山前沖洪積平原軟弱富水地基施工的處理技術

李 通 中鐵十四局集團建筑工程有限公司安全監督部科員，工程師

1 工程概況

平陰物流總部基地項目位于山東省濟南市平陰縣中心城南側，北至魯西化工有限公司， 南至國道G341，東至青龍路，西至玫瑰路，建設用地約16.33 hm2，項目總建筑面積為166 516 m2，共11 棟單體，融產、學、研、創等于一體，對標產業園區4.0 模式。該項目具有地基處理困難、專業性強、場地工況復雜、體量大、工期短等特點。該項目的地質條件具體如下：第一，該項目地處圣母山與無名山之間，地形低洼，場地內有一條泄洪溝縱貫南北，主要用于雨季泄洪；第二，地下水位埋深0.1 ～3.3 m，為季節性的上層滯水，水量豐富；第三，高填方且填方量較大，平均填土厚度約2 m，填方量達25 萬m2，且當地土源較少，土源土質條件較差。

2 軟弱富水地基概述

軟弱富水地基是常見的地基類型，具有土質松軟、滲透性強、含水量高等特點。土層中的一些顆粒在靜水和緩慢流水的情況下隨著時間的推移逐漸堆積沉淀，最終形成了軟弱的地基。軟弱地基的形成會經歷一個漫長的過程，形成軟弱富水地基的軟土有很多類型，如沼澤地土質、淤泥以及淤泥土質等，其中淤泥和淤泥土質是形成軟弱富水地基的重要組成部分。軟弱富水地基的水分含量較大，從而導致該類型地基的結構穩定性較差，無法滿足建筑施工的承載力要求。

由于軟弱富水地基的土質結構疏松且穩定性差，因此無法滿足建設工程對于地基承載力的要求。一般情況下，在建筑施工過程中地基很少出現問題，但項目竣工后建筑物可能會發生傾斜現象，嚴重時還會發生倒坍，這主要是由于建筑物的壓力超出了軟弱地基的承載能力。另外，此類地基遭受雨水長時間浸泡吸收大量水分后也會導致地基的穩定性降低，進而會影響建筑工程質量。所以，在建筑工程施工中要充分掌握工程的地質結構情況，科學選擇地基處理技術，有效改進地基的地質結構，提升地基的穩定性與承載能力，從而才能夠確保建筑工程的質量。

3 軟弱富水地基施工處理技術的選擇

3.1 降水方案的選擇

施工人員應依據實際工程項目的水文地質條件、周圍環境、基坑開挖規模以及土層的滲透性能等條件選擇合適的地下水控制方案。常用的降水方案主要有輕型井點降水方式、噴水井點降水方式、管井降水方式、井點回灌方式以及截水等方式。軟弱富水地基開挖深度較淺時可以采用邊挖邊排水的方式，當基坑開挖深度在3 m 以上時，就需要采取井管降水的方式。當降水對基坑及周圍環境產生影響時，可以采取回灌和截水的方式來控制地下水。

目前，常用的幾種降水方式包括噴水井點降水、輕型井點降水、井點回灌、管井降水以及截水等。這幾種降水方式在施工中大多適用于填土、粉土、砂土以及黏土等，只有管井降水既適用于填土又適用于黃土和碎石。因此，項目最終選擇管井降水方式，通過合理布置降水井、疏干井，控制降水井及疏干井井間距，以保證后續填土、強夯等施工工作。

管井降水主要是在基坑周邊布置一些單獨的管井，使施工過程中產生的地下水在重力作用下流入布置的管井內，然后再用水泵抽出管井內的水即可。該降水方式的設備簡單且排水量大，相比于輕型井點降水方式具有明顯優勢。此外，管井降水使用的水泵不僅可設置在地面，還可設置在管井內。管井降水方式較適宜于滲透系數在20 ～180 m3/d、降水深度在15 m 以下、地下水較豐富的砂土層，而輕型井點方式無法滿足此類降水工作的需求。

3.2 地基強夯方案的選擇

根據巖土工程勘察報告，第1 個土層具有明顯的不均勻性和欠固結性，該層物理力學性質較差；第2 個土層為濕陷性黃土。場區頂部雜填土層中局部含有季節性的上層滯水，對強夯施工有不利影響。當地及周圍區縣土源的含水量普遍偏高，不利于進行回填處理。

