预防深填土区大面积地坪发生沉降的处理方法

谢 赟

（广东省第一建筑工程有限公司 广州 510010）

0 引言

在深填土区修筑大面积的地坪，如果对施工区域内的深填土处理不当或地坪的结构形式采用不当，大面积的地坪很容易因回填土出现沉降而发生下沉，导致开裂破损，这不但会影响建筑物的使用功能，甚至会影响建筑物的安全性［1］。针对当前工程施工建设的过程中，填土区大面积存在的情况下，积极落实预防策略，做好准备工作，降低深填土区大面积地坪沉降现象的出现，为工程建设发挥有效的促进作用。

1 工程概况

某物流仓库总用地面积94 097 m2，建筑面积为43 423.4 m2。主要建筑物为：办公楼1 栋，建筑面积为2 313.3 m2；物流仓库 1 栋，地上 2层，建筑面积为40 074.8 m2，首层地坪采用金刚砂耐磨地面，面积约为21 000 m2。基础为预制管桩基础，地上为钢结构。本工程场地原为鱼塘，上层为深3～4 m 的回填土，下层为厚28～35 m 的淤泥质土。

2 对本工程深填土场地的沉降预判分析

本工程回填土完成后用压土机作了表面的初步压实处理。自回填土完成到主体工程开工，时间间歇不足2个月，故须对该填土区在日后的沉降情况作出预判分析。

2.1 地基基层土体软弱

在当前深填土区进行大面积回填的过程中，首先使用换填土法：将软土地基的土挖出来，然后选择硬度和强度合适的土回填到整个深填土区中，进行大面积的碾压，以此改变软土地基的弱势。但是，如果在回填处理的过程中，无法从根部去除软土地基的软弱地基，地基基层土地非常软弱，即使上层回填较硬的土，长时间而言，下层软土给上层产生严重的冲击，以致上层回填后，会出现大面积地坪沉降的现象。

2.2 地下水对回填土的影响

由于原场地为鱼塘，经过一段时间后，地下水会向上层渗透，上层土质将逐渐疏松，其强度和硬度会降低，这必然导致大面积沉降现象的出现［2］。

2.3 深填土不规范

若在进行正式回填土之前，没有将回填土区底部的淤泥和污泥全部清除出去，回填土土方的质量较低，碾压压实控制工作不到位，回填土的级配质量低下等都会导致整个深填土区质量下降，以致回填土层下面没有奠定坚实的基础，那么在后期深填土区承受较大的压力下，必然会出现地坪大面积沉降的现象。

2.4 施工过程中忽视了地层压实的重要性

在实际施工中，过度注重回填土上层的压实，注重平层的压实，而忽视了回填土基层压实的问题，以致地坪下层强度较低，而最终工程的建设只是上层强度较高，下层强度较低，一旦上层承受过多的压力，将会过渡给下层，下层不堪重负，那么必然会从下向上发生沉降现象。

2.5 排水系统尚未完全形成

当前深填土区大面积地坪沉降现象的出现，关键在于地坪基土施工建设的过程中，排水系统无法全面发挥作用，大量积水无法顺利排出，地坪基土被大量浸泡，久而久之，土质变得疏松，则会出现地坪沉降的现象［3］。

由于上述存在的原因，该深回填土区在日后的使用过程中必然会发生沉降的现象。

3 深填土区大面积地坪沉降预防策略分析

3.1 降低地下排水水位，采取堆载预压法

软土内有大量的水分，自身的特征明显，包括强度低，有较高的压缩性，触变性较强等，同时孔隙较多，结构松软，容易塌陷，抗压能力不足。软土的这些特点增加了施工的不可预见性，如果处理不当，修建在软土上的地坪将会出现开裂、下陷的情况，造成质量事故［4］。堆载预压方法的原理即为排水固结法，该方法是根据原有的排水系统，加入加压系统和排水系统的设置，以改善地基的排水情况，让其利用多个途径把水排出，缩短排水距离，新设排水系统按设计计算得出的布点数量及间距，在回填土区域范围内打入塑料排水板构成；而加压系统是在地基内进行填土堆载，以此提升土体的应力，给孔隙水施加压力，让其流出排水系统作为基本的排水方式，虽然可以排除水分，但软土地基内的大量孔隙水，单独使用固结压力无法缩短排水的距离，以现有的排水结构为前提，在地基外面适当施加荷载，加快土体的固结速度，迫使孔隙水向边界流出。在孔隙水排出的过程中，缩小了孔隙的大小，增加了土的密实度，加快了地基的沉降，提高承载力，有效保证地基的稳定［5］。

在预压稳定或预压时间沉降量与相关标准要求相符后，需要开展包括土体物理力学性能测试等在内的一系列室内土工试验，并持续对地基沉降以及回弹情况进行观察监测，确保软土地基得到有效处理。在达到处理指标要求后，方可进行正式地坪施工。

在我国沿海城市地区广泛地分布着深厚的海相沉积软土，在工程建设中，经常会遇到软土地基承载力远低于设计要求的情况，需要对软土地基进行加固处理。堆载预压法可提高软土地基的承载力、减小地基的沉降，采用该处理方法工艺简单，工程费用投入相对较少，经济实用，广泛使用于沿海地区的市政道路路基加固处理及大型厂区的场地地基加固处理［6］。但该方法存在处理周期较长，对于一些建设周期较短，要求尽快投入使用的建筑工程较少采用。

