廣州科學(xué)城高真空擊密技術(shù)軟基處理方案

孫冬來

1 工程概況

廣州科學(xué)城火村興建科技企業(yè)加速器項(xiàng)目，總占地面積28萬m2，規(guī)劃建筑面積70萬m2。本次三期項(xiàng)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(shè)施。C3，C4棟廠房有1層地下室，其余9棟廠房無地下室?；A(chǔ)擬采用樁基礎(chǔ)。

根據(jù)勘察報(bào)告與建設(shè)單位告知，C8～C10棟廠房原來設(shè)計(jì)位置處于深厚淤泥區(qū)，現(xiàn)已把設(shè)計(jì)位置向西北方向移動(dòng)，由于部分基礎(chǔ)(主要是C8棟廠房的基礎(chǔ))仍然位于淤泥區(qū)，且填土很厚，設(shè)計(jì)方已把這三棟廠房的首層設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)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(jù)地質(zhì)剖面圖，場(chǎng)地地勢(shì)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(jié)構(gòu)與園區(qū)工業(yè)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(jī)理

強(qiáng)夯法處理飽和軟土地基的關(guān)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(duì)這一關(guān)鍵問題進(jìn)行研究和提出解決辦法的。第一遍高真空排水固結(jié)通過特制與安設(shè)的高真空排水設(shè)備的排水，可迅速在所需處理的土體范圍內(nèi)產(chǎn)生高真空，促使孔隙水和孔隙氣體快速排出而導(dǎo)致土體固結(jié)。隨之而插入的高真空管作用下產(chǎn)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(jìn)一步導(dǎo)致土體的排水固結(jié)。

“高真空擊密法”有以下特點(diǎn):1)高真空排水屬于主動(dòng)排水，可有效減小土的飽和度，減小產(chǎn)生的超孔隙水壓力同時(shí)增加夯擊效率，因此優(yōu)于傳統(tǒng)的地塑料板被動(dòng)排水(因?yàn)闊o外荷載作用，無法形成水頭梯度達(dá)到夯前排水的目的)。2)實(shí)施第二、第三遍高真空排水，甚至夯擊與排水同時(shí)進(jìn)行的排水工序，產(chǎn)生的超孔隙水壓力在再一次真空“壓差”的作用下可進(jìn)一步增加排水效果。為此，進(jìn)行多遍高真空擊密排水最終可實(shí)現(xiàn)降低飽和軟土含水量的目標(biāo)。3)大大縮短了工期，第二次高真空的作用效果，使第一遍強(qiáng)夯產(chǎn)生的孔隙水壓力快速消散，大大縮短兩遍強(qiáng)夯的間隙時(shí)間。4)針對(duì)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(jié)層，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核可滿足路基、首層地坪、園區(qū)工業(yè)管道鋪設(shè)的承載力與剛度要求。5)真空排水導(dǎo)致地下水位下降，對(duì)深層地基具有降水預(yù)壓作用。

3 本項(xiàng)目具體實(shí)施方案

3.1 地基處理技術(shù)要求

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，擬采用高真空擊密區(qū)處理的C5～C10棟廠房室內(nèi)地坪及其鄰近區(qū)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(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，C8～C10棟廠房都處在厚填土的淤泥區(qū)，雖然室內(nèi)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(diǎn)處理。

3.3 場(chǎng)地軟地基處理工程條件分析

根據(jù)提供的地質(zhì)勘查資料:1)擬建場(chǎng)地淺層①素填土較厚，有屬于新進(jìn)吹填的欠固結(jié)土，厚度變化很大，均勻性差，多呈松散狀態(tài)，進(jìn)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(qū)和房屋基礎(chǔ)的局部區(qū)域，厚度不均，若不經(jīng)過地基處理，場(chǎng)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(diǎn)進(jìn)行處理的土層。3)較大厚度的新近回填土作為荷載會(huì)引起沉降，在無淤泥區(qū)的沉降主要是由新近回填的欠固結(jié)素填土在自重固結(jié)下的沉降，故淤泥區(qū)主要需要處理回填土層。在淤泥區(qū)域的沉降除此以外還包括回填土荷載對(duì)深層軟土引起的沉降，故淤泥區(qū)除了需要重點(diǎn)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(qū)域，沉降變化很大，由于設(shè)計(jì)要求地基處理后的工后沉降要求比較高，需結(jié)合實(shí)際情況采用相應(yīng)的地基處理方案。