強夯置換法可以充分利用夯坑中的回填石塊、碎礫石、卵石等材料，并制成砂石樁和軟土相結合的復合地基，進而大大提升地基的承載能力有效降低地基的下沉量。因此，選取強夯置換法施工工藝可解決土質較差及回填土含水率較高的問題，有利于保證地基處理的施工質量。

4 山前沖洪積平原軟弱富水地基具體施工處理技術

4.1 平陰物流總部基地降水施工

4.1.1 地下水和大氣降水控制設計

依據地質報告，在場區頂部雜填土中局部含有季節性的上層滯水，該部分上層滯水對強夯施工有不利影響，因此需要加強對地下水和大氣降水的有效控制。

第一，基坑降水主要采用大口徑井管降水方案控制地下水，井徑為500 mm，間距為12 ～18 m（其中，地下車庫部分降水井間距為12 m，產業學院降水井間距為18 m，其他場區均為15 m），共計260 眼。

第二，在基坑內布設疏干井，井間距為20 ～25 m（其中，車庫部分疏干井間距為20 m，其他場區間距均為25 m），共布設97 眼。

第三，設置降水井及回灌井的直徑為700 mm，井管采用直徑500 mm 的水泥濾水管，選用中粗砂作為濾料回填，必要時也可增加坑內排水盲溝加強排水。另外，由于集水坑及電梯井挖深較深，可根據集水坑及電梯井位置將坑內降水井布設靠近集水坑及電梯井的位置，井深宜加深2 m。

4.1.2 降水井施工技術

管井濾管可采用無砂混凝土濾管，井管外濾料宜選用中粗砂，不宜采用棱角形石渣料、風化料或其他粘質巖石成分的礫石，濾料的不均勻系數應小于2。井管的底部應設置沉砂段，井管沉砂段長度不宜小于3 m；管井的成孔施工工藝應適合地層特點，對不易塌孔、縮孔的地層宜采用干孔鉆進。采用泥漿護壁時，應在鉆進到孔底后清除孔底沉渣并立即置入井管、注入清水，當泥漿比重不大于1.05 時，才能投入濾料；遇塌孔時不能置入井管，濾料填充體積不應小于計算量的95%；完成填充濾料后應及時洗井，洗井應充分，直至過濾器及濾料濾水暢通，并抽水檢驗降水井的濾水效果[1]。

4.1.3 降水施工技術要點

（1）降水施工準備工作。在降水施工前要對降水區域內的建（構）筑物、管線進行現場踏勘，確保施工安全的前提下再進行抽水試驗。在試驗過程中，為準確獲取井下水的水位線坐標位置，需要在場區的兩端布置兩口實驗井進行抽水。

（2）降水井放樣測量。在降水井施工前首先借助全站儀確定好施工控制點并放樣做好標記，然后進行復測驗線，檢驗合格后再設置樁位[2]。

（3）降水井排污系統構建。在降水井施工中不可避免會產生大量的污水漿液，因此需要建設一個污水排放系統。首先將產生的大量污水漿液排入固定的沉淀池進行泥漿沉淀，然后再將下部沉淀的泥漿隨開挖基坑一起運輸出去，充分做到無公害、無污染處理。

4.2 平陰物流總部基地強夯施工

4.2.1 具體施工方案

根據國家有關技術規范及設計技術要求，在正式強夯施工前進行試驗性施工和檢測，以確定其夯擊能、夯擊遍數、單點夯擊數、間歇時間、場區平均夯沉量等技術參數。在回填厚度較深的區域選取一塊20 m×20 m 的場區，進行置換強夯施工，滿夯結束7 d 后，進行3 組平板靜力載荷和6 個點的重型動力觸探試驗，以檢驗夯后地基承載力是否達到設計技術要求以及夯后場區的均勻性[3]。

擬建場區填土厚度變化較大，雜填土的深度約為1.2 ～3.5 m，根據國家現行《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）的有關規定以及梅那公式計算。建筑物范圍內（包括規范規定的基礎外緣外擴范圍）區域回填土至設計基底標高之后，再采用置換強夯（夯擊能應為3 000 kN·m）進行施工。置換強夯（夯擊能為3 000 kN·m）的有效加固深度通常為6.5 ～7.5 m，在有效加固深度范圍內，地基土承載力在不同的深度有不同程度的提高，可以完全消除黃土狀土的濕陷性[4]。夯點布置可以采用正方形、梅花形或正三角形等，一般采用正方形和梅花形，夯點間距為夯錘直徑的2～3倍；建筑物范圍以外的道路、場地、綠化帶等區域在回填至設計結構層底標高后進行1 000 kN·m 的普通強夯處理[5]。

