地下综合管廊不良地基加固技术的比较研究

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

郑州中心城区地下综合管廊金水科教园区位于郑州市区北部，紧邻黄河，为原黄河渔场区。施工区域存在3 条管廊（杨金路、渔场路和兴达路），总长度为9.0735km，其中杨金路和渔场路横跨多个连续鱼塘，另有两处穿越河流，基底多为淤泥土（厚度为800～1 800mm），地基无法满足基坑承载力要求。

2 方案比选原则

1）根据上部结构的类别、承担荷载的大小、使用要求及地基基础设计等级，结合地形地貌、岩土条件、地下水特征、环境条件等因素进行综合分析，初步选出2～3 种备选地基处理方法，涵盖由几种地基处理措施集合而成的复合式地基处理方法。

2）通过对初选的各地基处理方法的适用范围、应用材料、机械、工期、工作原理及预计效果等要素进行技术及经济上的对比，从而遴选出最适宜的地基处理方法。

3）根据建筑物地基基础设计等级，结合应用场地可能存在的问题，选取有代表性的场地对遴选的地理处理方法进行试验。通过测试来检验设计参数是否适宜及应用方法产生的效果是否理想。当出现不满足设计要求的情况时，应及时对设计参数进行更改或更换其他方法进行重新试验。

3 场地荷载分析

3.1 恒载

1）整个场地大面积填筑厚度暂按4m 土方，75kPa 考虑。

2）管廊的结构层荷载等厚度按1 300mm，荷载按32.5kPa 考虑。

3.2 活载

地面堆载、材料堆载、地面超载20kPa；施工机具荷载一般不超过5kPa。

3.3 荷载组合

主要用于沉降计算分析，采用准本场地主要涉及的填筑材料为管廊主体和填筑体（按素土考虑）。

1）使用期荷载：管廊结构（32.5kPa)+填筑荷载（75kPa)+使用荷载（25kPa)×准永久系数（0.5)=120kPa。

2）预压期荷载：真空压力90kPa。

本工程工后沉降=使用期沉降—预压期沉降，场地使用期（按100 年计）沉降及预压期（暂240d）沉降，分别采用应力历史法及e-p 曲线法计算。

4 重难点分析

1）管廊结构基底土壤不同、承载力不均匀是管廊沉降控制的重难点。

2）本期工程临近既有建筑物，排水固结及堆载过程对既有建构筑物的保护措施须到位。

3）场地不良土质量大，土源的质量和数量保证是重点。

4）场地内地表存在大量池塘，大部分区域地表植被丰富，池塘清理整平后一般可见淤泥，清理及施工均影响功效，同时填筑厚度较大，协调变形分析及措施需重点考虑。

5）本场地地层渗透系数小且受潮汐影响明显，确保水的有效排出是排水固结的核心，也是本场地的重难点。

5 填筑材料要求

本场地主要涉及的填筑材料为级配碎石和填筑体。参照相关规范级配碎石的最大粒径不宜大于40mm，级配良好，颗粒中细长扁平颗粒的含量不应超过20%。碎石的压碎值不大于35%。级配碎石级配组成参考表1。

表1 级配碎石级配组成参考

填筑体可选用级配良好的砂土或碎石土、粉质黏土、粉煤灰，以及质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和无放射性危害的工业废料等，并应满足以下要求：①以碎石土作填料时，其最大粒径不大于10cm；②以粉质黏土、粉土作填料时，其含水量宜为最有含水量，采用击实试验确定；③不得使用淤泥及有机质含量大于5%的耕土；④填料容重不小于16.5kN/m3。结合本场地的调研，填筑体暂按满足要求的级配碎石考虑。

6 地基处理方案选型

6.1 基底降水处理方案选型

原设计方案中采用的明沟降水方法效果并不理想，场地内的地下上层滞水通过自然降水进行补给，利用蒸发作用进行排泄；地下潜水主要通过自然降水及基流进行补给，利用越流和基流进行排泄。方案中缺乏对土体保水性能及粘聚力的考虑，导致在方案实施过程中可能会出现由于失水致使土体发生坍塌，进而堵塞边沟预埋排水沟渠等现象，同时土体外表失水干枯、疏松，无法为碎石施工提供必要的承载条件，该方案不可行。

根据对地质条件的研究结论，对原设计方案进行优化。采用“轻型井点+管井”的降水方法编制方案，利用拉森钢板桩进行基坑止水帷幕施工，防止地下暗流水渗透至基坑内，从而使基底满足承载力要求。

6.2 淤泥厚度≤800mm基底加固方案选型

原设计管廊基底坐落于粉土、粉质黏土为有效持力层，地基承载力特征值不小于90kPa。为提高地基稳定性，管廊底部换填≥300mm 厚级配碎石垫层，基底承载力不足90kPa，换填300mm无法满足要求。该方案不可行。

