基于經(jīng)濟分析某建筑場地處理方案研究

謝林汝

（上海青浦新城區(qū)工程項目管理有限公司，上海市201703）

0 引 言

我國沿海經(jīng)濟自改革開放以來引領全國，不可避免的帶來城市建設的突飛猛進，在這個過程中土地資源顯得尤為重要[1-3]。因此，很多地方進行了灘涂基礎上吹填造地，建設經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，本文就是在這一背景下，針對吹填區(qū)域的建筑場地處理開展研究，從經(jīng)濟和社會效益的角度為類似區(qū)域的地基處理方案提供有一定價值的參考[4-6]。

1 工程背景

擬建場地行政隸屬沿海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)，東海大堤內(nèi)側(cè)，緊鄰東海，地形平坦，地面標高（鉆孔）在4.06～4.98 m 之間，地貌單元屬海濱平原，場地原區(qū)域主要用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，吹填前原始地面標高約2.00 m，（溝汊、養(yǎng)殖池內(nèi)）；場地為吹填區(qū)。

根據(jù)現(xiàn)行《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021 的有關規(guī)定，結(jié)合場地地質(zhì)資料，經(jīng)深入分析，擬建場地分類為二類場地，地基土類別為軟土地基。

目前表層有吹填粉細砂0.6 m 左右厚度，擬建場區(qū)吹填粉細砂以下四、五十米主要分布的地層有淤泥質(zhì)粘土、含細砂淤泥、粘性土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等，屬于典型的濱海相沉積軟土區(qū)。尤其淺層地基層中分布深度不一的吹填土、淤泥質(zhì)粘土、含細砂淤泥等軟弱土層，厚度約為7～12m，具有強度低、壓縮量大、施工機械難以進場、硬殼層薄等特點。

2 地基處理設計要求

擬建場地未來的規(guī)劃建設的中高層建筑需要進行鉆孔灌注樁等深層地基處理，但是由于淺表覆蓋吹填粉細砂，基本處于飽和狀態(tài)，含水量較高，施工樁機打樁振動作用下易液化，導致樁機不穩(wěn)，所打樁垂直度難以控制。根據(jù)發(fā)展要求和現(xiàn)有場地地形條件，擬對該場地進行淺層地基處理，標準為：淺層處理后地基承載力和場地條件能夠滿足施工機械正常施工的需要。

3 地基處理方案初步比選

通過承載力計算、論證以及相似工程的調(diào)研，結(jié)合相關工程軟基處理的工程實踐經(jīng)驗，有以下四種方案供選擇：

（1）輕型井點降水；

（2）就地攪拌硬殼層法；

（3）礦渣墊層；

（4）真空預壓。

3.1 方案一：輕型井點降水

（1）加固原理

輕型井點降水用于本項目，主要是借助真空吸力將地下水抽出，從而達到降低地下水位，進而復合產(chǎn)生預壓效果的處理方法。輕型井點主要部件是噴射點內(nèi)管底端的排水裝置，經(jīng)過總管與主管之間和環(huán)形空間直達底端，在噴嘴處由于水面的縮小，流速增高，從而產(chǎn)生負壓，通過濾管將地下水吸入泵體，通過泵體混合后再把水排出，如此循環(huán)往復，實現(xiàn)地下水位降低，產(chǎn)生預壓荷載。

（2）方案設計

經(jīng)計算，設計參數(shù)為：

井點間距1.5 m，井點寬度30 m。

井點管：采用直徑48 mm 的鋼管，長約6.0 m，下端裝1.2 m 長的濾管。

連接管：采用內(nèi)徑48 mm 的透明塑料管。

集水總管：采用直徑75 mm 的鋼管分節(jié)連接，每節(jié)長4.0 m。每隔1.4 m 設一個連接井點管的接頭。

輕型井點設備均由JSJ-60 潛水泵及打井管設備等組成。

（3）工藝流程

a.采用輕型井點降水，同時結(jié)合采用明溝排水、集水井降水的方法控制水位。

b.定位：根據(jù)現(xiàn)場情況，確定井點布置方位。

c.開溝槽：從自然地面挖寬0.8 m 以上，深1.5 m以上，為排放沖孔用水。

d.沖孔，置管：成孔后迅速放入支管，放入后以管口出水為合格。

e.填砂：支管放入后及時填砂，以中粗砂為宜，每孔約300 kg；填砂后，孔口1～1.5 m 深須用粘土封孔，以防漏氣。

f.安裝：支管和總管用塑料連接管連接，兩端用12# 鐵絲扎緊，以防漏氣?？偣芎蜋C組連接。機組位置以放在總管中部為宜。若考慮排水位置或場地具體情況，亦可放在端處。

