謝偉樹，吳能森，張 巖，林鴻基，吳 磊(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

高真空擊密法在某先填土軟基處理工程中的應(yīng)用

謝偉樹，吳能森，張 巖，林鴻基，吳 磊
(福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

介紹高真空擊密法在有多項(xiàng)條件約束的軟基處理工程中的應(yīng)用。該工程為某體育中心室外場(chǎng)地，在軟基處理前，已完成地表填土和場(chǎng)館主體工程建設(shè)。填土厚度不均，密實(shí)度較差，承載力偏低。要求強(qiáng)夯施工不能影響建筑主體的安全，也不能對(duì)建筑物的外裝修造成損壞和嚴(yán)重污染。受節(jié)點(diǎn)工期和投資概算制約，地基處理工期緊、經(jīng)費(fèi)較少。經(jīng)因地制宜合理設(shè)計(jì)，信息化精心施工，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

高真空擊密法；軟弱地基；預(yù)先填土；設(shè)計(jì)施工

高真空擊密法是一種快速加固軟土地基的新技術(shù)，它將排水固結(jié)和動(dòng)力密實(shí)兩種地基處理工法有機(jī)地結(jié)合在一起，達(dá)到揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果[1]。該工法在軟土和吹填土地基中的試驗(yàn)研究表明：通過(guò)多遍的高真空降水，結(jié)合多遍適當(dāng)?shù)淖兡芰繐裘?，能夠達(dá)到快速降低土層的含水量，提高密實(shí)度，使地基承載力、剛度滿足使用要求[2]。

該工法的獨(dú)特機(jī)理在諸多軟土和吹填土地基處理工程應(yīng)用中都取得了十分理想的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[3-7]。連江縣體育中心項(xiàng)目坐落在一個(gè)先行地表填土的深厚軟土地基場(chǎng)地上，并且是在場(chǎng)館主體工程建成后進(jìn)行室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和廣場(chǎng)軟基處理，不同于該工法以往應(yīng)用的工程。此外，受節(jié)點(diǎn)工期和投資概算制約，地基處理工期緊、經(jīng)費(fèi)較少，約束條件多。

1 工程概況及特點(diǎn)

1.1 工程概況

1.1.1 項(xiàng)目場(chǎng)地與布局

連江縣地處福建省東南沿海、閩江口北岸，該項(xiàng)目位于連江縣江南新城江南路與含光路交叉口東南角，碧荷路北側(cè)，北臨南江濱路、濕地公園，總用地面積197 335 m2，總建筑面積66 685 m2，總投資約5億元人民幣。項(xiàng)目總體由一場(chǎng)兩館(體育場(chǎng)、綜合館和游泳館)、二集中體校及室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)、道路及景觀綠化等組成，建筑總占地面積47 079 m2，項(xiàng)目紅線范圍及建筑平面布局如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目紅線及建筑平面布局 圖2 場(chǎng)地處理分區(qū)

1.1.2 地質(zhì)地貌條件

根據(jù)該項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告，建設(shè)場(chǎng)地地貌單元屬海陸相交互沉積形成的河漫灘地貌，下伏基巖為燕山晚期花崗巖。原場(chǎng)地標(biāo)高除少部分有河塘分布區(qū)域?yàn)?.5 m左右，其余區(qū)域標(biāo)高在4.5～5.5 m，其土層自上而下分布：①粉質(zhì)黏土：層厚0.60～3.90 m，含表層0.30～0.40 m耕植土；②淤泥：飽和，流塑狀態(tài)，局部含少量粉砂，層厚10.90～26.30 m；③粉質(zhì)黏土：含少許石英砂，部分可見個(gè)別碎石，層厚1.50～22.50 m；③-1淤泥質(zhì)土：飽和，流塑狀態(tài)，層厚2.10～12.30 m；④淤泥質(zhì)土：飽和，流塑狀態(tài)，含少量粉砂，層厚1.10～16.80 m；⑤粉質(zhì)黏土：可塑狀態(tài)，層厚1.40～9.00 m；⑤-1淤泥質(zhì)土：飽和，流塑狀態(tài)，局部夾少量粉砂，層厚1.00～5.30 m?？梢?，建設(shè)場(chǎng)地地貌大部分較平坦，地層以淤泥和淤泥質(zhì)土分布為主，軟土層厚度變化大。

1.2 工程特點(diǎn)

