柔性排水體結合強夯法在軟弱地基處理中的創新應用

中圖分類號：TU472 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2025）03-0035-06

Abstract Taking a large smelter project as an example，a comprehensive treatment strategy is proposed for a 113hm² treatment areainphases，levelsandregions.Firstly，thearea-widepre-treatmentshouldbeimplementedbyusingvacuumpre-loadingmethod （de-wateringdynamiccompactionmethodadopted inlocalareas）.Then，thecompositefoundationmethodwithbondingstrength reinforcementisusedforsecondaryreinforcementforkeyareassuchasslagstockyardandconcentratestockyard.Thestudyresults showthatthecharacteristicvalueofthefoundationbearingcapacityaftertreatmentisincreasedto2OkPatheaverageconsolidation of the soft soil reinforcement zone is greater than 80% ，and the cumulative settlement after construction is controlled within 30 cm， whichisbeterthanthestandardlimitTeefectivenessofthisstrategyinacceleratingsoildrainageconsolidation，educingpile foundationnegativefritionresistance，andcontrolingfoundationdeformationhasbeeverifiedthroughmonitoringandinspectionof the foundation treatment effect by a third-party agency.

Keywordssoft foundation；foundation treatment;vacuum preloading;dynamiccompaction；consolidationcontrol;layered settlement monitoring

軟弱地基的主要特點包括承載力低、壓縮性高等，這使得其在物理力學性能上具有復雜性。對存在軟弱地基場地的工程，軟弱地基處理方案，對工程的質量、成本及進度控制，都起到了關鍵性的作用。本文通過對實際工程軟弱地基處理方案進行設計分析，為軟弱地基處理工程綜合解決方案提供了參考。本文方案采用了分層次、分區域進行地基處理，消除了地基沉降帶來的不可預見的安全隱患和不可控制的投產后維修費用，也降低了地基處理投資。

1工程概況

本項目為新建大型冶煉廠項目，總規劃用地面積約113萬 m² 處理面積共約113萬 m² ，具體分區詳見圖1。預處理后，設計標高為 +6.50m 。項目總工期 150d ，分階段實施：場地平整 15d ，排水板施工30＼～45d，真空預壓 105～90d 。地基預處理目標為[2]：第1次地基處理處理后地基承載力特征值達120kPa ，工后累計沉降量 ?30cm ，軟土加固深度范圍內平均固結度 ≥80% ；第2次地基處理處理后地基承載力特征值達 200kPa ，工后累計沉降量 ?30cm ，軟土加固深度范圍內平均固結度 90% 。

2 場地地質條件

2.1地形地貌

擬建場地單元屬于漫灘沉積地層，地形平坦，地勢起伏較小，地層分布均勻。現狀地面標高 4.6～6.5m 。

2.2巖土體工程地質層的劃分和評述

項目場地地質層分布與特征指標見表1，土的物理力學性質、壓縮性指標見表2。地基土承載力特征值綜合確定結果見表3。

本項目場地勘探深度范圍內的主要含水層為表層填土及以下土層。擬建場地屬濕潤區，含水層中的可溶性鹽一般已溶于水中，地下水的腐蝕性能反映含土層的腐蝕性（詳見表4＼～6）。故地基土腐蝕性同地下水腐蝕性是一致的。

根據水質資料及依據《巖土工程勘察規范》（GB50021—2001）（2009版）綜合判別，該場地環境類型為Ⅱ類，淺部受地下水位升降而呈干濕交替作用，場地地下水對混凝土結構具微腐蝕，對鋼筋混凝土結構中鋼筋具微腐蝕。

根據場地含水層埋藏、賦存條件、分布、水理性質和水力特征，場地勘探深度范圍內地下水埋藏類型主要為淺層潛水，主要賦存于第 ① 層松散狀態填土及下部含水層中（具體參數詳見表2）。這表明該場地地下水上下貫通，水量較多。地下水的主要補給源為大氣降水和側向補給，主要排泄途徑為自然蒸發和地表徑流。在勘察期間鉆孔中觀測到，地下水位埋深為 0.80～1.40m ，地下水高程為 5.76～5.86m 。場地地下水水位受季節性影響較大，地下水年變化幅度約 1.5m 。

