某综合管廊地基处理方案研究

褚方平

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

某综合管廊地基处理方案研究

褚方平

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市200092）

以某综合管廊为例，从液化土以及软弱土的处理角度出发，对采用三轴水泥土搅拌桩长短桩相结合的处理方法进行了详细的介绍；为类似的工程条件提供了经验，希望能对类似的地基处理设计起到一定的借鉴作用。

综合管廊；液化土；地基处理；复合地基；三轴搅拌桩

0 引言

海口市桂林洋经济开发区成立于1991年7月，是经海南省政府批准，经国家发改委、国土资源部、建设部联合审核后保留的省级经济开发区，规划总面积41.3km2。经过二十五年的开发建设，开发区已初步形成椰风海韵热带风光、迷人海滨旅游度假区、以现代观光农业为核心的农业综合开发区；未来的桂林洋开发区将形成农业生产场所、农产品消费场所、休闲旅游场所三者结合在一起的国家热带农业公园。

为响应国家对地下综合管廊建设的相关政策、积极推动桂林洋国家热带农业公园的建设，在征求各方意见的情况下，建设江东大道二期（桂林洋段）综合管廊。

1 工程概况

1.1 建设区域概况

拟建江东大道二期（桂林洋段）综合管廊西起江东大道～兴洋大道交叉路口西侧，东至江东大道～桂林洋大道交叉路口东侧，总长约3.2k m。拟建综合管廊为单层双仓断面，其线位布置在道路红线南侧规划绿化带内，见图1、图2。

1.2 工程地质条件

根据拟建工程场地地质调查及勘探孔揭露，拟建场地地层由新至老为：第四系全新统人工成因的耕植土、杂填土；全新统的淤泥质粉质黏土、砂土和粉质粘土；中更新统北海组的砂土和粉质粘土；第三纪上新统海口组海相成因的粉质粘土。场地各土层工程特性参数见表1。

拟建场地位于8度抗震设防区，场地现状地面下20 m深度范围内分布有全新统饱和砂土，分别为③2层淤泥质细砂、③3层淤泥质粗砂、③4层中砂和③7层淤泥质粗砂；采用现场标贯实测值对饱和砂土进行进一步液化判别，上述饱和砂土层均发生液化反应，液化等级为中等～严重，具体场地地基土分段评定液化等级见表2。

2 地基处理方案分析[1 -3 ]

2.1 地基处理方案的确定

本工程拟建综合管廊标准断面底板面埋深约6.45 m（见图3），根据综合管廊纵断面设计，管廊基底多位于淤泥质土层或砂层；淤泥质土层地基承载力为60～80 k P a，砂层地基承载力均大于100 k P a。考虑本工程范围内存在大面积的沟塘，管廊拟建场地为填方路段，全线填方高度为0.70～4.70 m；因此工程性能较差的③层淤泥质黏土、③1层含砂淤泥质黏土、③2层淤泥质细砂无法满足地基承载力及沉降控制的要求。根据《建筑地基处理技术规范》的相关规定：对于淤泥质土，可采用预压法、水泥土搅拌法、高压旋喷法、注浆加固法等方法进行处理。

同时根据岩土工程勘察报告，本工程管廊拟建场地现状地面下20 m深度范围内分布有③2层淤泥质细砂、③3层淤泥质粗砂、③4层中砂和③7层淤泥质粗砂等全新统饱和砂土，均为中等～严重饱和液化砂土；因此拟建场地亦需进行液化土处理。由于场地液化土层较厚，按照《建筑抗震设计规范》的相关规定，本工程液化土可采用加密法（如振冲、振动加密、挤密碎石桩）进行处理。

图1 江东大道二期（桂林洋段）综合管廊定位图（单位：mm）

图2 江东大道二期（桂林洋段）综合管廊标准断面布置图（单位：mm）

表1 场地各土层工程特性参数表

表2 场地地基土液化等级评定表

图3 江东大道二期（桂林洋段）综合管廊拟建场地现状图

地基处理时亦需考虑基坑开挖的需求。由于本工程管廊基坑开挖范围内以素填土、淤泥质土等土层为主，为减小基坑开挖对北侧道路路基的影响，本工程管廊基坑开挖以垂直围护为主；为满足基坑坑底抗隆起及基坑止水的要求，管廊基坑坑底需采用压密注浆、水泥土搅拌法或高压旋喷法等方法进行坑底加固。

综合考虑管廊地基承载力、沉降控制、基底液化土处理以及基坑止水、坑底抗隆起的需求；经过比较，本工程拟采用较为经济的水泥土搅拌法对管廊基底软弱土及液化土进行地基处理。通过硬化软弱土以提高地基土的强度并增大土层的压缩模量；通过水泥与砂土的化学固结，改变土体的性质、增加砂土的密实度以消除液化；通过化学固结降低砂土的渗透系数以形成坑底隔水层；通过掺加水泥、增加坑底土体的重度以满足基坑坑底抗隆起的要求。