(1) 總平及豎向設(shè)計(jì)的場(chǎng)地標(biāo)高為6.5～8.0 m(北高南低)，加上原場(chǎng)地土層承載力低，不能直接進(jìn)場(chǎng)進(jìn)行場(chǎng)館施工，必須先進(jìn)行場(chǎng)地填土，填土厚度3～6.5m，較不均勻。為趕工期，場(chǎng)地填土由當(dāng)?shù)毓こ剃?duì)承包施工，技術(shù)力量偏弱，設(shè)備條件也較差，加上時(shí)間緊迫，填土施工質(zhì)量較差，密實(shí)度普遍不足，承載力偏低。若不進(jìn)行地基處理，填土本身以及深厚軟土層在回填土荷載作用下，必然出現(xiàn)很大的工后沉降與不均勻沉降，造成室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)、道路鋪面破壞。

(2) 該項(xiàng)目綜合館是2015年全國(guó)首屆青運(yùn)會(huì)比賽場(chǎng)館之一，要求綜合館及其周邊廣場(chǎng)、景觀綠化工程必須于2015年7月底前竣工交付使用，而場(chǎng)地軟基處理經(jīng)設(shè)計(jì)、招投標(biāo)等程序后，2015年3月才能開始實(shí)施，因此要求場(chǎng)地地基處理必須在100 d內(nèi)完成，工期緊迫。另外，由于當(dāng)初項(xiàng)目概算時(shí)考慮不周，未計(jì)入該項(xiàng)費(fèi)用，因此為控制超概，要求嚴(yán)格控制地基處理費(fèi)用。

(3) 地基處理是在場(chǎng)館主體及外裝修工程完成后進(jìn)行，要求地基處理施工不能影響建筑主體的安全，也不能對(duì)建筑物的外裝修造成損壞和嚴(yán)重污染。

2 地基處理設(shè)計(jì)與施工

2.1 地基處理方法確定

根據(jù)該項(xiàng)目工程特點(diǎn)，場(chǎng)地具有較深厚的軟土層和稍松散的填土層，地基處理深度大，要求地基處理工期短，造價(jià)省，而且地基處理施工不能對(duì)主體建筑產(chǎn)生不利影響。

對(duì)深厚軟弱地基，高能強(qiáng)夯法和深層攪拌法或旋噴法均十分有效，但造價(jià)很高，且高能強(qiáng)夯法對(duì)鄰近建筑物的影響很大，不能適用。排水板堆載預(yù)壓或(及)真空預(yù)壓方法適宜于該場(chǎng)地的飽和軟土層，但對(duì)非飽和的填土層不適用，而且固結(jié)法工期較長(zhǎng)，也無(wú)法滿足該工程要求。

高真空擊密法將排水固結(jié)和動(dòng)力密實(shí)兩種地基處理方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能揚(yáng)長(zhǎng)避短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。排水固結(jié)法處理飽和軟土層，并利用高真空加速排水固結(jié)，縮短工期；低能強(qiáng)夯法處理非飽和填土層，使之密實(shí)，形成硬殼層，同時(shí)夯擊能又是飽和軟土層排水固結(jié)的動(dòng)荷載，具有耦合效應(yīng)。低能強(qiáng)夯施工機(jī)具較簡(jiǎn)單，費(fèi)用不高，且施工的振動(dòng)影響較小，能較好地滿足該項(xiàng)目的要求。

2.2 高真空擊密法設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)確定

考慮到該項(xiàng)目的地基處理場(chǎng)地為室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)及人行道路，使用荷載及工后沉降等要求顯著低于公路、市政道路及房屋地基，本著技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的原則，并借鑒同類工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[6-7]，確定本項(xiàng)目地基處理設(shè)計(jì)指標(biāo)為：工后沉降不大于80 cm，處理深度范圍內(nèi)固結(jié)度不小于80%，處理后地表承載力特征值不小于100 kPa。

2.2.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

本項(xiàng)目需處理的室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)及人行道路場(chǎng)地面積合計(jì)71 915 m2。首先，根據(jù)場(chǎng)地各個(gè)區(qū)域軟土層、填土層厚度不均勻的實(shí)際情況，并考慮施工的便利和效率，將需處理場(chǎng)地劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)域，如圖2所示；根據(jù)各區(qū)域的特征地質(zhì)參數(shù)，分別選取不同的排水板、真空管的長(zhǎng)度和間距，夯擊能、夯擊次數(shù)及夯擊點(diǎn)間距，按照地基處理設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，反復(fù)進(jìn)行固結(jié)度、工后沉降等計(jì)算，不斷優(yōu)化，直至滿足且最接近設(shè)計(jì)指標(biāo)及費(fèi)用控制目標(biāo)為止[8]。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的各分區(qū)地基處理參數(shù)見表1。