g.鋪設排水管道（排放口有沉淀池）。

h.開機抽水。

i.拆除：降水達到要求后，即可機械進場施工，為降低費用，可分區(qū)分塊降水，該區(qū)機械進場施工完畢后，即可拆除井點降水設備。

3.2 方案二：就地攪拌硬殼層法

（1）加固原理

對于項目地基表層3 m 的軟弱土層進行就地攪拌加固，以達到形成一定厚度硬殼層，滿足機械進場需求。該方法對于本項目由于施工機械難以進場特別適用。由于吹填土及軟弱土的含水量較高，因此選用4%水泥加2%粉煤灰進行攪拌。其加固機理通過水泥固化、粉煤灰離子交換、物理擠密等形成一定厚度硬殼層。

（2）方案設計

全場地就地攪拌，深度3 m。攪拌材料選用4%水泥和2%粉煤灰,采用就地攪拌設備進行施工。

（3）工藝流程

采用先四周逐步向中間推進的攪拌方法。

3.3 方案三：礦渣墊層

（1）材料要求

礦渣應采用質(zhì)地緊韌、耐磨、級配良好的透水性材料，優(yōu)選花崗巖等硬質(zhì)材料。避免混合使用軟硬不同的材料、風化巖石等。壓碎值應小于35%，抗壓強度大于80 MPa，軟弱顆粒不超過5%，含泥量不超過5%，扁平細長料含量不超過15%。

（2）方案設計

場地整平后，滿鋪礦渣墊層80 cm 即可。遇場地過于軟弱情況，可在礦渣墊層底部鋪設一層土工布，每30 cm 鋪設一層土工格柵。

（3）工藝流程

a.平整場地，清除雜物；

b.攤鋪及分層碾壓：運料及攤鋪對于本項目應從四周向中間攤鋪，完成第一層攤鋪并碾壓完成后，鋪設一層土工格柵，再進行下一層攤鋪及碾壓。應用人工配合機械進行攤鋪，以便對攤鋪時發(fā)生的粗細料集中情況進行及時處理。攤鋪虛厚按設計厚度乘壓實系數(shù)，通過實驗段確定壓實系數(shù)，一般可按1.25松鋪系數(shù)試壓。攤鋪時要嚴格控制高程和平整度，初壓后必須立即檢查并找補。最上層平整度不大于±15 mm。壓實度大于95%。

3.4 方案四：真空預壓法

（1）加固原理

真空預壓法是通過真空泵利用大氣壓力在土體中形成負壓來代替預壓荷載，并通過砂樁、塑料排水板等豎向排水通道加快土體固結(jié)。其特點是在大型機械難以進場的軟基上較穩(wěn)定快速獲得較大的預壓荷重，因而實際工程應用極廣。

（2）方案設計

a.真空預壓荷載

真空預壓是通過抽真空形成的負壓（通常預估為80 kPa）作為預壓荷載。真空預壓上部采用0.3 mm 厚高密度聚乙烯薄膜（并在上下各鋪設一層土工布防護）作為密封膜進行密封，兩側(cè)采用密封溝（壓邊材料采用黏土或亞黏土，密封溝內(nèi)側(cè)坡面應光滑無硬物，溝1∶1.5 放坡挖至土中1.5 m 左右，最后以黏性土回填密封溝）進行側(cè)向密封。

b.預壓范圍

預壓處理寬度為場地寬度1∶1.5 放坡，坡角兩邊各加2 m。

c.塑料排水板設計

塑料排水板采用B 型，排水板插設深度8 m；排水板間距暫取1.5 m×1.5 m，等邊三角形布置。

d.排水板設計

水平排水體采用塑料排水板和塑料盲溝管，道路橫向每間隔3 排排水板采用1 排塑料盲溝管（120 mm×35 mm），道路縱向每間隔4 排排水板采用1 排塑料盲溝管（120 mm×35 mm）。盲溝管全部埋入地表以下，其中橫向盲溝管埋在縱向盲溝管的下面。具體連接方式見圖1、圖2。