3.4 地基處理方案設(shè)想及思路

根據(jù)提供的地質(zhì)勘查資料，本場(chǎng)地的巖土特性及技術(shù)要求，C8～C10棟廠房的道路區(qū)域采用“高真空擊密+樁基”復(fù)合地基法。

1)首先在淤泥區(qū)域的場(chǎng)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(shí)使土性得到一定程度的改善，提高承載力。相比砂石樁會(huì)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(duì)表層進(jìn)行高真空擊密施工，通過高真空降水，重點(diǎn)對(duì)①素填土進(jìn)行高真空降水，結(jié)合變能量的擊密，提高素填土的密實(shí)度，消除素填土層的欠固結(jié)沉降，同時(shí)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(shí)結(jié)合水泥土攪拌樁形成復(fù)合地基，提高土層的整體承載力。

根據(jù)沉降計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，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(zhǔn)備。場(chǎng)地外開挖排水明溝首先排除場(chǎng)內(nèi)的積水。采用小螺鉆和靜力觸探，詳勘地層的初始地質(zhì)條件，為施工小區(qū)劃分、確定施工參數(shù)提供依據(jù)，不同的區(qū)域，實(shí)施不同的控制參數(shù);安裝調(diào)試機(jī)械設(shè)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(jù)土層分布情況分層設(shè)置淺管和深管，管間距3.0 m～6.5 m，具體真空管的長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況而定。真空排水時(shí)間根據(jù)“高真空擊密法”施工操作要求由現(xiàn)場(chǎng)工程師檢測(cè)后決定。每遍高真空排水后，為提高土體的密實(shí)度，需對(duì)土體進(jìn)行跳排夯擊。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯情況調(diào)整每遍夯點(diǎn)間距、擊數(shù)、夯擊能量。施工中嚴(yán)禁形成“彈簧土”，重點(diǎn)在于正確控制夯擊擊密施工的有關(guān)參數(shù)(夯擊能量、遍數(shù)、擊數(shù)、間歇時(shí)間等)，不同的土層、區(qū)域采用不同的控制參數(shù)，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的詳勘資料計(jì)算情況確定。b.滿夯、振動(dòng)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(yù)計(jì)可達(dá)到設(shè)計(jì)承載力要求。為進(jìn)一步提高上部地基承載力和剛度，必要時(shí)可進(jìn)行一遍低能量滿夯或振動(dòng)碾壓。

5 結(jié)語

針對(duì)上部荷載的使用要求，高真空擊密法通過對(duì)每遍的真空管深度、擊密能量等參數(shù)的控制，通過一定厚度的抗變形的超固結(jié)硬殼層來滿足承載力和變形要求。該工法具有工期快，造價(jià)低，質(zhì)量可控的優(yōu)點(diǎn)。

該工法巧妙地解決了軟土超孔隙水壓力消散及強(qiáng)夯容易使軟土形成“彈簧土”等關(guān)鍵問題，通過人為在土層中制造的“壓差”(擊密產(chǎn)生的超孔隙水壓力為“正壓”，高真空產(chǎn)生的為“負(fù)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(jié)“硬殼層”，由于“硬殼層”的存在，使得表層荷載有效擴(kuò)散，減少了因荷載不均勻產(chǎn)生的不均勻沉降。

[1] 代韶華.高真空擊密法在興華港區(qū)二期工程軟基加固中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2005(2):20-22.

[2] 封明聰.地基處理新方法——高真空擊密法的機(jī)理與優(yōu)勢(shì)比較[J].黑龍江交通科技，2006(11):30-32.

[3] 葉觀寶，王世威，邢皓楓，等.強(qiáng)夯與真空強(qiáng)夯在吹填砂地基加固中的應(yīng)用比較[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2008(1):8-10.

[4] 王松臣.高真空擊密法地基處理方法的應(yīng)用研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2009.