广州科学城高真空击密技术软基处理方案

孙冬来

1 工程概况

广州科学城火村兴建科技企业加速器项目，总占地面积28万m2，规划建筑面积70万m2。本次三期项目将于2010年6月开工，主要包括10栋厂房和2座污水处理设施。C3，C4栋厂房有1层地下室，其余9栋厂房无地下室。基础拟采用桩基础。

根据勘察报告与建设单位告知，C8～C10栋厂房原来设计位置处于深厚淤泥区，现已把设计位置向西北方向移动，由于部分基础(主要是C8栋厂房的基础)仍然位于淤泥区，且填土很厚，设计方已把这三栋厂房的首层设计为结构楼板，但是室外道路需要地基处理。其他厂房下面土层淤泥较薄，或者没有淤泥，主要是处理上部填土层。

根据地质剖面图，场地地势较平缓，地貌单元属山前冲洪积地带及山岗剥蚀残丘。

本次地基处理采用高真空击密法，主要目的是为消除淤泥层、厚填土层影响下的建筑结构与园区工业管道的破坏，提高土层的承载力。

2 “高真空击密法”软地基处理方法的工作机理

强夯法处理饱和软土地基的关键是孔隙水的排出和超孔隙水压力的快速消散。该工法即是针对这一关键问题进行研究和提出解决办法的。第一遍高真空排水固结通过特制与安设的高真空排水设备的排水，可迅速在所需处理的土体范围内产生高真空，促使孔隙水和孔隙气体快速排出而导致土体固结。随之而插入的高真空管作用下产生孔隙水压力差而加速孔隙水排出与超孔隙水压力消散，进一步导致土体的排水固结。

“高真空击密法”有以下特点:1)高真空排水属于主动排水，可有效减小土的饱和度，减小产生的超孔隙水压力同时增加夯击效率，因此优于传统的地塑料板被动排水(因为无外荷载作用，无法形成水头梯度达到夯前排水的目的)。2)实施第二、第三遍高真空排水，甚至夯击与排水同时进行的排水工序，产生的超孔隙水压力在再一次真空“压差”的作用下可进一步增加排水效果。为此，进行多遍高真空击密排水最终可实现降低饱和软土含水量的目标。3)大大缩短了工期，第二次高真空的作用效果，使第一遍强夯产生的孔隙水压力快速消散，大大缩短两遍强夯的间隙时间。4)针对本工程，加固施工后，上部较差的软弱地基形成理想的超固结层，经设计复核可满足路基、首层地坪、园区工业管道铺设的承载力与刚度要求。5)真空排水导致地下水位下降，对深层地基具有降水预压作用。

3 本项目具体实施方案

3.1 地基处理技术要求

根据设计要求，拟采用高真空击密区处理的C5～C10栋厂房室内地坪及其邻近区的道路。

1)地基回弹模量大于25 MPa。2)地基处理后工后沉降不大于15 cm。3)地基处理后地基承载力不小于120 kPa。

3.2 沉降计算结果

根据计算结果，C8～C10栋厂房都处在厚填土的淤泥区，虽然室内地坪采用桩基加架空板，但是厂房临近的道路上部使用荷载和填土荷载共同作用下，沉降仍然较大，平均约600 mm，最终300 mm～1 200 mm，差异性沉降也较大。特别是填土层和淤泥层的沉降，需要重点处理。

3.3 场地软地基处理工程条件分析

根据提供的地质勘查资料:1)拟建场地浅层①素填土较厚，有属于新进吹填的欠固结土，厚度变化很大，均匀性差，多呈松散状态，进水易软化，承载力低，不能直接作为地基持力层。2)②-1淤泥局部分布，主要分布在道路区和房屋基础的局部区域，厚度不均，若不经过地基处理，场地均匀性差，差异沉降将较大，工后沉降也较大，这两层土都是需要重点进行处理的土层。3)较大厚度的新近回填土作为荷载会引起沉降，在无淤泥区的沉降主要是由新近回填的欠固结素填土在自重固结下的沉降，故淤泥区主要需要处理回填土层。在淤泥区域的沉降除此以外还包括回填土荷载对深层软土引起的沉降，故淤泥区除了需要重点处理回填土层外，还需要处理深层的淤泥层。4)不同的厂房分布区域，沉降变化很大，由于设计要求地基处理后的工后沉降要求比较高，需结合实际情况采用相应的地基处理方案。

