某綜合管廊地基處理方案研究

褚方平

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

某綜合管廊地基處理方案研究

褚方平

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

以某綜合管廊為例，從液化土以及軟弱土的處理角度出發(fā)，對采用三軸水泥土攪拌樁長短樁相結合的處理方法進行了詳細的介紹；為類似的工程條件提供了經驗，希望能對類似的地基處理設計起到一定的借鑒作用。

綜合管廊；液化土；地基處理；復合地基；三軸攪拌樁

0 引言

海口市桂林洋經濟開發(fā)區(qū)成立于1991年7月，是經海南省政府批準，經國家發(fā)改委、國土資源部、建設部聯(lián)合審核后保留的省級經濟開發(fā)區(qū)，規(guī)劃總面積41.3km2。經過二十五年的開發(fā)建設，開發(fā)區(qū)已初步形成椰風海韻熱帶風光、迷人海濱旅游度假區(qū)、以現(xiàn)代觀光農業(yè)為核心的農業(yè)綜合開發(fā)區(qū)；未來的桂林洋開發(fā)區(qū)將形成農業(yè)生產場所、農產品消費場所、休閑旅游場所三者結合在一起的國家熱帶農業(yè)公園。

為響應國家對地下綜合管廊建設的相關政策、積極推動桂林洋國家熱帶農業(yè)公園的建設，在征求各方意見的情況下，建設江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊。

1 工程概況

1.1 建設區(qū)域概況

擬建江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊西起江東大道～興洋大道交叉路口西側，東至江東大道～桂林洋大道交叉路口東側，總長約3.2k m。擬建綜合管廊為單層雙倉斷面，其線位布置在道路紅線南側規(guī)劃綠化帶內，見圖1、圖2。

1.2 工程地質條件

根據擬建工程場地地質調查及勘探孔揭露，擬建場地地層由新至老為：第四系全新統(tǒng)人工成因的耕植土、雜填土；全新統(tǒng)的淤泥質粉質黏土、砂土和粉質粘土；中更新統(tǒng)北海組的砂土和粉質粘土；第三紀上新統(tǒng)海口組海相成因的粉質粘土。場地各土層工程特性參數(shù)見表1。

擬建場地位于8度抗震設防區(qū)，場地現(xiàn)狀地面下20 m深度范圍內分布有全新統(tǒng)飽和砂土，分別為③2層淤泥質細砂、③3層淤泥質粗砂、③4層中砂和③7層淤泥質粗砂；采用現(xiàn)場標貫實測值對飽和砂土進行進一步液化判別，上述飽和砂土層均發(fā)生液化反應，液化等級為中等～嚴重，具體場地地基土分段評定液化等級見表2。

2 地基處理方案分析[1 -3 ]

2.1 地基處理方案的確定

本工程擬建綜合管廊標準斷面底板面埋深約6.45 m（見圖3），根據綜合管廊縱斷面設計，管廊基底多位于淤泥質土層或砂層；淤泥質土層地基承載力為60～80 k P a，砂層地基承載力均大于100 k P a。考慮本工程范圍內存在大面積的溝塘，管廊擬建場地為填方路段，全線填方高度為0.70～4.70 m；因此工程性能較差的③層淤泥質黏土、③1層含砂淤泥質黏土、③2層淤泥質細砂無法滿足地基承載力及沉降控制的要求。根據《建筑地基處理技術規(guī)范》的相關規(guī)定：對于淤泥質土，可采用預壓法、水泥土攪拌法、高壓旋噴法、注漿加固法等方法進行處理。

同時根據巖土工程勘察報告，本工程管廊擬建場地現(xiàn)狀地面下20 m深度范圍內分布有③2層淤泥質細砂、③3層淤泥質粗砂、③4層中砂和③7層淤泥質粗砂等全新統(tǒng)飽和砂土，均為中等～嚴重飽和液化砂土；因此擬建場地亦需進行液化土處理。由于場地液化土層較厚，按照《建筑抗震設計規(guī)范》的相關規(guī)定，本工程液化土可采用加密法（如振沖、振動加密、擠密碎石樁）進行處理。

圖1 江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊定位圖（單位：mm）

圖2 江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊標準斷面布置圖（單位：mm）

表1 場地各土層工程特性參數(shù)表

表2 場地地基土液化等級評定表

圖3 江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊擬建場地現(xiàn)狀圖

地基處理時亦需考慮基坑開挖的需求。由于本工程管廊基坑開挖范圍內以素填土、淤泥質土等土層為主，為減小基坑開挖對北側道路路基的影響，本工程管廊基坑開挖以垂直圍護為主；為滿足基坑坑底抗隆起及基坑止水的要求，管廊基坑坑底需采用壓密注漿、水泥土攪拌法或高壓旋噴法等方法進行坑底加固。

