廣州科學城高真空擊密技術軟基處理方案

孫冬來

1 工程概況

廣州科學城火村興建科技企業加速器項目，總占地面積28萬m2，規劃建筑面積70萬m2。本次三期項目將于2010年6月開工，主要包括10棟廠房和2座污水處理設施。C3，C4棟廠房有1層地下室，其余9棟廠房無地下室。基礎擬采用樁基礎。

根據勘察報告與建設單位告知，C8～C10棟廠房原來設計位置處于深厚淤泥區，現已把設計位置向西北方向移動，由于部分基礎(主要是C8棟廠房的基礎)仍然位于淤泥區，且填土很厚，設計方已把這三棟廠房的首層設計為結構樓板，但是室外道路需要地基處理。其他廠房下面土層淤泥較薄，或者沒有淤泥，主要是處理上部填土層。

根據地質剖面圖，場地地勢較平緩，地貌單元屬山前沖洪積地帶及山崗剝蝕殘丘。

本次地基處理采用高真空擊密法，主要目的是為消除淤泥層、厚填土層影響下的建筑結構與園區工業管道的破壞，提高土層的承載力。

2 “高真空擊密法”軟地基處理方法的工作機理

強夯法處理飽和軟土地基的關鍵是孔隙水的排出和超孔隙水壓力的快速消散。該工法即是針對這一關鍵問題進行研究和提出解決辦法的。第一遍高真空排水固結通過特制與安設的高真空排水設備的排水，可迅速在所需處理的土體范圍內產生高真空，促使孔隙水和孔隙氣體快速排出而導致土體固結。隨之而插入的高真空管作用下產生孔隙水壓力差而加速孔隙水排出與超孔隙水壓力消散，進一步導致土體的排水固結。

“高真空擊密法”有以下特點:1)高真空排水屬于主動排水，可有效減小土的飽和度，減小產生的超孔隙水壓力同時增加夯擊效率，因此優于傳統的地塑料板被動排水(因為無外荷載作用，無法形成水頭梯度達到夯前排水的目的)。2)實施第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時進行的排水工序，產生的超孔隙水壓力在再一次真空“壓差”的作用下可進一步增加排水效果。為此，進行多遍高真空擊密排水最終可實現降低飽和軟土含水量的目標。3)大大縮短了工期，第二次高真空的作用效果，使第一遍強夯產生的孔隙水壓力快速消散，大大縮短兩遍強夯的間隙時間。4)針對本工程，加固施工后，上部較差的軟弱地基形成理想的超固結層，經設計復核可滿足路基、首層地坪、園區工業管道鋪設的承載力與剛度要求。5)真空排水導致地下水位下降，對深層地基具有降水預壓作用。

3 本項目具體實施方案

3.1 地基處理技術要求

根據設計要求，擬采用高真空擊密區處理的C5～C10棟廠房室內地坪及其鄰近區的道路。

1)地基回彈模量大于25 MPa。2)地基處理后工后沉降不大于15 cm。3)地基處理后地基承載力不小于120 kPa。

3.2 沉降計算結果

根據計算結果，C8～C10棟廠房都處在厚填土的淤泥區，雖然室內地坪采用樁基加架空板，但是廠房臨近的道路上部使用荷載和填土荷載共同作用下，沉降仍然較大，平均約600 mm，最終300 mm～1 200 mm，差異性沉降也較大。特別是填土層和淤泥層的沉降，需要重點處理。

3.3 場地軟地基處理工程條件分析

根據提供的地質勘查資料:1)擬建場地淺層①素填土較厚，有屬于新進吹填的欠固結土，厚度變化很大，均勻性差，多呈松散狀態，進水易軟化，承載力低，不能直接作為地基持力層。2)②-1淤泥局部分布，主要分布在道路區和房屋基礎的局部區域，厚度不均，若不經過地基處理，場地均勻性差，差異沉降將較大，工后沉降也較大，這兩層土都是需要重點進行處理的土層。3)較大厚度的新近回填土作為荷載會引起沉降，在無淤泥區的沉降主要是由新近回填的欠固結素填土在自重固結下的沉降，故淤泥區主要需要處理回填土層。在淤泥區域的沉降除此以外還包括回填土荷載對深層軟土引起的沉降，故淤泥區除了需要重點處理回填土層外，還需要處理深層的淤泥層。4)不同的廠房分布區域，沉降變化很大，由于設計要求地基處理后的工后沉降要求比較高，需結合實際情況采用相應的地基處理方案。

3.4 地基處理方案設想及思路

根據提供的地質勘查資料，本場地的巖土特性及技術要求，C8～C10棟廠房的道路區域采用“高真空擊密+樁基”復合地基法。

1)首先在淤泥區域的場地打水泥土攪拌樁，打水泥土攪拌樁的主要目的是解決深層軟弱土層的沉降問題，同時使土性得到一定程度的改善，提高承載力。相比砂石樁會形成排水通道，使表層素填土遇水軟化，水泥土攪拌樁更具有可取性。2)打完水泥土樁后，再對表層進行高真空擊密施工，通過高真空降水，重點對①素填土進行高真空降水，結合變能量的擊密，提高素填土的密實度，消除素填土層的欠固結沉降，同時在表層形成硬殼層，控制差異沉降。

采用這種方法的目的是減小表層和深層軟弱土體的沉降，同時結合水泥土攪拌樁形成復合地基，提高土層的整體承載力。

根據沉降計算結果統計，直接高真空擊密的面積約18 688 m2。

4 “高真空擊密法”軟地基處理方法的工藝

1)施工準備。場地外開挖排水明溝首先排除場內的積水。采用小螺鉆和靜力觸探，詳勘地層的初始地質條件，為施工小區劃分、確定施工參數提供依據，不同的區域，實施不同的控制參數;安裝調試機械設備。2)高真空排水擊密。a.第1，2遍高真空排水擊密。真空管根據土層分布情況分層設置淺管和深管，管間距3.0 m～6.5 m，具體真空管的長度根據現場的地質情況而定。真空排水時間根據“高真空擊密法”施工操作要求由現場工程師檢測后決定。每遍高真空排水后，為提高土體的密實度，需對土體進行跳排夯擊。根據現場試夯情況調整每遍夯點間距、擊數、夯擊能量。施工中嚴禁形成“彈簧土”，重點在于正確控制夯擊擊密施工的有關參數(夯擊能量、遍數、擊數、間歇時間等)，不同的土層、區域采用不同的控制參數，具體根據現場施工的詳勘資料計算情況確定。b.滿夯、振動碾壓。通過上述2遍的高真空擊密，擊密坑底以下的地基能得到有效加固，承載力預計可達到設計承載力要求。為進一步提高上部地基承載力和剛度，必要時可進行一遍低能量滿夯或振動碾壓。

5 結語

針對上部荷載的使用要求，高真空擊密法通過對每遍的真空管深度、擊密能量等參數的控制，通過一定厚度的抗變形的超固結硬殼層來滿足承載力和變形要求。該工法具有工期快，造價低，質量可控的優點。

該工法巧妙地解決了軟土超孔隙水壓力消散及強夯容易使軟土形成“彈簧土”等關鍵問題，通過人為在土層中制造的“壓差”(擊密產生的超孔隙水壓力為“正壓”，高真空產生的為“負壓”)來快速消散超孔隙水壓力，使軟土中的水快速排出。由于采用高真空排水，使擊密效果大大提高，從而使被處理土體形成一定厚度的超固結“硬殼層”，由于“硬殼層”的存在，使得表層荷載有效擴散，減少了因荷載不均勻產生的不均勻沉降。

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