考虑本工程管廊基底需进行地基处理的土层较厚，为保证搅拌桩成桩的可行性及完整性，本工程拟采用功率更强、处理深度更大的850@600三轴水泥土搅拌桩进行地基处理。

2.2 桩长、桩间距的设计

以变形缝076～079段（桩号K10+793.44～K10+ 871.98）综合管廊为例，该段管廊现状为沟塘，管廊顶部填方高度约为2.5 m。经地质纵断面揭露，本段管廊基底下土层由上至下分别为③1层含砂淤泥质黏土、③3层淤泥质粗砂、③层淤泥质黏土、③7层淤泥质粗砂、⑧层粉土；其中③3层淤泥质粗砂和③7层淤泥质粗砂为液化土层，液化等级为严重；③1层含砂淤泥质黏土、③层淤泥质黏土为软弱层。地基处理时需解决③3层淤泥质粗砂、③7层淤泥质粗砂等土层的液化问题以及③1层含砂淤泥质黏土、③层淤泥质黏土等土层地基承载力和抗变形能力不足的问题。纵断面见图4。

图4 江东大道二期（桂林洋段）桩号K10+793.44～K10+871.98段综合管廊地质纵断面图

管廊设计时，对于管廊主体结构一般只考虑抗震构造措施，其结构配筋以裂缝控制为主，结构承载能力计算不起控制作用；结合《建筑抗震设计规范》第4.3.4条的相关说明，本工程管廊在对③3层淤泥质粗砂、③7层淤泥质粗砂等液化土层进行处理时，考虑只对设计地面下15 m范围内的液化土进行完全处理。由于本工程管廊底板底面设计地面下埋深约为7.0 m，管廊基底液化土处理时，考虑采用8.0 m长850@600三轴水泥土搅拌桩等长短桩进行满堂处理；对于设计地面埋深15m以下的液化土，拟采用长桩疏桩打穿液化土层以进行部分处理。

同时为保证三轴搅拌桩处理液化土的效果，管廊在进行液化土处理时，以50 m左右长度管廊为一区间，在每个区间周边设置满堂长桩将各区间形成一个封闭独立的区格，以减小地震时各管廊区间地震影响的联动性。管廊基底下850@600三轴水泥土搅拌桩满堂短桩+长桩疏桩具体布置见图5、图6。

图5 850@600三轴水泥土搅拌桩满堂短桩+长桩疏桩地基处理平面布置图（单位：mm）

图6 850@600三轴水泥土搅拌桩满堂短桩+长桩疏桩地基处理横断面示意图

对于③1层含砂淤泥质黏土、③层淤泥质黏土等软弱土层，拟采用850@600三轴水泥土搅拌桩以形成复合地基进行处理，三轴水泥土搅拌桩桩长以进入下卧非软弱层0.5 m为准。

以变形缝076～079段（桩号K10+793.44～K10+ 871.98）综合管廊为例，根据该段管廊基底下土层的分布情况，结合液化土及软弱土的处理需求；本段管廊基底下采用有效长度为8.0 m的满堂短桩进行液化土及部分软弱土的处理、采用有效长度为15.0 m疏桩长桩对③层淤泥质黏土软弱土进行完全处理并对③7层淤泥质粗砂进行部分液化处理，见图7。

2.3 复合地基承载力验算

以变形缝076～077段（桩号K10+793.44～K10+ 820.00）综合管廊为例，短桩为满堂加固，坑底以下有效长度为8.0m；长桩疏桩最大间距为1.987 5 m×3.6 m，坑底以下有效长度为15 m。现计算长桩的复合地基承载力（地质参照孔为G K116）。

图7 江东大道二期（桂林洋段）桩号K10+793.44～K10+871.98段综合管廊长短桩地基处理纵断面示意图

复合地基承载力特征值：

复合地基承载力验算（以标准段为例，其管廊基底压力为106.74k P a）：

fa=95+17×(4.5-0.5)=163 k P a＞106.74 k P a，加固后复合地基承载力满足要求。

2.4 复合地基沉降验算

以变形缝076～077段（桩号K10+793.44～K10+ 820.00）综合管廊为例进行复合地基加固区沉降验算（地质参照孔为G K116）。

该区段管廊平面尺寸为26.81 m×8.8 m，管廊基底附加荷载：

F附加=106.74×26.81×8.8-26.81×8.8×18× 4.5=6 073 k N

管廊基底具体沉降量计算如下所示：

（1）基础数据（见表3）；

（2）土层列表（见表4）；

（3）沉降计算（见表5、表6）。

表3 管廊基底土沉降计算基础数据表

表4 管廊基底土层分布表

表5 管廊基底各土层压缩情况表

表6 计算点沉降量表

附加应力（k P a）pmax=25.74，pmin=25.74，平均= 25.74。

根据《建筑地基基础设计规范》（G B 50007-2011）式5.3.5计算，沉降计算点（x=0.000 m，y= 0.000 m）各层土的压缩情况。

（4）结论

变形缝076～077段（桩号K10+793.44～K10+ 820.00）综合管廊地基加固后最大沉降量=46.911 mm＜200 mm，满足规范要求。

3 地基处理质量控制上标[4-7]