3深層軟土層存在引發的典型問題

在深厚軟土地基上建設大型冶煉廠時，由于大荷載的建（構）筑物較多，工廠建設對地面變形的要求較為嚴格，在建設和運行過程中主要面臨以下三類巖土工程問題。

1）次固結沉降影響。軟土屬典型的欠固結土體，在其自重應力作用下會緩慢產生次固結沉降，并發生變形，導致建（構）筑物傾斜失穩、基礎開裂與脫空、廠房內外地坪開裂并危及管線安全。一些對沉降敏感的車間生產線，會直接影響到產品質量，工廠需投入高額維護資金進行長期治理。如某鋼廠精煉廠車間因沉降不均勻導致地面和墻體開裂、生產線輥道扭曲及桁車軌道變形，最終被迫停產將廠房和生產線拆除重建（如圖2）。

2）深厚淤泥層沉降對樁基產生雙重不利影響。（1）對樁基礎產生的負摩擦阻力增大，導致樁基費用增加。（2）淤泥特有的流變性、觸變性，導致樁基施工時，PHC管樁沉樁過程出現傾斜、偏移，鉆孔灌注樁樁孔縮徑，嚴重影響成樁質量。特別對于含地下室的工程，基坑開挖后再補樁面臨空間限制和技術風險。如圖3所示。某典型案例顯示，項目在未實施地基預處理的條件下，基坑（深 2.7～3.7m ）開挖引發坑壁垮塌，PHC管樁群出現大面積傾斜或斷樁率，如圖4所示。

3）軟土抗剪強度非常低，極易產生邊坡失穩。當地面有堆載時，堆載區域易產生地基整體失穩，威脅廠房等建筑物安全，甚至造成工廠停產，經濟損失巨大，如圖5。

4軟弱地基處理設計方案

根據處理目標，本項目擬分兩次進行地基處理方案設計；首先實施全場域預處理，采用真空預壓法（局部結合降水強夯法）;隨后針對渣堆場、精礦堆場等部分重點區域進行二次加固處理

4.1地基預處理

經驗表明，對深厚軟土地基進行預處理，能在一定程度上解決地基原本存在的一些問題，例如：事先消除 80% 以上的地面沉降，確保道路、管網、室內外地坪安全運行；基本消除樁身負摩阻，使樁體不易偏斜，降低樁基工程造價；加大基坑側壁土層穩定性，淺基坑可采用坡率法施工，節省基坑工程造價；降低精礦堆場、強酸性區地坪二次處理造價；對輕型建（構）筑物、堆載不大的堆場，預處理后可直接采用天然地基。也有一些問題，指用于改善支撐建筑物的地基（土或巖石）的承載能力或改善其變形性質或滲透性質而采取的工程技術措施。

4.2第1次地基處理方案

地基處理做法為對上部填土及軟土厚度區域采用塑料排水板 + 真空預壓，預壓完成后進行表層填土并進行低能級滿夯；對于上部填土及軟土厚度小于 7.0m 區域，采用降水 + 強夯的復合處理工藝；地基處理完成后，場地最終標高為 6.5m （具體根據總圖標高確定）。

4.2.1處理范圍與目標

處理后地基承載力特征值達 120kPa ，軟土加固深度范圍內平均固結度 ≥80% 。

4.2.2真空預壓設計方案（處理軟土厚度大于 7.0m ）

1）真空度控制。本次膜內真空度要求 ≥80kPa ；真空泵配置單機功率 ?55kW ，單個分區面積約 4～7hm² O

2）排水網絡設置。豎向排水體采用塑料排水板（不低于B型板），間距不大于 1.2m ，插入深度達到粉砂層上部 1m 。橫向排水次排水管（ ?α25mm 通過手型板連接，間距約 5m ；主排水管（ Δ?50mm 通過三通/四通與次排水管連接，間距約 30m 。

4.2.3黏土封隔墻設計

考慮到場地處理范圍內存在高滲透性砂性土，其孔隙連通性易導致地下水滲流及氣體逸散，影響真空預壓系統的密閉性。因此，需設置低滲透性的黏土封隔墻阻隔地下水與氣體的流動通道，確保真空度。黏土封隔墻結構參數如下：墻體厚 1.2m （雙排樁徑 0.7m ，搭接 0.2m ）；深度約為 13m ，設 1m 虛孔；材料采用黏土粉造漿。

4.2.4堆載設計

真空荷載約 80kPa ，為了防止膜結構壓縮或破損需在膜上尚需加載約 10kPa ，考慮到真空度損失及工期約束，本次堆載設計采用輕微超載，上覆約1.0m 深水體，總預壓荷載約 90kPa 。