綜合考慮管廊地基承載力、沉降控制、基底液化土處理以及基坑止水、坑底抗隆起的需求；經過比較，本工程擬采用較為經濟的水泥土攪拌法對管廊基底軟弱土及液化土進行地基處理。通過硬化軟弱土以提高地基土的強度并增大土層的壓縮模量；通過水泥與砂土的化學固結，改變土體的性質、增加砂土的密實度以消除液化；通過化學固結降低砂土的滲透系數(shù)以形成坑底隔水層；通過摻加水泥、增加坑底土體的重度以滿足基坑坑底抗隆起的要求。

考慮本工程管廊基底需進行地基處理的土層較厚，為保證攪拌樁成樁的可行性及完整性，本工程擬采用功率更強、處理深度更大的850@600三軸水泥土攪拌樁進行地基處理。

2.2 樁長、樁間距的設計

以變形縫076～079段（樁號K10+793.44～K10+ 871.98）綜合管廊為例，該段管廊現(xiàn)狀為溝塘，管廊頂部填方高度約為2.5 m。經地質縱斷面揭露，本段管廊基底下土層由上至下分別為③1層含砂淤泥質黏土、③3層淤泥質粗砂、③層淤泥質黏土、③7層淤泥質粗砂、⑧層粉土；其中③3層淤泥質粗砂和③7層淤泥質粗砂為液化土層，液化等級為嚴重；③1層含砂淤泥質黏土、③層淤泥質黏土為軟弱層。地基處理時需解決③3層淤泥質粗砂、③7層淤泥質粗砂等土層的液化問題以及③1層含砂淤泥質黏土、③層淤泥質黏土等土層地基承載力和抗變形能力不足的問題。縱斷面見圖4。

圖4 江東大道二期（桂林洋段）樁號K10+793.44～K10+871.98段綜合管廊地質縱斷面圖

管廊設計時，對于管廊主體結構一般只考慮抗震構造措施，其結構配筋以裂縫控制為主，結構承載能力計算不起控制作用；結合《建筑抗震設計規(guī)范》第4.3.4條的相關說明，本工程管廊在對③3層淤泥質粗砂、③7層淤泥質粗砂等液化土層進行處理時，考慮只對設計地面下15 m范圍內的液化土進行完全處理。由于本工程管廊底板底面設計地面下埋深約為7.0 m，管廊基底液化土處理時，考慮采用8.0 m長850@600三軸水泥土攪拌樁等長短樁進行滿堂處理；對于設計地面埋深15m以下的液化土，擬采用長樁疏樁打穿液化土層以進行部分處理。

同時為保證三軸攪拌樁處理液化土的效果，管廊在進行液化土處理時，以50 m左右長度管廊為一區(qū)間，在每個區(qū)間周邊設置滿堂長樁將各區(qū)間形成一個封閉獨立的區(qū)格，以減小地震時各管廊區(qū)間地震影響的聯(lián)動性。管廊基底下850@600三軸水泥土攪拌樁滿堂短樁+長樁疏樁具體布置見圖5、圖6。

圖5 850@600三軸水泥土攪拌樁滿堂短樁+長樁疏樁地基處理平面布置圖（單位：mm）

圖6 850@600三軸水泥土攪拌樁滿堂短樁+長樁疏樁地基處理橫斷面示意圖

對于③1層含砂淤泥質黏土、③層淤泥質黏土等軟弱土層，擬采用850@600三軸水泥土攪拌樁以形成復合地基進行處理，三軸水泥土攪拌樁樁長以進入下臥非軟弱層0.5 m為準。

以變形縫076～079段（樁號K10+793.44～K10+ 871.98）綜合管廊為例，根據該段管廊基底下土層的分布情況，結合液化土及軟弱土的處理需求；本段管廊基底下采用有效長度為8.0 m的滿堂短樁進行液化土及部分軟弱土的處理、采用有效長度為15.0 m疏樁長樁對③層淤泥質黏土軟弱土進行完全處理并對③7層淤泥質粗砂進行部分液化處理，見圖7。

2.3 復合地基承載力驗算

以變形縫076～077段（樁號K10+793.44～K10+ 820.00）綜合管廊為例，短樁為滿堂加固，坑底以下有效長度為8.0m；長樁疏樁最大間距為1.987 5 m×3.6 m，坑底以下有效長度為15 m。現(xiàn)計算長樁的復合地基承載力（地質參照孔為G K116）。

圖7 江東大道二期（桂林洋段）樁號K10+793.44～K10+871.98段綜合管廊長短樁地基處理縱斷面示意圖

復合地基承載力特征值：

復合地基承載力驗算（以標準段為例，其管廊基底壓力為106.74k P a）：

fa=95+17×(4.5-0.5)=163 k P a＞106.74 k P a，加固后復合地基承載力滿足要求。

2.4 復合地基沉降驗算

以變形縫076～077段（樁號K10+793.44～K10+ 820.00）綜合管廊為例進行復合地基加固區(qū)沉降驗算（地質參照孔為G K116）。

該區(qū)段管廊平面尺寸為26.81 m×8.8 m，管廊基底附加荷載：

F附加=106.74×26.81×8.8-26.81×8.8×18× 4.5=6 073 k N

管廊基底具體沉降量計算如下所示：

（1）基礎數(shù)據（見表3）；

（2）土層列表（見表4）；

（3）沉降計算（見表5、表6）。

表3 管廊基底土沉降計算基礎數(shù)據表

表4 管廊基底土層分布表

表5 管廊基底各土層壓縮情況表

表6 計算點沉降量表

附加應力（k P a）pmax=25.74，pmin=25.74，平均= 25.74。

根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》（G B 50007-2011）式5.3.5計算，沉降計算點（x=0.000 m，y= 0.000 m）各層土的壓縮情況。

