南通市紫瑯公園自然堆山地基處理及山體堆筑施工、監測要點

鄭志龍

（上海園林（集團）有限公司，上海200011）

1 工程概況

“無水不成園”，我國古典園林講究挖湖堆山，塑造地形的造景手法，山得水而活，水得山而媚，山水之美讓人有一種豁然開朗的感覺。受我國古典園林造園思想影響，挖湖堆山造景手法被廣泛運用在現代城市景觀設計中。

南通紫瑯公園位于南通市中央創新區內，總規劃面積2.02×106m2，新開路以西，興富路以東，包括建筑工程、橋梁工程、人工地形堆筑、河道開挖及人工湖等景觀項目。該工程最大的特色之一在公園南端區域開挖中心湖景、貫通水系，北端區域堆筑山體，營造山水生態景觀，堆筑山體高度在0~23m，山體坡度12°~30°，主峰高度23m，東、南2座次峰高度分別為11m和9m，總土方量約8×105m3。

2 堆山的難點分析

本工程山體高、荷載大、工期緊，且原有地質條件及周邊環境對高堆山有不利影響。高堆土山區域在部分原有河道暗浜上，且環山三面新開挖人工河道，開挖河道將減弱地基的整體性。本堆山場地地質淺層以黏質粉土為主作為持力層，承載力特征值可取120k Pa，而根據計算山體最大荷載約400k Pa，最大堆山高度超過地基土下臥層的承載力，另一方面，場地水系發達，地下水位高。

根據工程經驗，在堆山工程施工期間，由于填土堆載，致使地基水土壓力增大，如果土體堆填速度過快，孔隙水壓力不能充分消散，土體固結不充分導致其強度不能相應增長，可能會由于抗剪強度不足而引起剪切破壞，具體表現為山體沉降量及差異沉降增大，地基土體發生水平方向滑移，山體周邊自然地面和河道隆起等[1]。

3 工程地質條件

根據勘察報告顯示，紫瑯公園的土體構成除表層填土與淤泥，其余屬第四紀長江沖積層，25m深度內以淺土層以粉砂、粉土為主，一般為中等壓縮性，局部為中等偏高壓縮性，力學強度為一般～較高；26~36m深度范圍內以粉土、粉質黏土為主，中等偏高壓縮性土，力學強度較低；其下40m淺土層以粉砂為主，中～中偏低壓縮性土，力學強度較高。土層分布及性質如表1所示。

表1 土層及壓縮性分布

4 地基穩定性評價

人工堆山施工難度大、安全風險大、地域性強，供參考的施工經驗較少，而且本項目建設單位不接受將巨大的工程資金放在地下的地基加固施工中。綜合考慮堆山的安全性、造價控制要求等因素，勘察、設計、施工多次論證，并對地基穩定性進行分析，針對地基不利因素，制訂天然地基堆筑的堆山方案，并實施堆山監測保證安全措施。

4.1 地基土的承載能力、沉降量計算分析

估算得出山體最大荷載約400k Pa，堆載變形量影響范圍主要為25~40m以淺土層。根據地基土層分布及載荷條件，計算地基土極限承載力：

根據地基土層分布及載荷條件（山體）：

式中，fa為由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值，k Pa；Mb、Mc、Md為承載力系數；b 為基礎底面寬度，m，大于 6m時按6m取值，對于砂土，小于3m時按3m取值；d為基礎埋置深度，m，γ為土的重度，k N/m3；γm為基礎地面以上土的加權平均重度，k N/m3；Ck為基底下一倍短邊寬度的深度范圍內土的黏聚力標準值，MPa，本工程Ck取一倍短邊（6m）范圍內土層Ck標準值，Ck取（15.9×3.2+23.5×2.8）/6=19.4[2]；

查表得：Mb=0.49，Md=3.02，Mc=5.52

計算分析：（1）fa計算公式的理論依據為太沙基、漢森理論，理論計算式偏于保守，土體計算式pu1/4小于pu1/3；pu1/4和pu1/3分別是允許地基產生Zmax=b/4和Zmax=b/3范圍塑性區所對應的2個臨界荷載；（2）26m堆載區域為中間局部，從土體深寬修正的理論出發，周邊土體回填于26m處起到一個反壓的作用，為有利因素。

4.2 地基土的滲透性分析

受附加荷載所致的變形產生的超孔隙水壓力主要位于25m以淺土層，該范圍內以粉砂、粉土為主，超孔隙水壓力一般易于消散，不利因素是②1表層土以黏質粉土為主，滲透性較差，其下部孔隙水不易排出，且約15m以淺土層中夾水平薄層粉質黏土，滲透性較差，故應采取必要的排水措施，以減小超孔隙水可能導致的承載力、抗剪能力的損失，同時，加快地基土的固結速度，避免出現整體失穩情況。

4.3 山體本身的穩定分析

根據設計方案，山體的坡比主要在1∶4~1∶8，山體土源為挖湖土體，以粉土、粉砂為主，初步判斷，只要控制土體的含水量和回填中的密實度，山體一般可達自身整體穩定和局部穩定。