3.1 施工技术要求

由于本工程拟建场地范围内存在大面积的沟塘，塘底标高为0.700～1.600，且部分塘底存在一定厚度的淤泥；同时本管廊拟建场地为填方路段，全线填方高度为0.700～4.700 m；为形成平整的工作面并考虑管廊基坑施工要求，地基处理需在场地平整并回填至管廊顶板顶部1.0 m后方可进行。

（2）搅拌桩采用搅拌喷浆下沉、坑底重复搅拌、搅拌喷浆提升直至孔口的施工工艺。搅拌机必须带有计量装置。

（3）施工前需进行水泥土室内配比及抗压试验，要求28 d龄期的抗压强度qu≥0.8 MPa，90 d龄期的抗压强度qu≥1.5 MPa。

（4）为保证搅拌桩的质量，钻机提升速度控制在1 m/m in以内，且转速不小于60转/m in；垂直偏差不得超过0.5%，向下钻进的速度应比上提时的速度慢一倍左右，以便尽可能保证水泥土的充分搅拌。料罐一次加料量不得小于一根桩的水泥用量+50 k g；喷入量不足时应补喷，补喷搭接长度不得小于1 m且必须在12 h内完成。

（5）水泥土搅拌桩搭接施工的间隔时间不宜大于24 h；当超过时，搭接施工时应放慢搅拌速度。若无法搭接或搭接不良，应作为冷缝记录在案，并在搭接处采取补救措施。

（6）水泥土搅拌桩施工时桩机就位应对中，平面允许偏差为±20 mm，立柱导向架的垂直度偏差不应大于1/250。

3.2 地基处理检测技术要求

（1）施工过程中应随时检查施工记录和计量记录。

（2）成桩3 d内，采用轻型动力触探（N10）检查上部桩身的均匀性，检验数量为施工总桩数的1%，且不少于3根。

（3）成桩7 d后，采用浅部开挖桩头进行检查，开挖深度宜超过停浆（灰）面下0.5 m，检查搅拌桩的均匀性，量测成桩直径，检查数量不少于总桩数的5%。

（4）成桩28 d后采用双管单动取样器钻取芯样作水泥土抗压强度检验，各区段检验数量为施工总桩数的0.5%，且不少于6点。

（5）水泥土搅拌桩成桩质量检测要求见表7。

表7 水泥土搅拌桩成桩质量检测要求表

（6）成桩28 d后采用标准贯入试验（N）对加固后土体进行液化判别。

（7）地基加固后复合地基承载力特征值按95 k P a计；成桩28 d后应进行复合地基承载力检测，每个区段检测数量不少于3组并满足《建筑地基处理技术规范》（J G J79-2012）第7.3节及附录B的要求。

4 结论

以海口市江东大道二期（桂林洋段）综合管廊为例，在综合管廊拟建场地同时存在液化土与软弱土的情况下，从液化土处理、软弱土处理等方面着手，并结合基坑设计的需求；提出了采用850@600三轴水泥土搅拌桩长短桩相结合的方法进行地基处理。地基处理施工完毕后实施地基承载力检测、液化探测以及变形观测，采用静荷载试验确定水泥搅拌桩复合地基承载力特征值、采用标准贯入试验判定加固后土体的液化性，检测结果均满足设计要求，取得比较好的效果。为类似的工程条件提供了经验，值得推广应用。

[1]GB50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[2]JGJ79-2012,建筑地基处理技术规范[S].

[3]GB50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[4]伊运恒.碎石桩和水泥搅拌桩复合地基在液化土中的应用[J].山西建筑,2015(1):86-87.

[5]林伟.水泥土搅拌桩与C F G桩在复合地基中的应用[J].江西建材,2015(2):101-102.

[6]殷忠平.论述市政工程中软弱地基的处理方法[J].江西建材, 2016(1):111-112.

[7]曹向东.深层搅拌桩处理软土地基应用实例[J].科技与创新, 2016(2):124-125.

U416.1

B

1009-7716（2017）06-0296-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.06.087

2017-03-20

褚方平（1984-），男，江苏常州人，工程师，从事结构设计工作。