4.2.5沉降與固結度計算

1）計算模型。依據《建筑地基處理技術規范》（規 范編號）經典堆載預壓法公式進行計算，將真空荷載 轉換為當量厚度的堆載土方。

2）沉降修正系數。按《真空預壓加固軟土地基技術規程》（JTS147-2—2009），在純真空預壓條件下，地基的最終沉降修正系數取1.0＼～1.3。

3）沉降與固結度計算結果。結合固結度、沉降計算及類似工程經驗，根據欠固結土/固結土沉降計算公式或Gibson地基沉降計算理論（有限非線性應變固結理論），計算各鉆孔沉降量，并繪制沉降等高線圖。塑料排水板在施工過程中應減少對淤泥質土層的擾動，確保抽真空時長滿足固結要求。

4.2.6降水強夯設計方案（處理軟土厚度 lt;7.0m ）

1）降水系統設計。采用真空降水法，真空降水井間距 3～4m ，井深長短組合（ 7.0m 與 3.0m ；場地平整后，進行3輪強夯，每輪強夯前在真空降水井內抽水數天，使其達到要求。一般而言，第1遍強夯前抽水 7～10d ，第2遍強夯前抽水8＼～12d，第3遍強夯前抽水 5～7d 。降水井示意見圖6。

2）強夯設計。第1遍夯擊采用 1000～1500kN?m 單點夯擊3＼～4次，夯點間距 3～4m 。第2遍夯擊采用 1500～3000kN?m ，單點夯擊5＼～7次，夯點間距3～4m 。拔出中間井點管，進行第3遍夯擊，采用1000kN?m ，單點夯擊2＼～3次，滿夯搭接 1/3D 。具體參數可根據勘察報告進行調整。夯點示意見圖7。

3）含水率、水位、真空度控制。含水率控制一般是在3次強夯前對土層（地表下 2m 處）取樣進行含水率檢測。第1遍強夯前砂性土含水率約 30% （砂性土含水率稍大，黏性土含水率偏小）第2遍、第3遍的含水率分別控制在 28%25% 以下。水位控制的方式是在降水區域內埋設水位觀測孔。一般情況下，每1000m² 埋設1個觀測孔，每天進行觀測、記錄，待水位低于地表 2m 才能強夯。為了控制抽水和停泵時間，在抽水泵和水氣分離器之間安裝真空表觀測真空度。觀測結果表明，開始抽水時真空度 ?70 kPa ，隨著時間延長水位下降，真空度逐漸降低；當真空度 lt;20kPa 時，地下水很難再抽上來，此時管內一般只能抽氣。抽氣時間超過 2h ，該泵暫停抽水。停泵超過 ^2h 后，再次啟動抽水，直至完成強夯施工。強夯過程中，井點管一直要進行高真空排水，所以不需要拔出。強夯施工結束3d后方可拆除外圍井點。

4）效果檢測。檢測項目包括孔隙水壓力、地下水位、沉降量、靜力觸探及地基土靜載試驗等。為使設計參數達到最優、加固效果達到最佳，綜合考慮工期因素，正式施工前應在場地內選有代表性的區域進行試夯先導試驗。

4.3第2次地基處理方案

根據建構筑物的特性和重要等級進行針對性的處理，擬采用有黏結強度增強體復合地基或強夯置換夯實地基法。針對用地規劃較明確、地質情況清楚、且地基承載力特征值不超過 200kPa ，建構筑物沉降敏感性一般的區域可考慮將一、二次地基處理合并完成，即一步處理到位。

4.3.1處理范圍與目標

處理后地基承載力特征值達 200kPa ，工后累計沉降量 ?30cm ，軟土加固深度范圍內平均固結度 ? 90% 。

4.3.2強夯置換法[5]

根據處理后復合地基地基承載力 200kPa 的要求，置換墩承載力暫定 450kPa 的要求，本工程擬采用強夯置換法。強夯置換夯坑填塊石置換方法，塊石粒徑 gt;300mm 的含量不應 gt;30% ，最大粒徑不應 gt;800 mm ，不宜采用不適宜用砂、礫、山皮土等作為置換料，強夯置換要求水位降至起夯點以下 2m ，置換后再進行一遍滿夯的施工，強務置換初設參數：采用正方形布點，間距 2.0～ 3.5m ，置換深度： gt;7m ；夯錘重： gt;20t ，夯錘直徑： 1.0～ 1.2m ，落距： gt;15.0m ，單擊夯擊能為 ：3000～5000kN?m ：平均墩體直徑： 1.1～1.4m ，滿夯夯擊能： 1000kN?m 。強夯置換工藝施工順序，如圖8所示，