4.4 地基處理方案判斷

根據類似工程經驗，針對堆山地表軟黏土地基承載力低、含水量大、超孔隙水壓力無法消散等不利因素，為保證堆山的安全性，常采用管樁處理、深層攪拌樁、堆載預壓聯合排水固結的地基處理方案。

對于本項目堆山工程，對基底土采用塑料排水板或砂樁做排水豎井，以增強淺層土承載能力，提高降水效率和效果，并控制堆山速度最為理想。但是，為了不增加地基處理的工程造價，在工期允許和堆山監測保障的條件下，經施工單位、勘察、設計等各方技術人員及相關地質專家多次開會研討論證，并結合地基穩定性分析情況，確定本工程采用井字盲溝（透水溝）結合分層壓實堆筑的施工方案，從2個方面把控土體回填：（1）粉砂土填筑壓實度滿足要求；（2）場地做底部排水通道，利用土體的自重固結和堆載對地基土的固結效應，結合排水措施將回填土中的孔隙水及地基土中超孔隙水逐漸排出，以達到新的力學平衡。另一方面，對環山挖湖區域提前施工輕型井點降水來配合盲溝排水，提高降水效率和效果。

4.5 排水通道方案介紹

針對本工程的特點，綜合采取如下設計方案：

1）考慮擬堆山區域表層黏土作為持力層承載力透水性差，但可資源利用山體表面1.5m種植土，對表層原種植土全部收集到將來要開挖河道區域或紅線外區域；

2）26m山體區域排設盲溝H1500mm×L2000mm@50000mm，采用無紡土工布包裹瓜子片（建筑硬塊，粒徑小于10cm）。縱橫交接處盲溝為4000mm×4000mm@50000mm進行施工；

3）13~15 m山及周邊堆筑區域縱橫排設 H1500mm×L3000mm@50000mm，用砂土回填透水溝，開挖透水溝的土方放在溝的兩側；

4）擬堆山區域通過盲溝和透水溝的施工使堆筑區域形成縱橫交錯“井”字形的排水系統（見圖1），排水系統通向四周河道，使土體加速固結，提高土體強度和穩定性。

圖1 盲溝和透水溝示意圖

5 堆山安全性控制要點

5.1 山體堆填順序的部署

山體堆填順序的科學部署有助于保證工程質量、降低安全風險，加快施工進度。本項目設計堆筑3個高度不同的山丘，并在山體外圍新開挖一圈河道，綜合考慮安全、經濟因素，最終確定先堆筑山體，再開挖河道，且各山丘的堆填順序是平行堆填，提出這一方案的理由是：（1）自然原始地坪是整體穩定的，對堆筑區域有加固承載和支撐作用；如先開挖河道再堆筑山體，或一邊開挖一邊堆筑，就打破原始地坪基礎的整體性；（2）從經濟成本考慮，山體芯土堆筑完成后，河道開挖表層種植土可就近做山體表層1.5m覆蓋土，減少河道表層土二次挖運費用；（3）為保證山體均勻沉降，3座山體同時堆筑，采用同一等高線同時堆筑方案，使山體均衡上升，從而保證地基的受力均勻。

5.2 山體范圍內原河道暗浜清淤處理

原有河道暗浜內淤泥、淤泥質土對山體的穩定不利，采用全部挖除，并回填砂土分層碾壓。在清理河道暗浜的淤泥前進行排水，排水結束后，再用挖機進行清淤，淤泥駁運至河道邊或不影響晾曬的區域堆積、灘涂，進行充分晾曬，等晾干后再和表層土進行混合作為種植土使用。淤泥清理必須清至原始土才可結束。清理淤泥后再用砂土分層回填，每層回填的厚度為60~80cm，每層回填完成用壓路機碾壓，壓實系數不低于85%。

5.3 土的含水率控制及處理措施

山體堆筑芯土的含水率對山體的穩定尤為重要。按照設計土方平衡的要求，堆山的土源為挖湖土體，根據湖區地質資料，主要為粉土、粉砂為主。為保證山體的穩定性，從3個方面控制土質：（1）含水量較大的黏性土、淤泥質土、含雜草、建筑垃圾等物的雜質土不得作用堆山芯土，以避免夯填不實；（2）土的含水率控制在最佳含水率。需對土源進行最佳含水量測試，土源進入堆山區進行檢測，最佳含水量為80%時，可分層碾壓；（3）堆土按“非”字形順序布置，現場管理按土源質量分區堆填，粉土、粉砂土先用于修筑“非”字形堆筑通道，不合要求的土待處理后碾壓

5.4 分層堆筑及土工試驗

山體造型根據測量放樣等高線的坐標（X，Y）進行，先用GPS定位（X，Y），再用水準儀測量標高，造型標高用竹竿標記控制，挖機根據竹竿標記標高進行造型。山體在堆筑時分層回填，回填厚度60~80cm，先用推機推平，再用震動壓路機反復碾壓。為了保證回填土壓實的均勻性和密實度，在壓路機碾壓前先用推機推平，低速預壓4~5遍，使表面平實。震動壓路機在壓實過程中，應控制行駛速度，平壓、震動碾壓不超過2km/h。根據設計要求檢測土方的壓實度，每3m檢測一次，壓實度檢測要求不低于85%。檢測時實行現場見證取樣，檢測方法采用環刀法，壓實度檢測符合要求再繼續堆筑，為不耽誤工期，回填檢測采用分段流水施工。