4.2.2 強夯施工技術參數

根據有關技術規范和現場的實際情況，結合梅那公式，各個工序的施工技術參數如表1 所示。

表1 各個工序的施工技術參數

停錘標準要嚴格根據錘擊數量以及后兩擊的沉量標準進行作業，即當錘擊數量達到要求但是夯沉量不達標的情況下，仍需要進行錘擊直至滿足夯沉量標準要求；當后兩擊夯沉量符合要求但總錘擊數量未達標時，仍需要增加錘擊數量直到滿足規定錘擊量[6]。

5 軟弱富水地基施工處理技術的優化策略

受自然環境的影響，地基所處環境通常比較惡劣。因此，在地基處理中要因地制宜，結合實際環境條件綜合考慮當地的水文地質條件，科學選擇地基處理技術并加以創新。

5.1 建立地下水動態監測網

眾所周知，降水工程是一項復雜而龐大的系統工程，施工中會受諸多因素影響，即便進行了科學設計但在具體施工過程中還會遇到各種問題，需要進行多次整改。因此，在進場后需要提前做好抽水實驗并確定基坑的降水參數，然后根據具體情況科學施工。

隨著場區降水量的增多必然會影響周邊環境，破壞地下水的平衡關系，所以為了確保降水工程能夠安全施工，需要在施工時建立一個地下水動態監測網，實時監測地下水的變化情況，以便及時采取相應的措施。此外，由于含水層不同還需要分層布置相應觀測孔及取水孔。布置好觀測孔后需要記錄地下水位的日變化數據、水質的月監測數據以及各站區的日排水量及含砂量等數據，并將數據上報給技術部門。

5.2 建立沉降監測網

在降水施工中，要提前根據降水情況計算抽水會影響哪些周邊區域，并在影響區域內設置沉降監測點，嚴格監測沉降數據，當沉降數據接近預警閾值時，要及時采取相應措施確保施工的安全性。

5.3 采用地下水再利用技術

基坑內采用輕型井點降水基坑進行降水，基坑外側沿基坑周邊設置環形排水溝、三級沉淀池、蓄水池等形成基坑降水回收、循環、過濾、儲存系統。基坑降水通過排水溝流進三級沉淀池進行沉淀，去除淤泥等雜質，并儲存在蓄水池；按照施工現場的用水計劃，檢測合格后的基坑降水可用于回灌井回灌、路面灑水、廁所沖洗，大部分直接用于車輛沖洗。沖洗車輛用水經排水溝回流至三級沉淀池，蓄水池經沉淀后循環使用，以實現循環使用。

5.4 采用“強夯+強夯置換”相結合的方法

為應對復雜多變的軟弱富水土層，地基處理采用“強夯+強夯置換”相結合的方法。在具體施工中要注意以下幾點。第一，施工中針對夯擊沉量及錘擊總數做好準確測量和記錄，當夯擊完一遍后要準確測量標高。

第二，強夯施工中要定期檢查夯后錘的通氣孔是否通暢，避免通氣孔堵塞影響夯擊的效果。

第三，針對施工地基的含水量及碎石量情況計算夯擊的間歇期，如果含水量較大則需要適當增加夯擊間歇時間；第四，在強夯施工中如果發現夯沉量較大或者夯坑周邊的發生較高土隆情況時，要進行填料置換施工處理，以滿足地基承載力的要求。

6 結語

軟弱富水地基的有效處理對于建筑工程的安全施工至關重要，要結合工程項目的實際水文地質條件及周邊的環境情況合理選擇相應的處理技術。平陰物流總部基地項目的地基主要采用“填土+降水+強夯置換”技術，有效解決了此地質條件下的地基處理難題，在保證施工質量的基礎上，加快了施工進度。該地基處理技術可作為山前沖洪積平原軟弱富水地基施工處理技術范例，指導此類地質結構的地基處理施工。