高填方工程的地基沉降變形分析及控制技術

陳鵬飛

上海勘察設計研究院（集團）有限公司 上海 200093

在高填土狀態下，大面積堆載將在鄰近一定范圍內引起土體和建筑物的沉降與水平位移，同時由于不同位置點產生的沉降量存在較大差異，故可能引起建（構）筑物的傾斜或管線拉斷。此外，高填方在軟弱地基上產生的水平位移或水平力會在建筑物樁基上產生較大的水平剪力或彎矩，對建筑物的樁基穩定性產生負面影響。

因此，在大面積堆土工程中，為保證建筑物的穩定性并能如期投入正常使用，需要對高填土引起的豎向和水平變形進行估算分析，并實施有效的控制措施。楊石飛[1]通過收集并分析多項實測資料，并結合工程實際，總結了大面積堆載變形的一般規律，發現與小面積堆載相比，大面積堆載具有變形量大、影響范圍廣、固結時間較長等特點。唐燕蕾等[2]采用有限元計算方法分析了大面積堆載引起的沉降和水平位移發展規律，以及各影響因素對變形量空間分布的影響，并通過與實測資料對比，獲得了大面積堆載對周邊環境影響的定量分析方法。羅國權[3]對某重工業廠房由于大面積堆載所造成的最終變形量進行測算，提出地基整體加固法的事故治理方案，給出了采用深層攪拌樁對地基進行加固處理的原理及實施方案。

本文以上海市臨港地區南匯新城星空之境海綿公園DBO項目為背景，闡述了不采取任何措施下的堆土變形。然后在不同地基處理方法下對堆土的沉降和水平位移進行估算分析，并進行同期變形量比較，最后總結了2種處理方法的優、缺點，可為同類工程提供參考。

1 工程概況

擬建南匯新城星空之境海綿公園DBO項目實施用地面積約為574 658 m2，其中綠地面積約為413 230 m2，水域面積為161 428 m2。本工程地理位置如圖1所示。

圖1 工程地理位置

本工程共有5處較大的堆土區域，分別為律動星球（最大堆高10.0 m）、星動廣場（最大堆高9.0 m）、觀天之丘（最大堆高6.0 m）、星際迷宮（最大堆高6.0 m）以及活力之丘（最大堆高5.0 m）。其中，律動星球堆土區域中建有環形建筑（2層）。除以上區域，場地內還分布有其他零星堆土區，但最大堆高均小于3.0 m。另外，場地內有1處挖方區域（星海蕩漾），挖深約2.5 m。本項目的堆土與挖方區域位置及高度如圖2所示。

圖2 項目堆土與挖方區域位置及高度

2 場地工程地質條件

經勘察揭露，在深度76.30 m范圍內地基土主要由黏性土、粉性土和砂土組成，分布較穩定，一般具有成層分布的特點。按其沉積年代、成因類型及物理力學性質的差異，依據上海市工程建設規范DG J08-37—2012《巖土工程勘察規范》相關條款，可劃分為7個主要層次。

3 豎向和水平變形分析

3.1 不采取任何措施下的堆土變形量

根據上海地區工程經驗，在與本工程相似的地質條件下，如果不采取任何加固措施：堆載高度4～5 m時，堆載中心將產生50～70 cm的最終地面沉降；堆載高度8～10 m時，堆載中心將產生120 cm以上的最終地面沉降；當堆載高度達到10 m以上時，堆載中心將產生150 cm以上的最終地面沉降；堆載施工結束時土體的固結度大概為70%，工后殘余變形較大。

此外，堆載還將引起周圍鄰近區域內土體的水平位移。根據上海地區工程經驗和實測資料，若不采取地基處理措施而僅通過施工控制加以調節，堆載高度在4～5 m時，堆體邊坡處地面將產生20 cm左右的水平位移；堆載高度在8～10 m時，堆體邊坡處地面將產生40 cm左右的水平位移；堆載高度達到10 m以上時，堆體邊坡處地面將產生50 cm以上的水平位移；堆載對周邊環境的影響范圍一般為30～50 m，超出此范圍，堆載的影響并不顯著。