5.5 堆山施工進度控制要求

自然地基堆山施工速度控制對堆山的安全性和山體的穩定性尤為重要。根據地勘資料，首先通過理論估算地基土沉降量，推算指導性總工期10個月。在實際堆山過程中，堆山的速度控制參照監測的指標數據進行，關鍵控制監測報警期間的施工速度，土體分層豎向位移和場地地表沉降變化超報警值必須停止施工，待土體分層豎向位移監測數據回到允許值且變化恢復正常后進行下級堆筑。為了既快又安全地完成堆山任務，堆山進度控制分為2個階段：在地基土承載力范圍內，施工快速連續分級堆筑，此期間各項監測數據穩定；隨著堆筑高度升高，堆載量超過地基承載力，監測指標接近報警值，該階段堆載速度放緩，大于報警值后立即暫停堆筑，待監測數據穩定后進行下級堆筑。

6 堆山監測及沉降監測結果

6.1 監測目的

本次監測為了確保堆山的安全，及時跟蹤掌握在施工過程中可能會出現的各種不利現象，掌握堆山的穩定狀態、安全程度，為設計和施工單位提供信息，以便隨時修改施工方案，合理安排施工的進度和方式。同時，監測還可以作為堆山景觀最終穩定性的依據。

6.2 監測項目

監測項目包括：（1）土體深層水平位移監測（10個點數）；（2）孔隙水壓力監測（10個點數）；（3）土體分層豎向位移監測（27個點數）；（4）地面沉降觀測（12個點數）；（5）地下水位（10個點數）。

6.3 監測頻率

本堆山工程從施工進場起，到山體達到穩定狀態，總工期約300d，監測共計60期。根據不同堆筑階段設定監測頻次：堆筑前期1次/7d，監測報警期間1次/2d，山體全部堆筑完成，且監測數據趨于穩定后，1次/15d。在加載過程中監測數據出現異常或預警，及時通知業主和相關單位，停止堆載并采取措施，等各監測數據達到要求后，方可進入下一級加載。

6.4 監測報警值

監測報警指標一般以總變化量和變化速率2個量控制，變化速率的報警指標不宜超過設計限值。本項目監測報警指標有：（1）邊界側向位移小于5mm/d；（2）場地的土體分層豎向位移速率小于5mm/d；（3）場地周邊地面沉降量以3mm/d控制。

6.5 監測結果

監測結果為：

1）堆筑高度0~12m，全部監測項目數據穩定，場地地表沉降、土體深層水平位移和土體分層豎向位移都低于報警值，在允許的變化范圍內；地表最大沉降為-500mm，土層深部最大累計沉降為-220mm，土層深部水平位移累計最大為向山體外位移1.85mm。由于場地周邊降水，水位和孔隙水壓力整體小幅下降。

2）堆筑高度超過12m以上，土體分層豎向位移逐漸接近報警值，隨著堆筑高度增加，數據超過報警值成正比增大，但場地地表沉降和土體深層水平位移數據都低于報警值，在允許的變化范圍；考慮其他2個監測項目低于報警值，施工只是結合土體分層豎向位移監測報告，放緩了堆筑速度，加強分層碾壓。

3）堆筑高度達到20m時，土體分層豎向位移報警數據達到極值20~30mm/d，土壓力數值也大幅度增加，孔隙水壓力和水位小幅增大，地表最大沉降為-1820mm，土層深部最大累計沉降為-1020mm；場地地表沉降和土體深層水平位移數據都低于報警值，場地地表沉降變化速率2mm/d以內，土層深部水平位移1mm/d以內。后續堆筑期間，施工結合監測報告技術歇停，加強監測頻率以及周邊地面的觀測。待土體分層豎向位移監測數據回到允許值且變化恢復正常后，每天只堆筑800~900m3，最高峰6m高度共計20 000m3土用了30d堆筑完成。

4）山體堆筑完成后，沉降速率減小趨于穩定。山體全部綠化種植完成6個月后，監測周邊地面沉降累計最大-201.6mm；土層深部水平位移累計最大向山體外位移-10.59mm，土層深部水平位移累計最大向山體內位移24.40mm；主峰山頂范圍土層累計沉降最大，地表最大累計沉降-2880mm，土層深部最大累計沉降-1380mm。山體堆筑對周邊道路、河道沒有影響。

7 結語

南通紫瑯公園的規劃設計突出“生態優先”，尊重原有地形地貌，保護和利用原有河流、水系，采用堆山挖湖、造山水景的造景手法，通過生態恢復營造植物種類多樣、季相變化豐富的山水生態公園。

本文主要介紹了南通紫瑯公園高堆土地基處理的設計方案論證思路，以及堆山安全性控制要點和監測分析。結合堆土施工技術控制和監測保證，盲溝排水增加堆山穩定性的天然地基堆筑方法得到了成功應用，這種堆山地基處理方式既生態又經濟，可以為后續類似工程提供借鑒。