3.4 地基处理方案设想及思路

根据提供的地质勘查资料，本场地的岩土特性及技术要求，C8～C10栋厂房的道路区域采用“高真空击密+桩基”复合地基法。

1)首先在淤泥区域的场地打水泥土搅拌桩，打水泥土搅拌桩的主要目的是解决深层软弱土层的沉降问题，同时使土性得到一定程度的改善，提高承载力。相比砂石桩会形成排水通道，使表层素填土遇水软化，水泥土搅拌桩更具有可取性。2)打完水泥土桩后，再对表层进行高真空击密施工，通过高真空降水，重点对①素填土进行高真空降水，结合变能量的击密，提高素填土的密实度，消除素填土层的欠固结沉降，同时在表层形成硬壳层，控制差异沉降。

采用这种方法的目的是减小表层和深层软弱土体的沉降，同时结合水泥土搅拌桩形成复合地基，提高土层的整体承载力。

根据沉降计算结果统计，直接高真空击密的面积约18 688 m2。

4 “高真空击密法”软地基处理方法的工艺

1)施工准备。场地外开挖排水明沟首先排除场内的积水。采用小螺钻和静力触探，详勘地层的初始地质条件，为施工小区划分、确定施工参数提供依据，不同的区域，实施不同的控制参数;安装调试机械设备。2)高真空排水击密。a.第1，2遍高真空排水击密。真空管根据土层分布情况分层设置浅管和深管，管间距3.0 m～6.5 m，具体真空管的长度根据现场的地质情况而定。真空排水时间根据“高真空击密法”施工操作要求由现场工程师检测后决定。每遍高真空排水后，为提高土体的密实度，需对土体进行跳排夯击。根据现场试夯情况调整每遍夯点间距、击数、夯击能量。施工中严禁形成“弹簧土”，重点在于正确控制夯击击密施工的有关参数(夯击能量、遍数、击数、间歇时间等)，不同的土层、区域采用不同的控制参数，具体根据现场施工的详勘资料计算情况确定。b.满夯、振动碾压。通过上述2遍的高真空击密，击密坑底以下的地基能得到有效加固，承载力预计可达到设计承载力要求。为进一步提高上部地基承载力和刚度，必要时可进行一遍低能量满夯或振动碾压。

5 结语

针对上部荷载的使用要求，高真空击密法通过对每遍的真空管深度、击密能量等参数的控制，通过一定厚度的抗变形的超固结硬壳层来满足承载力和变形要求。该工法具有工期快，造价低，质量可控的优点。

该工法巧妙地解决了软土超孔隙水压力消散及强夯容易使软土形成“弹簧土”等关键问题，通过人为在土层中制造的“压差”(击密产生的超孔隙水压力为“正压”，高真空产生的为“负压”)来快速消散超孔隙水压力，使软土中的水快速排出。由于采用高真空排水，使击密效果大大提高，从而使被处理土体形成一定厚度的超固结“硬壳层”，由于“硬壳层”的存在，使得表层荷载有效扩散，减少了因荷载不均匀产生的不均匀沉降。

[1] 代韶华.高真空击密法在兴华港区二期工程软基加固中的应用[J].中国港湾建设，2005(2):20-22.

[2] 封明聪.地基处理新方法——高真空击密法的机理与优势比较[J].黑龙江交通科技，2006(11):30-32.

[3] 叶观宝，王世威，邢皓枫，等.强夯与真空强夯在吹填砂地基加固中的应用比较[J].勘察科学技术，2008(1):8-10.

[4] 王松臣.高真空击密法地基处理方法的应用研究[D].西安:西安建筑科技大学，2009.