地下綜合管廊不良地基加固技術的比較研究

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

鄭州中心城區地下綜合管廊金水科教園區位于鄭州市區北部，緊鄰黃河，為原黃河漁場區。施工區域存在3 條管廊（楊金路、漁場路和興達路），總長度為9.0735km，其中楊金路和漁場路橫跨多個連續魚塘，另有兩處穿越河流，基底多為淤泥土（厚度為800～1 800mm），地基無法滿足基坑承載力要求。

2 方案比選原則

1）根據上部結構的類別、承擔荷載的大小、使用要求及地基基礎設計等級，結合地形地貌、巖土條件、地下水特征、環境條件等因素進行綜合分析，初步選出2～3 種備選地基處理方法，涵蓋由幾種地基處理措施集合而成的復合式地基處理方法。

2）通過對初選的各地基處理方法的適用范圍、應用材料、機械、工期、工作原理及預計效果等要素進行技術及經濟上的對比，從而遴選出最適宜的地基處理方法。

3）根據建筑物地基基礎設計等級，結合應用場地可能存在的問題，選取有代表性的場地對遴選的地理處理方法進行試驗。通過測試來檢驗設計參數是否適宜及應用方法產生的效果是否理想。當出現不滿足設計要求的情況時，應及時對設計參數進行更改或更換其他方法進行重新試驗。

3 場地荷載分析

3.1 恒載

1）整個場地大面積填筑厚度暫按4m 土方，75kPa 考慮。

2）管廊的結構層荷載等厚度按1 300mm，荷載按32.5kPa 考慮。

3.2 活載

地面堆載、材料堆載、地面超載20kPa；施工機具荷載一般不超過5kPa。

3.3 荷載組合

主要用于沉降計算分析，采用準本場地主要涉及的填筑材料為管廊主體和填筑體（按素土考慮）。

1）使用期荷載：管廊結構（32.5kPa)+填筑荷載（75kPa)+使用荷載（25kPa)×準永久系數（0.5)=120kPa。

2）預壓期荷載：真空壓力90kPa。

本工程工后沉降=使用期沉降—預壓期沉降，場地使用期（按100 年計）沉降及預壓期（暫240d）沉降，分別采用應力歷史法及e-p 曲線法計算。

4 重難點分析

1）管廊結構基底土壤不同、承載力不均勻是管廊沉降控制的重難點。

2）本期工程臨近既有建筑物，排水固結及堆載過程對既有建構筑物的保護措施須到位。

3）場地不良土質量大，土源的質量和數量保證是重點。

4）場地內地表存在大量池塘，大部分區域地表植被豐富，池塘清理整平后一般可見淤泥，清理及施工均影響功效，同時填筑厚度較大，協調變形分析及措施需重點考慮。

5）本場地地層滲透系數小且受潮汐影響明顯，確保水的有效排出是排水固結的核心，也是本場地的重難點。

5 填筑材料要求

本場地主要涉及的填筑材料為級配碎石和填筑體。參照相關規范級配碎石的最大粒徑不宜大于40mm，級配良好，顆粒中細長扁平顆粒的含量不應超過20%。碎石的壓碎值不大于35%。級配碎石級配組成參考表1。

表1 級配碎石級配組成參考

填筑體可選用級配良好的砂土或碎石土、粉質黏土、粉煤灰，以及質地堅硬、性能穩定、無腐蝕性和無放射性危害的工業廢料等，并應滿足以下要求：①以碎石土作填料時，其最大粒徑不大于10cm；②以粉質黏土、粉土作填料時，其含水量宜為最有含水量，采用擊實試驗確定；③不得使用淤泥及有機質含量大于5%的耕土；④填料容重不小于16.5kN/m3。結合本場地的調研，填筑體暫按滿足要求的級配碎石考慮。

6 地基處理方案選型

6.1 基底降水處理方案選型

原設計方案中采用的明溝降水方法效果并不理想，場地內的地下上層滯水通過自然降水進行補給，利用蒸發作用進行排泄；地下潛水主要通過自然降水及基流進行補給，利用越流和基流進行排泄。方案中缺乏對土體保水性能及粘聚力的考慮，導致在方案實施過程中可能會出現由于失水致使土體發生坍塌，進而堵塞邊溝預埋排水溝渠等現象，同時土體外表失水干枯、疏松，無法為碎石施工提供必要的承載條件，該方案不可行。

根據對地質條件的研究結論，對原設計方案進行優化。采用“輕型井點+管井”的降水方法編制方案，利用拉森鋼板樁進行基坑止水帷幕施工，防止地下暗流水滲透至基坑內，從而使基底滿足承載力要求。