5 地基土監測與檢驗

地基處理效果由第三方機構檢測與監測，相關檢測與監測內容如下

5.1現場監測

現場監測包括地表沉降、分層沉降、孔隙水壓力、水平位移（測斜）地下水位、膜下真空度等內容。

1）地表沉降。每道工序前進行高程測量或淺層沉降板觀測

2）分層沉降（可選）。以前述垂直位移監測基準點作為基準，每 3m 設置1個分層沉降磁環，采用國產電磁式分層沉降儀測量塑料測管孔口的高程以及孔口各磁環之間的距離，據此計算各磁環位置的實際標高及沉降量。為減少測量誤差，每一磁環應重復測量3次，測量結果取3次測量的平均值。

3）土體深層水平位移觀測（測斜）。采用國產測斜儀監測處理區周邊土體位移，測斜主要沿處理區域周邊布置。測量自孔底開始，自下而上沿導槽全長每隔一定距離（通常間隔為 0.5m 測讀1次。通常，測斜儀可以同時測量相互垂直兩個方向的水平位移。每次測量時，應將測頭穩定在某一位置上。測量完畢后，將測頭旋轉 180^° 插入同一對導槽，重復再測量1次。兩次測量的點應在同一位置，確保兩次讀數數值接近（絕對值不超過20）符號相反。如果測量數據有疑問，應及時補測

4）孔隙水壓力監測（可選）。夯點間布設監測孔，根據淤泥層厚度確定傳感器埋設個數（每 2～4m 埋設1個），監測強夯過程中和強夯后超靜孔隙水壓力增長和消散。觀測頻率為：強夯過程中連續監測，抓獲孔隙壓力峰值，一般每天3次；停夯時每天測1次；特殊情況加密觀測。

5）地下水位監測（可選）。在距孔隙水監測孔2m 內設地下水觀測孔1個，監測強夯過程中和強夯后地下水位的變化規律，同時結合孔隙水壓力監測結果計算超孔隙水，判定其變化規律。（6）真空度測量。采用壓力真空表進行監測，根據膜下真空壓力的變化規律，驗證地基處理區密封的效果。每個處理區布設3＼～5個監測點，驗證密封效果。

5.2現場檢測

現場檢測內容包括十字板試驗或靜力觸探試驗、鉆孔取土試驗、淺層載荷板試驗等。

1）十字板剪切試驗（可選）。檢測在夯前和地基變形穩定后進行，檢測點設置在孔隙水監測孔附近軟土層中，每隔 1m 試驗1次。測定原狀土和重塑土的強度。

2）靜力觸探。檢測在夯前和地基變形穩定后進行，檢測點設置在孔隙水監測孔附近，主要測定錐尖阻力與側壁摩阻力的變化規律。

3）土工試驗。土工試驗在地基處理前后鉆孔取樣進行，試驗項目包括天然含水率、天然重度、相對密度、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數、液性指數、抗剪強度（直快、UU）、壓縮系數、無側限抗壓強度等。

4）載荷試驗。淺層平板（ 1.0m×1.0m 載荷試驗，超過 1hm² 的每個區設1＼～2個點。

6結論

本文針對新建大型冶煉廠項目用地填土 + 淤泥質土的復合地層特點，采用分階段、分層次、分區域的綜合處理策略，通過真空預壓與強夯協同處理，使地基承載力提升至 120kPa ，工后沉降量 ?30cm 。預處理階段，采用塑料排水板 + 真空預壓的方式，輔以黏土封隔墻，有效阻隔了砂性土的水力遷移通道，使真空預壓系統密閉效率大幅提升。二次處理階段，采用增強體復合地基法，使地基承載力提升至不小于200kPa ，工后沉降量 ?30cm 。經第三方機構監測與檢測，驗證了該方案在加速土體排水固結、降低樁基負摩阻力及控制地基變形方面的有效性。本項目工程地基處理技術方案，既滿足業主要求的質量可控、進度最快、投資經濟的目標，又使軟弱地基得到了系統性加固與長效穩定的處理。復合工藝的深度整合代表了軟弱地基處理的前沿方向。傳統的技術組合往往停留在簡單疊加階段，而新一代時序優化型復合工藝通過精確控制各技術單元的介入時機和作用強度，實現了‘ 1+1gt;2 ”的協同效應。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基基礎設計規范：GB50007—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑與市政地基基礎通用規范：GB55003—2021[S].北京：中國建筑工業出版社，2021.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基處理技術規范：JGJ79—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基基礎工程施工質量驗收標準：GB50202—2018[S].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[5]中華人民共和國工業和信息化部.強夯地基技術規程：YS/T5209—2018[S].北京：中國計劃出版社，2018.