3.2 低下软弱卧层加固

对使用要求较高的地坪中，深填土区为了预防沉降现象的出现，尤其注重对低下软弱层卧层的加固。地坪桩的设置，是软弱土质加固的一种有效措施。

3.2.1 深层搅拌桩加固

深层水泥搅拌桩技术是软土地基的一种有效处理措施，其原理是在深搅桩机械钻进过程中，喷水泥浆且使其和土进行强制搅拌后形成柱状固体，通过水化反应，水泥水解后能够产生水泥水化物，然后土颗粒会与其产生团粒化反、应离子交换反应及硬凝反应碳酸化反应等［7］。以此在形成复合地基的层面上，提升整个地坪的承载力。而对于搅拌桩的设置，就其根据具体的情况科学设置搅拌桩的桩长度，桩端的设置在土质较好的土层中，以达到理想的承载力效果。桩的选择应用中，也可以选择使用部分预应力管桩，在整体上保证沉桩地基承载力的层面上，对地坪荷载进行承载。

3.2.2 预应力混凝土管桩加固

在软土地基上修筑的地坪容易产生沉降，主要是软土层由黏土和粉土等细微颗粒含量多的松软土孔隙大的有机质土泥炭以及松散砂等土层构成，且具有地下水位高，其上土体及构造物稳定性差的特点。采用预应力混凝土管桩来加固软土地基，原理是管桩复合地基在竖向荷载的作用下，加载初期褥垫层发生一定的弹性变形，为管桩提供一向上刺入量，将荷载分别传给管桩和桩间土，由于桩间土较管桩变形模量小，首先产生一定的压缩对桩间土产生压应力，而压应力通过桩体四周的土体对桩产生侧摩擦力，该侧摩擦力对桩体四周的土体产生一个向上的反作用力，使得桩间土的承载力得到提高。随着荷载的逐步增加，将所传来的大部分荷载传至管桩上，将小部分荷载传给桩间土，使管桩与桩间土共同参与工作［8］。由于管桩的挤密效应以及管桩在软土中架构起骨骼的作用，使土体侧向位移得到一定控制，从而提高土体的承载力，达到软土层加固的目的，避免地坪沉降的发生。

3.3 架空钢筋混凝土结构在地坪中的设置应用

在软土地基上大面积新填土进行施工地坪的主要问题是沉降量大，软土固结时间长，事后处理难度大、耗资量大，而且还可能继续下沉。《建筑地基基础设计规范：GB 50007-2011》［9］规定，建筑范围内有大面积堆载的库房设计，应考虑由于地面沉降所产生的地基不均匀沉降变形对上部结构的不利影响。因此，在该类型的土质场地设计和施工大面积地坪时，应予以高度重视。

对于经过加固处理的深填土区上修筑大面积地坪时，考虑到填土区域的土或多或少尚会出现沉降的情况，且不同位置产生的沉降量各有不同。对于地坪承载力较大，对地坪的质量要求高，可以选择使用架空混凝土结构的施工方案，提升地坪地基极限承载力，并可有效抵消不均匀所产生的不良后果。但是此种结构使用方式其成本费用较大。在工程经济成本允许的情景下，如果选择此种施工方式，在实际施工建设的过程中，首先需要明确软土地基的加固方案，采取合理措施，控制地坪下沉变形。

4 本工程预防大面积地坪沉降情况出现的处理方法

针对本工程的使用要求及深填土区的特点，结合现有一些成功的预防处理做法，在实际中采用了低下软弱层卧层加固与架空钢筋混凝土结构相结合的方案，对防止大面积地坪出现沉降进行预防处理。

4.1 具体处理做法

⑴在整个地坪范围设置地坪桩，桩布置呈梅花状，桩间距2.5 m，桩长15 m，采用φ 400 预应力混凝土管桩（见图1），桩顶设置 1 000 mm×1 000 mm×800 mm桩帽；在地坪桩的全面覆盖设置，可将地坪范围内的土体挤压密实，整体提高地坪下卧层土体的承载力；同时混凝土管桩与土体之间的摩擦力及桩端承载力，通过桩帽有效支承地坪传递下来的荷载。

图1 地坪桩布置示意图Fig.1 Floor Pile Layout

⑵地坪采用20 cm 厚钢筋混凝土无梁地板，混凝土强度等级C25，面层金刚砂一次成活地面。钢筋混凝土无梁地板设置φ 14@150 双层双向钢筋，整个地坪形成一个刚性整体板块，可有效抵抗地坪下部土体局部出现的沉降变形。地坪做法大样如图2所示。

图2 地坪做法大样图Fig.2 Floor Practice Drawing

4.2 大面积钢筋混凝土地坪的施工

考虑临近土方开挖的影响，需对已完地坪桩采取保护措施，防止桩位移和倾斜。地坪桩成桩后进行土方开挖，开挖过程中要保护好高出地面的桩头，截桩头时采用工具切割，严禁用大锤横向敲击或强行截桩。

本工程的大面积钢筋混凝土地坪整体刚度大，抗变形能力强，根据混凝土抗裂理论“抗与放”的原则，混凝土地坪采用跳仓法施工。提前进行地坪混凝土的试配工作，提供合适的混凝土配比，控制好混凝土水化热，释放混凝土早期变形，防止收缩裂缝［10］。

施工工艺流程：钢筋绑扎、模板安装→验收→完成面测量→安装方钢水平导轨→浇筑面淋水清理→混凝土浇筑→混凝土振捣、摊平→混凝土面找平、提浆→按比例均匀洒金刚砂→用长刮尺进行精平→磨光机进行地坪面磨压抛光→混凝土保养。

5 工作体会

本工程投入使用已有3年多，目前地坪无下沉、开裂的现象发生，使用效果良好。本工程在预防深填土区大面积地坪沉降的处理过程中，在明确分析出其沉降出现原因的前提下，结合实际情况，采用低下软弱层卧层加固与架空钢筋混凝土结构相结合的预防处理方法，进行大面积地坪施工。由于预防处理方法分析正确，施工技术措施得当，有效地提升了深填土区的承载力，减少了大面积地坪沉降现象的出现。