此外，根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況，軟基處理區(qū)域Ⅲ區(qū)的強(qiáng)夯施工對(duì)綜合館、游泳館及其南面的市政道路可能產(chǎn)生一定影響(圖2黑色填充部分)。為最大限度降低強(qiáng)夯施工的影響，在距離綜合館、游泳館及其南面的市政道路5m范圍內(nèi)，須設(shè)置防震溝，并通過(guò)適當(dāng)降低單擊夯擊能，增加夯擊數(shù)的方式進(jìn)行夯擊參數(shù)調(diào)整。夯擊參數(shù)的調(diào)整通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試夯確定。

表1 各分區(qū)地基處理參數(shù)

2.3 施工工藝

首先，根據(jù)施工場(chǎng)地不平整、部分低洼處有積水情況，先進(jìn)行積水排除和場(chǎng)地平整，并在一些松軟區(qū)域填上30 cm碎石，以便插板機(jī)和夯機(jī)進(jìn)場(chǎng)；依次進(jìn)行塑料排水板和真空管插設(shè)，真空管系通過(guò)軟管與PVC塑料管相連接，各路PVC塑料管的總管與真空泵連接；第三，輪番進(jìn)行3次真空泵抽水、強(qiáng)夯擊密施工，伴隨進(jìn)行信息化跟蹤監(jiān)測(cè)；整個(gè)場(chǎng)地的施工全部完成后，進(jìn)行荷載板和靜力觸探監(jiān)測(cè)。具體施工工藝主要流程見圖3。

圖3 施工工藝流程圖

3 地基處理效果

在施工過(guò)程中，對(duì)包括塑料排水板排水、真空度、真空抽水、地表沉降、夯錘下沉量及夯擊振動(dòng)效應(yīng)等進(jìn)行了信息化跟蹤檢測(cè)，除綜合館部分外墻面受到少許濺泥污染外，其他均十分正常，順利地按計(jì)劃工期完成了任務(wù)。在整平滿夯結(jié)束后28 d，按設(shè)計(jì)和規(guī)范要求分別進(jìn)行了載荷板和靜力觸探檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果令人滿意，完全達(dá)到了預(yù)期效果。

3.1 平板載荷檢測(cè)

在3個(gè)試驗(yàn)區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行表層土平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)[9]，其中Ⅰ區(qū)檢測(cè)點(diǎn)K1#、K3#，Ⅱ區(qū)檢測(cè)點(diǎn)K2#，Ⅲ區(qū)檢測(cè)點(diǎn)K4#、K5#。方形載荷板邊長(zhǎng)b=1 m，最大加荷值取地基承載力設(shè)計(jì)值2倍，即200 kPa，分25 kPa、50 kPa、75 kPa、100 kPa、125 kPa、150 kPa、175 kPa、200 kPa共8級(jí)依次加荷，按常規(guī)慢速法測(cè)得各級(jí)荷載p作用下穩(wěn)定沉降值s，從而得到p-s曲線見圖4。

p-s曲線比較平緩，取載荷板沉降s=0.01b，即s=10 mm對(duì)應(yīng)的壓力值作為地基承載力特征值[10]，則代表Ⅰ區(qū)K1#、K3#檢測(cè)點(diǎn)地基承載力特征值約為112 kPa，代表Ⅱ區(qū)K2#檢測(cè)點(diǎn)地基承載力特征值約為130 kPa，代表Ⅲ區(qū)K4#、K5#檢測(cè)點(diǎn)地基承載力特征值約為150 kPa?？梢姡?jīng)高真空擊密地基處理后，表層土地地基承載力有了較大幅度提高，均滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 檢測(cè)點(diǎn)p-s曲線

3.2 靜力觸探檢測(cè)

隨機(jī)分別在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)選取3個(gè)(J1#～J3#)、4個(gè)(J4#～J7#)、1個(gè)(J8#)共8個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在地基處理前后進(jìn)行靜力觸探檢測(cè)[11]。采用單橋探頭靜力觸探儀，測(cè)得10 m深度范圍內(nèi)比貫入阻力ps分布。

檢測(cè)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)高真空擊密處理后的地基，加固作用比較明顯，場(chǎng)地地面以下0～10 m的土體比貫入阻力ps均有所增大(如圖5所示的J1#和J3#檢測(cè)點(diǎn))，特別是近地表4～5 m范圍內(nèi)土層的ps值成倍以上增大，使淺層土層變?yōu)橛矚?，達(dá)到了預(yù)期加固效果。

圖5 處理前后各土層的ps值

4 結(jié)語(yǔ)