对该方案进行优化，淤泥厚度≤800mm，采用大口井和轻型井点对淤泥四周进行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用长臂挖掘机将基底范围内所有的淤泥均清理干净，采用级配碎石进行换填施工，换填总厚度为1 100mm，分层压实厚度不大于300mm，同时为防止级配碎石分离，采用原材料在现场机械搅拌，减少碎石倒运次数，在换填施工时降低级配碎石自由下落的高度，防止坠落高度造成离析严重。

6.3 淤泥厚度＞800mm基底加固方案选型

原设计管廊基底坐落于粉土、粉质黏土为有效持力层，地基承载力特征值不小于90kPa。为提高地基稳定性，管廊底部换填≥300mm 厚级配碎石垫层，基底承载力不足90kPa，换填300mm无法满足要求。该方案不可行，进行优化比选如下。

6.3.1 方案一：复合地基

该方案基本理念为采用振冲碎石桩、水泥土搅拌桩、粉喷桩等柔性桩与桩间软土形成复合地基，上部荷载由桩和桩间土共同承担。

本场地淤泥层深厚，水泥土搅拌桩、粉喷桩桩一般不能穿透软土层，目前的施工工艺下，搅拌桩深度过大后桩身均匀性差，桩身强度随深度增加而降低；该类处理方法对软土地基除置换外无挤密排水作用（碎石桩复合地基有排水作用，但造价太高），对软土性质改善有限，因此单纯采用柔性桩复合地基处理难以满足本工程要求。复合地基法可以作为构筑物部位加强或其他局部二次复合增强处理使用，需要结合具体部位、具体要求进行详细深化设计。复合地基造价远高于排水固结法，且没解决本场地的主要问题。该方案不适应。

6.3.2 方案二：动静排水固结

淤泥厚度大于800mm，采用大口井对基坑四周进行降水施工，水位降至基底以下500mm 以后，采用长臂挖掘机将基底范围内所有的淤泥均清理干净，通过堆载预压和强夯的方法，使地基土排水固结。排水体指级配碎石层、砂井、碎石桩或排水板等人工排水通道，强夯使软土产生很大的孔隙水压力，孔隙水通过排水体在较短的时间内消散，从而达到有效应力增大，提高土体强度加固改善软土地基的目的。

该施工区域采用堆载预压式排水+强夯动力式排水固结的方式，堆载预压排水作为动力加固的前置条件，采用强夯动力的方法以达到加速淤泥排水固结的目的。动静排水固结法以“少击多遍”的方式施加强夯荷载，强夯每遍间歇时间以动孔隙水压力消散80%的时间为妥，一般不少于10d，需要严格控制能级及击数，否则夯击成“橡皮土”则失败。施工要求一定的安全距离，一般不下于25m，因此强夯工艺不适用于紧邻既有建筑物的区域。强夯施工不适用于深厚饱和自然沉积的软弱层区域，自然沉积的饱和土孔隙比相对小些，含水量相对低，排水固结慢，超孔隙水压力消散时间要求长。结合郑州地方规范、应用实例、根据专著文献记载和应用实例经验，该方法对于本场地的适宜性差：①处理深度有限，一般有效影响深度不大于10m；②一般用于淤泥质土含砂或混砂，即渗透系数相对较大的地层；③软弱区域饱和土、动力荷载控制差，超孔隙水压力上升快、消散慢，风险大。该方案不适应。

6.3.3 方案三：静排水固结法

通过在软弱土层中打塑料排水板或袋装砂井等构筑竖向排水通道，然后采用真空预压、堆载预压或者两者联合预压方式进行加载预压，通过排出淤泥层中的超孔隙水，提高土层有效应力，从而加速淤泥层的固结沉降，同时达到改良地层并提高软土层承载力的目的。

软土加固方法的选定应综合考虑土层条件、建筑物情况、施工机具、材料来源、施工工期、加固费用等因素，预压排水加固法是本场地经济适用的地基处理方式。

通过预压排水固结来减少地基后期沉降，提高其强度及稳定性，削弱或消除因欠固结软土引起的桩体负摩阻力，并削减地基及场地竣工投入使用后的不均匀沉降。该方案较适宜本工程。

7 结语

软土是指近代水下沉积的饱和粘性土，包括淤泥、淤泥质黏土、泥质粉土等一类土体。作为工程建筑的地基，因承载力低而产生不同程度的沉降乃至坍塌，对管廊工程造成严重伤害，应根据实际情况，选择最适宜的方法对其进行加固处理，以满足工程施工的需要。