3.2 不同地基處理方案的提出

為有效控制堆土變形，以保障鄰近堆載區域擬建建筑物的安全，根據場地地基土分布規律、周圍環境條件和已有工程經驗，本工程地基處理可能選用的幾種方案如下：

1）采取合理的堆載施工控制措施，讓不利于周邊環境的土體變形盡早發生，以盡量減少工后變形，從而減少堆載對建筑物的不利影響。可采用分級加載的方式，即每級加載后記錄監測沉降量、水平位移、超孔隙壓力等數據，待穩定后再加下級荷載。

2）采取復合地基處理措施，即采用樁基進行加固，在地基中設置預制樁等豎向增強體，樁身穿越深厚的軟黏性土層，樁端位于第⑥層或第⑦層，可有效減少地基變形。

3.2.1 分級加載方案

采用分級加載可提高地基承載力，控制總沉降量。以本項目純堆土區域（最高9 m）為例，建議可分三級加載，每級堆載時間及估算沉降量如表1所示。

表1 分級堆載時間及估算沉降量

堆土期間對豎向變形、水平位移及孔隙水壓力進行監測，根據監測結果控制堆土速度。豎向變形每天不宜超過10～15 mm，水平位移每天不宜超過4～7 mm，孔隙水壓力系數不宜大于0.6。

設置豎向排水通道，如插入塑料排水板，以加快土體固結速度，縮短工期。塑料排水板施工應進行專項設計。擬建場地淺部分布有土性較佳的第②3層粉土、砂土層，厚度較大，應選用適宜的插板機。

由于淺部第②3層粉土、砂土為良好的透水層，有利于土體的固結和孔隙水壓力消散，因此在工期允許的情況下，也可不設置豎向排水通道。

堆載結束后休止2個月以上，使土體變形大部分發生，保證地基土穩定，控制工后殘余變形，之后開始擬建建（構）筑物施工，施工過程中主要考慮對樁基的保護和對建筑物差異沉降的控制。

3.2.2 樁基加固方案

采用樁基進行加固，對于淺部地基，樁型可采用（200 mm×200 mm）～（250 mm×250 mm）的預制方樁，布樁間距為（2 m×2 m）～（2.5 m×2.5 m），樁端位于第②3層，其地基強度一般可加固至設計要求。對于覆土建筑或高堆土區域（6.0～10.0 m），可結合擬建建筑物樁型，采用φ400～φ500 mm的PHC管樁，布樁間距為（3 m×3 m）～（4 m×4 m），樁身穿過較弱的第④、⑤層黏性土，樁端位于第⑥層或第⑦1層，可顯著提高地基承載力及減少沉降。

3.3 2種方案變形量的估算分析比較

根據本次詳勘揭露地層資料，結合類似工程經驗，以上2種地基處理方法的部分典型區域堆土估算變形量如表2所示。

從表2可以看出：若采用預制樁復合地基法，可有效減少堆土變形40%～70%（樁越長效果越好），且土體工后殘余變形小，有利于降低堆土對周邊擬建建（構）筑物的影響，缺點是造價高，且預制樁施工時有明顯的擠土效應。

表2 不同地基處理方法的估算變形量

4 結語

1）高填土會在鄰近一定范圍內引起堆土和建（構）筑物的沉降和水平位移，目前的主要變形控制方案有分級加載和復合地基處理法。前者是為了讓不利變形盡早發生，以減少工后變形，保證建筑物的穩定性，后者是設置預制樁等豎向增強體來直接減少地基變形。

2）分級加載方案具有價格較低、消耗材料較少的特點，但施工周期較長，總沉降量和水平位移均較大，可能會對環境造成一定的影響。預制樁加固方案的地基處理深度可根據設計要求確定，施工快捷，加固效果佳，且加固范圍可大可小，但加固費用較高，施工期間對環境有一定的影響（沉樁擠土）。

3）經變形量估算分析，采用預制樁復合地基法的變形控制效果更好，且在同等條件下，樁越長變形量越小，且殘余變形小，但是造價相對較高。設計時應綜合考慮變形控制、工期、造價等多種因素，選擇適宜的地基處理方法。