圖1 豎向排水板與水平排水板連接方式示意圖（單位：mm）

圖2 塑料盲溝管埋設示意圖

（3）工藝流程

a.場地平整在加固區(qū)范圍將天然土層人工整平，避免出現(xiàn)明顯凹凸不平的情況；

b.鋪一層填土，其上鋪設一層竹笆并上覆一層土工布，之后布設垂直排水通道和水平排水通道——塑料排水板及塑料盲溝管；

c.布設監(jiān)測設備；

d.鋪設密封膜、處理密封溝；

e.安裝抽真空設備；

f.真空預壓然后試抽至負壓40 kPa，經(jīng)檢查無漏氣現(xiàn)象時，在溝內(nèi)灌滿水，增加加固區(qū)的氣密性。再將負壓提高到80 kPa 的設計值，并保持穩(wěn)定；

g.進行真空度、沉降、水位、孔隙水壓力等的觀測；

h.根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，滿足設計和規(guī)范要求后，卸去真空預壓荷載，進行下一步施工。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟性分析

方案一采用輕型井點降水，其中安裝費為每組25 根×450 元/根，拆除費為每組25 根×100 元/根，使用費每組1 500 元/d，每組處理面積約225 m2，按20 d 時間計算，考慮可重復利用，費用約195 元/m2。

方案二采用就地攪拌硬殼層法，費用為40 元/m3，深度3 m，費用約120 元/m2。

方案三采用礦渣墊層，礦渣材料約30 元/m2，土工材料約30 元/m2，碾壓攤鋪約20 元/m2，綜合費用約80 元/m2。

方案四采用真空預壓，抽真空93 元/m2，塑料排水板3 元/m、等邊三角形1.5 m 間距約24 元/m2，護膜土工布12 元/m2，墊層7 元/m2，綜合費用約136 元/m2。

以上可以看出經(jīng)濟性方面依次排序為礦渣墊層、就地攪拌硬殼層法、真空預壓、輕型井點降水。

4.2 綜合分析

本工程淺層地基處理目的主要為保證機械正常施工，為后續(xù)建筑進一步實施奠定基礎，四個方案均能滿足該要求。

方案一輕型井點降水，輕型井點可反復多次使用，但該法工藝要求較高，且該區(qū)域地下水位高，水量豐富，其下淤泥質(zhì)粘土層滲透系數(shù)小，降水效果有待實踐檢驗。方案二就地攪拌硬殼層法，存在兩個問題：一是現(xiàn)場場地極其軟弱，就地攪拌設備施工可行性需要現(xiàn)場確認；二是形成的全面積硬殼層有可能影響后續(xù)深層處理施工。方案三礦渣墊層，施工工藝簡單，造價低，且所填筑礦渣可用于深層處理樁基的褥墊層，節(jié)省了進一步深層處理的造價。方案四對于工藝的要求較高，插設排水板需要人工，效率較低。

從經(jīng)濟性、可靠性及施工難度三個方面對3 個方案進行比較，比較結(jié)果見表1。

表1 方案比較分析

綜合比較方案三礦渣墊層造價最省，而且施工難度也不高，能夠滿足場地淺層地基處理的實際需要，建議采用方案三，同時在施工過程中應注意填筑礦渣的質(zhì)量。

5 結(jié) 論

本文依托某吹填區(qū)建筑場地初步地基處理項目，在滿足要求基礎上比選出了適合的四個設計方案，在進一步基于造價、工期、施工難度等分析，推薦給出了性價比較高的方案三礦渣墊層，較好了滿足了項目需求，對于類似項目的設計實施具有較高的參考價值。