一般可達1 000 kN以上，工后沉降較小，在可控范圍內(nèi)[6]。結(jié)合停車場原始地貌特征、土體性質(zhì)及現(xiàn)場施工條件，局部區(qū)域使用預應力管樁進行地基處理，加固效果較為顯著。

4.3 強夯

4.3.1 設(shè)計參數(shù)及工藝流程

望基湖停車場局部區(qū)域回填深度較淺，下部為原狀土地層承載力較好，但表層回填土的承載力亦需改善。采用強夯的方法進行地基加固，將起重機的重錘從高處落下對地面進行夯擊，使軟土地基變得較為密實，從而可以大幅度提升地基承載力。強夯工藝流程圖如圖7所示，強夯夯點采用梅花狀布置，點與點間隔2.15 m，夯擊能大小為1 500 kN·m。面夯夯擊兩遍，每點連續(xù)夯2擊。

4.3.2 試夯

依據(jù)規(guī)范要求的強夯收錘標準，選取一組或多組夯擊試驗參數(shù)進行試夯。在最后一遍夯擊完成7 d后再進行原位測試，并與夯擊前的測試數(shù)據(jù)對比分析，按設(shè)計要求對夯擊加固效果進行判定。當夯實效果不理想時，應對施工參數(shù)進行相應調(diào)整再次進行強夯試驗。通過對比前后兩次強夯的試驗結(jié)果，確定最優(yōu)的技術(shù)參數(shù)進行正式施工。

4.3.3 減少對周圍環(huán)境的影響

在強夯施工過程中產(chǎn)生的強大沖擊力會使地層發(fā)生強烈地振動，這種振動會嚴重影響周圍建筑物和環(huán)境。強夯施工現(xiàn)場圖如圖8所示，在強夯施工時，需要根據(jù)周邊建筑物和環(huán)境情況，施工前設(shè)置防振溝。防振溝的寬度應大于1 m，且深度應超出建筑物的基礎(chǔ)埋深[7]。此外強夯施工過程中需有專人統(tǒng)一指揮，且指揮信號清晰、明確，周圍設(shè)置明顯的警示標志和隔離標志，并且現(xiàn)場安排人員進行巡查，嚴禁閑雜人員進入強夯施工區(qū)域。

4.3.4 夯擊

施工場地已進行土方回填及整平，大部分場地地形相對平坦。設(shè)置好夯點以后，可直接對其進行測量、放線和定位。強夯需分段有序地施工，且力度要根據(jù)回填厚度適當調(diào)整。強夯的施工順序為從地基邊緣向地基中間位置，強夯的各個部位強夯完成后，一般使用推土機對其進行回填平整處理，然后再布置其他的強夯點，直至達到規(guī)范要求的強夯標準。進行強夯施工時，夯錘落地時應保持平穩(wěn)，同時夯擊點位置保持準確無誤，避免出現(xiàn)漏夯現(xiàn)象。各個強夯點的夯擊數(shù)和每次夯擊的沉降量應根據(jù)設(shè)計要求進行檢查。

4.3.5 適用條件及優(yōu)缺點分析

強夯法地基處理方式適用性極廣，適用于砂土、碎石土、飽和度較低的粉土和黏性土等地基，并且對軟土地基加固效果好，另外對比其他地基處理方式還有著成本低、工期短和施工設(shè)備要求簡單的優(yōu)點；但是也存在很大不足，強夯過程中產(chǎn)生的沖擊波，會圍繞夯擊點為中心向四周擴散，不僅對人的生理和心理造成創(chuàng)傷，而且對周邊建筑物和環(huán)境影響極大，嚴重時會使建筑物破損[8]。望基湖停車場地處梧桐山區(qū)，臨近周邊無建筑物與居民區(qū)，此方法對于處理淺層回填的黏性土地基加固處理較為實用。

5 結(jié)語

通過以上三種施工技術(shù)方法對望基湖停車場軟弱土地基進行處理，土基承載力得到了較大的提升，達到了設(shè)計及規(guī)范要求。避免了地基土在荷載作用下發(fā)生剪切破壞或喪失穩(wěn)定性的情況。為后續(xù)停車場主體結(jié)構(gòu)施工提供了有力的保障。三種地基處理方法同時也各具優(yōu)勢及劣勢，施工中要根據(jù)工程實際情況及諸多因素進行綜合比選。以上是對軟弱土地基處理施工技術(shù)方法的一些經(jīng)驗與總結(jié)，希望能給相關(guān)行業(yè)建設(shè)者提供借鑒。