（4）結論

變形縫076～077段（樁號K10+793.44～K10+ 820.00）綜合管廊地基加固后最大沉降量=46.911 mm＜200 mm，滿足規(guī)范要求。

3 地基處理質量控制上標[4-7]

3.1 施工技術要求

由于本工程擬建場地范圍內存在大面積的溝塘，塘底標高為0.700～1.600，且部分塘底存在一定厚度的淤泥；同時本管廊擬建場地為填方路段，全線填方高度為0.700～4.700 m；為形成平整的工作面并考慮管廊基坑施工要求，地基處理需在場地平整并回填至管廊頂板頂部1.0 m后方可進行。

（2）攪拌樁采用攪拌噴漿下沉、坑底重復攪拌、攪拌噴漿提升直至孔口的施工工藝。攪拌機必須帶有計量裝置。

（3）施工前需進行水泥土室內配比及抗壓試驗，要求28 d齡期的抗壓強度qu≥0.8 MPa，90 d齡期的抗壓強度qu≥1.5 MPa。

（4）為保證攪拌樁的質量，鉆機提升速度控制在1 m/m in以內，且轉速不小于60轉/m in；垂直偏差不得超過0.5%，向下鉆進的速度應比上提時的速度慢一倍左右，以便盡可能保證水泥土的充分攪拌。料罐一次加料量不得小于一根樁的水泥用量+50 k g；噴入量不足時應補噴，補噴搭接長度不得小于1 m且必須在12 h內完成。

（5）水泥土攪拌樁搭接施工的間隔時間不宜大于24 h；當超過時，搭接施工時應放慢攪拌速度。若無法搭接或搭接不良，應作為冷縫記錄在案，并在搭接處采取補救措施。

（6）水泥土攪拌樁施工時樁機就位應對中，平面允許偏差為±20 mm，立柱導向架的垂直度偏差不應大于1/250。

3.2 地基處理檢測技術要求

（1）施工過程中應隨時檢查施工記錄和計量記錄。

（2）成樁3 d內，采用輕型動力觸探（N10）檢查上部樁身的均勻性，檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的1%，且不少于3根。

（3）成樁7 d后，采用淺部開挖樁頭進行檢查，開挖深度宜超過停漿（灰）面下0.5 m，檢查攪拌樁的均勻性，量測成樁直徑，檢查數(shù)量不少于總樁數(shù)的5%。

（4）成樁28 d后采用雙管單動取樣器鉆取芯樣作水泥土抗壓強度檢驗，各區(qū)段檢驗數(shù)量為施工總樁數(shù)的0.5%，且不少于6點。

（5）水泥土攪拌樁成樁質量檢測要求見表7。

表7 水泥土攪拌樁成樁質量檢測要求表

（6）成樁28 d后采用標準貫入試驗（N）對加固后土體進行液化判別。

（7）地基加固后復合地基承載力特征值按95 k P a計；成樁28 d后應進行復合地基承載力檢測，每個區(qū)段檢測數(shù)量不少于3組并滿足《建筑地基處理技術規(guī)范》（J G J79-2012）第7.3節(jié)及附錄B的要求。

4 結論

以海口市江東大道二期（桂林洋段）綜合管廊為例，在綜合管廊擬建場地同時存在液化土與軟弱土的情況下，從液化土處理、軟弱土處理等方面著手，并結合基坑設計的需求；提出了采用850@600三軸水泥土攪拌樁長短樁相結合的方法進行地基處理。地基處理施工完畢后實施地基承載力檢測、液化探測以及變形觀測，采用靜荷載試驗確定水泥攪拌樁復合地基承載力特征值、采用標準貫入試驗判定加固后土體的液化性，檢測結果均滿足設計要求，取得比較好的效果。為類似的工程條件提供了經驗，值得推廣應用。

[1]GB50007-2011,建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[2]JGJ79-2012,建筑地基處理技術規(guī)范[S].

[3]GB50202-2002,建筑地基基礎工程施工質量驗收規(guī)范[S].

[4]伊運恒.碎石樁和水泥攪拌樁復合地基在液化土中的應用[J].山西建筑,2015(1):86-87.

[5]林偉.水泥土攪拌樁與C F G樁在復合地基中的應用[J].江西建材,2015(2):101-102.

[6]殷忠平.論述市政工程中軟弱地基的處理方法[J].江西建材, 2016(1):111-112.

[7]曹向東.深層攪拌樁處理軟土地基應用實例[J].科技與創(chuàng)新, 2016(2):124-125.

U416.1

B

1009-7716（2017）06-0296-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.087

2017-03-20

褚方平（1984-），男，江蘇常州人，工程師，從事結構設計工作。