(1)連江縣體育中心軟基處理工程已經(jīng)竣工交付使用近2 a，期間舉辦了包括全國(guó)青運(yùn)會(huì)武術(shù)套路決賽等多項(xiàng)中大型體育賽事，經(jīng)高真空擊密法進(jìn)行地基處理過(guò)的室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)及人行道路等，至今未出現(xiàn)明顯沉降和鋪裝面層的開裂、損壞現(xiàn)象，取得了極好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

(2)對(duì)于工期緊、造價(jià)控制嚴(yán)格的地基處理工程，有兩個(gè)環(huán)節(jié)十分重要和關(guān)鍵，一是科學(xué)合理地研究制定地基處理設(shè)計(jì)指標(biāo)，如本項(xiàng)目的室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、休閑廣場(chǎng)及人行道路等，其使用荷載較小，不能盲目套用建筑地基、公路和城市道路路基的設(shè)計(jì)指標(biāo)，否則不僅造價(jià)高導(dǎo)致不必要浪費(fèi)，而且工期長(zhǎng)難以滿足要求；二是應(yīng)緊扣地基處理設(shè)計(jì)指標(biāo)和費(fèi)用控制目標(biāo)，反復(fù)進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，不斷優(yōu)化，方能獲得最佳的設(shè)計(jì)方案。

(3)只要地基處理設(shè)計(jì)科學(xué)合理，施工工藝得當(dāng)，高真空擊密法不僅適用于先行大面積填方的軟土地基處理，而且適用于臨近既有建筑和道路設(shè)施的軟基處理施工。對(duì)表層土軟弱的地基，先行填方不僅是軟基的預(yù)壓荷載，而且非飽和填土更易于強(qiáng)夯擊密形成硬殼層，提高軟基處理和填方壓實(shí)的雙重技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

[1] 陶明訓(xùn)，徐光黎，楊軍喜．高真空擊密法在京唐港首鋼碼頭地基處理中的應(yīng)用[J]．安全與環(huán)境工程，2012，18(5):130-135．

[2] 劉成軍，王浩．高真空擊密法加固吹填軟土地基試驗(yàn)研究[J]．水運(yùn)工程，2016(4)：160-165．

[3] 鐘三龍，趙紅崗，馬浩淵．高真空擊密法在填海地質(zhì)中的應(yīng)用[J]．福建建設(shè)科技，2015(1)：64-66．

[4] 龔杰林．高真空擊密法在吹填土地基處理上的應(yīng)用[J]．公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2013(9)：123-125．

[5] 顏慶智，崔亮，江立群．高真空擊密法加固吹填土地基試驗(yàn)研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2010(S2)：605-608．

[6] 余嘉勤．高真空擊密法在鐵路站場(chǎng)軟土地基處理中的應(yīng)用[J]．鐵道勘察，2013，38(2)：24-27．

[7] 施有志，柴建峰，林樹枝，等．高真空擊密法在平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)吹填軟基處理效果評(píng)價(jià)[J]．工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2017，25(1)：11-18．

[8] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．建筑地基處理技術(shù)規(guī)范：JGJ79-2012[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[9] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范：GB/T 50483-2012[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[10] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50007-2011[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[11] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部．巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)：GB50021-2001[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

High vacuum compaction method in a soft foundation treatment of filled earth beforehand

XIE Wei-shu, WU Neng-sen, ZHANG Yan, LIN Hong-ji, WU Lei
(SchoolofTransportationandCivilEngineering，F(xiàn)ujianAgricultureandForestryUniversity，F(xiàn)uzhou350002，China)

An application case of high vacuum compaction method in soft foundation treatment was introduced, which is different from the previous similar projects with a number of constraints. The project was located in a sports center with constructed stadiums and earth fill beforehand, and the fill stratum was of uneven thickness, poor density and low bearing capacity. In addition, there were a number of constraint conditions as follows: dynamic compaction can't endanger the safety of stadiums and cause damage and serious pollution to the outside decoration; short construction time and low cost due to the interim completion date and the investment budget. After suit measures of reasonable design and construction were adopted to above constraints, excellent technical and economic effects have been achieved, which is of reference value for similar projects．

high vacuum densification method; soft foundation; earth fill beforehand; design and construction

2017-03-13

福建農(nóng)林大學(xué)高水平大學(xué)建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目(113-612014018)；福建農(nóng)林大學(xué)創(chuàng)新(培育)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目 (Pytd12006)

謝偉樹(1992—)，男，福建龍巖人，碩士研究生。

1674-7046(2017)02-0048-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.009

TU472

A