6.2 淤泥厚度≤800mm基底加固方案選型

原設計管廊基底坐落于粉土、粉質黏土為有效持力層，地基承載力特征值不小于90kPa。為提高地基穩定性，管廊底部換填≥300mm 厚級配碎石墊層，基底承載力不足90kPa，換填300mm無法滿足要求。該方案不可行。

對該方案進行優化，淤泥厚度≤800mm，采用大口井和輕型井點對淤泥四周進行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用長臂挖掘機將基底范圍內所有的淤泥均清理干凈，采用級配碎石進行換填施工，換填總厚度為1 100mm，分層壓實厚度不大于300mm，同時為防止級配碎石分離，采用原材料在現場機械攪拌，減少碎石倒運次數，在換填施工時降低級配碎石自由下落的高度，防止墜落高度造成離析嚴重。

6.3 淤泥厚度＞800mm基底加固方案選型

原設計管廊基底坐落于粉土、粉質黏土為有效持力層，地基承載力特征值不小于90kPa。為提高地基穩定性，管廊底部換填≥300mm 厚級配碎石墊層，基底承載力不足90kPa，換填300mm無法滿足要求。該方案不可行，進行優化比選如下。

6.3.1 方案一：復合地基

該方案基本理念為采用振沖碎石樁、水泥土攪拌樁、粉噴樁等柔性樁與樁間軟土形成復合地基，上部荷載由樁和樁間土共同承擔。

本場地淤泥層深厚，水泥土攪拌樁、粉噴樁樁一般不能穿透軟土層，目前的施工工藝下，攪拌樁深度過大后樁身均勻性差，樁身強度隨深度增加而降低；該類處理方法對軟土地基除置換外無擠密排水作用（碎石樁復合地基有排水作用，但造價太高），對軟土性質改善有限，因此單純采用柔性樁復合地基處理難以滿足本工程要求。復合地基法可以作為構筑物部位加強或其他局部二次復合增強處理使用，需要結合具體部位、具體要求進行詳細深化設計。復合地基造價遠高于排水固結法，且沒解決本場地的主要問題。該方案不適應。

6.3.2 方案二：動靜排水固結

淤泥厚度大于800mm，采用大口井對基坑四周進行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用長臂挖掘機將基底范圍內所有的淤泥均清理干凈，通過堆載預壓和強夯的方法，使地基土排水固結。排水體指級配碎石層、砂井、碎石樁或排水板等人工排水通道，強夯使軟土產生很大的孔隙水壓力，孔隙水通過排水體在較短的時間內消散，從而達到有效應力增大，提高土體強度加固改善軟土地基的目的。

該施工區域采用堆載預壓式排水+強夯動力式排水固結的方式，堆載預壓排水作為動力加固的前置條件，采用強夯動力的方法以達到加速淤泥排水固結的目的。動靜排水固結法以“少擊多遍”的方式施加強夯荷載，強夯每遍間歇時間以動孔隙水壓力消散80%的時間為妥，一般不少于10d，需要嚴格控制能級及擊數，否則夯擊成“橡皮土”則失敗。施工要求一定的安全距離，一般不下于25m，因此強夯工藝不適用于緊鄰既有建筑物的區域。強夯施工不適用于深厚飽和自然沉積的軟弱層區域，自然沉積的飽和土孔隙比相對小些，含水量相對低，排水固結慢，超孔隙水壓力消散時間要求長。結合鄭州地方規范、應用實例、根據專著文獻記載和應用實例經驗，該方法對于本場地的適宜性差：①處理深度有限，一般有效影響深度不大于10m；②一般用于淤泥質土含砂或混砂，即滲透系數相對較大的地層；③軟弱區域飽和土、動力荷載控制差，超孔隙水壓力上升快、消散慢，風險大。該方案不適應。

6.3.3 方案三：靜排水固結法

通過在軟弱土層中打塑料排水板或袋裝砂井等構筑豎向排水通道，然后采用真空預壓、堆載預壓或者兩者聯合預壓方式進行加載預壓，通過排出淤泥層中的超孔隙水，提高土層有效應力，從而加速淤泥層的固結沉降，同時達到改良地層并提高軟土層承載力的目的。

軟土加固方法的選定應綜合考慮土層條件、建筑物情況、施工機具、材料來源、施工工期、加固費用等因素，預壓排水加固法是本場地經濟適用的地基處理方式。

通過預壓排水固結來減少地基后期沉降，提高其強度及穩定性，削弱或消除因欠固結軟土引起的樁體負摩阻力，并削減地基及場地竣工投入使用后的不均勻沉降。該方案較適宜本工程。

7 結語

軟土是指近代水下沉積的飽和粘性土，包括淤泥、淤泥質黏土、泥質粉土等一類土體。作為工程建筑的地基，因承載力低而產生不同程度的沉降乃至坍塌，對管廊工程造成嚴重傷害，應根據實際情況，選擇最適宜的方法對其進行加固處理，以滿足工程施工的需要。