西北区域湿陷性黄土超厚回填及沉降控制研究

李洪元，阮高勇，刘怡飞，张 健，孙鹏飞

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东 深圳 518000）

1 项目概况

西北黄土高原地带是我国湿陷性黄土最集中的区域，延安市位于黄土高原中南部，属于湿陷性黄土地区。延安市万达城文旅项目位于延安市方塔新区方塔湖西侧，用地面积约26.76万m2，设计高程为1045.18～1073.15m。场地地形北高南低，地形自周边向湖倾斜。平均回填土高度为16～37m，净填土方量为160多万m3。

项目自南向北分布有4条东西向的冲沟，三面环山，一面临湖。从南到北高差近22m，地形复杂，高低不平。基础施工正处于雨季，根据延安市历年的降水情况，7～10月以8～15d的中期阴雨为主，连续降水量可高达152.9mm。

该工程为土方超厚回填，荷载大。在恶劣的地形环境与湿陷性黄土地质条件下，回填地基处理难以保证承载力与稳定性，地基沉降控制难度极大。

2 问题与研究思路

地基处理工艺中，分层碾压和强夯施工较常用，两者都是基于压实原理，密实地基土，提高承载力。由于本工程的特殊性，以上两种地基处理工艺都存在问题，可实施性低。

分层碾压法通过机械反复碾压实现地基土处理，适用于大面积土方工程。本项目土方回填高度高，场地面积大，利用此方法，设备、劳动力成本高，施工效率低，不能达到工期目标。施工处于雨季，如果遭遇强降雨将造成长时间停工，导致水土流失，可能产生巨大的经济损失。而且场地4条冲沟高差大，分层回填难以保证作业人员与施工机械的安全，安全措施成本高。

强夯法施工适用于湿陷性黄土地基，施工工期短，夯实效果好，成本低。本工程东侧临湖，斜坡含水率高，坡度大。场地强夯施工无约束，易引起滑坡等问题，地基质量难以保证，无法进行大规模强夯施工。

项目地基为湿陷性黄土，平均回填土高度16～37m，属于超厚回填，且原地基和填筑体自身的荷载大，存在严重的不均匀沉降问题。

根据现场实际情况，经过试验研究，决定将分层碾压与强夯施工相结合，针对不同的位置和地质条件分别建立高能强夯区、低能强夯区与强夯保护区。不同区域采用不同的地基处理方式，在确保地基承载力与地基稳定性的基础上，有效控制沉降，并满足工期、质量和成本的要求。

3 技术原理

3.1 湿陷性黄土超厚回填处理区域划分

项目东西宽度约100m，由于场地东侧临湖无法实现大面积强夯，项目在临湖外侧区域采用分层碾压内侧区域采用强夯。分层碾压可为强夯处理提供操作面，有效解决高边坡强夯不能施工的问题。

强夯处理前，需在临湖侧形成一堵“墙”来保证高能强夯的进行，该“墙”即为强夯保护区。分层碾压区分层厚度50cm，压实系数0.94，采用振动碾进行，碾压3～5遍，回填厚度至设计标高。在外侧分层碾压的同时在内测强夯区进行土方回填，靠近强夯保护区5m范围采用2000kN夯击能进行低夯能夯实，在保证保护区稳定性的基础上，进一步加固强夯区，确保高能强夯下保护区不侧移，提升强夯区内夯实效果。

低能强夯区是连接高能强夯区和坡顶分层碾压的过渡区，避免高能夯击区直接与分层碾压区直接连接，以尽可能消除连接区之间不均匀沉降及增加强夯保护区距离，以保证其安全。

3.2 湿陷性黄土地基强夯处理技术

根据初勘地质报告，以前项目区域为居民住宅区，存在大量的砖瓦碎块、混凝土块，项目现场存在分布区域广且具有一定厚度的人工杂填土。工程采用强夯施工可以快速提高软弱土的地基承载力，提高地基土压缩性，改善地基性能，确保处理后地基承载力满足设计要求，为后续施工安全有序进行创造条件。

强夯处理采用隔点夯击，点夯两遍后满夯一遍，主夯点布置按照7.0m×7.0m正方形布置，满夯时夯点之间的锤印搭接1/3锤径。夯锤直径2.5m，单点夯击能6000kNm，最后两击的平均夯沉量不大于50mm，满夯夯击能2000kNm，单点击数2击。

3.3 沉降控制措施

为解决地基不均匀沉降问题，项目首先对原地基进行处理，采用强夯对杂填土及回填厚度超过2m的区域全部进行地基处理；然后在超厚回填时，结合强夯保护原理区域施工技术对建筑物主体下部采用强夯回填减少沉降，在边坡区采用自然放坡的分层碾压区，在高能强夯回填区与分层碾压回填区增加低能强夯区，减少不均匀沉降。

回填结束后采用标准贯入实验进行检测，标贯深度按回填厚度进行控制，深度方向每间隔1m连续标贯，标贯检测每米不少于15击（140kPa）。利用一定的锤击功能(锤重63.5kg，落距76cm)，将一定规格的对开管式贯入器(对开管外径51mm，内径35mm，长度大于457mm，下端接长度为76mm、刃角18°～20°，刃口端部厚1.6mm的管靴，上端接钻杆)打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯入阻抗，判别土层的变化和土的工程性质。

3.4 “碎石盲沟”地下排水系统

项目场地自南向北分布有4条东西向的冲沟，为岩石裂隙水自然冲刷形成。在施工前解决超厚回填对地下水系的影响问题，是沉降控制的关键。原始地形山高坡陡，地基土和挖方区填料以稳定性差的粉质黏土和黄土为主，为了进行有效的沉降控制，项目在保证工程安全与不破坏原有水环境的前提下设计采用基于“碎石盲沟”的高填方地基地下排水系统（图1）。该系统不仅经济适用，有效保证了排水效果，而且大量缩减工期，为大规模土方施工争取了宝贵的时间。该工程排渗体系主要原理如下。

图1 碎石盲沟断面设计

1）结合地形的具体情况，以不改变或破坏原有水系的条件为原则，设置地下排水盲沟系统，盲沟纵向坡度应不小于1﹪。

2）场内盲沟出水口引入场外排水系统（水库内）；盲沟的出水口处，根据地形作特别加固，避免水流冲刷地面，防止出水口处盲沟溃散、坍塌。

3）结合原地基处理，设置排水盲沟。在地基处理完毕后在进行盲沟施工。

4 施工要点

4.1 工作面搭接处理

由于填筑区域范围大，施工段多，工作面分散，各工作面起始填筑标高不同，工作面搭接存在隐患。工作面搭接处理不好，必然产生人为的薄弱面，给高填方工程质量带来不利影响。因此，各工作面间要注意协调，相邻两工作面高差要求一般不超过4m，以避免出现“错台”现象。

4.2 土方填筑（清表及平整场地）

1）因场地高低不平，清表后把原场地修为台阶状便于强夯施工及分层回填施工。

2）开挖时妥善处理表层植物土，开挖的土方不得随意向山坡下推弃，以免增加后期植物土处理的难度和推弃土方再次挖运与压实的难度，并影响工程施工环境。

3）土方开挖严格控制场地标高，在挖方区边界根据方格桩设置高程控制桩，并在控制桩上挂线，挂线时预留一定的碾压下沉量3～5cm，使其碾压后的高程正好与设计高程一致。填挖设计交界线附近按5m控制。

4）土方开挖严格按规定的土方调运方向调运，以免增加总体调运距离。

5）土方运输采取有效措施，控制扬尘，减少对环境的危害。

4.3 强夯施工

1）在临湖一侧，先建立强夯保护区，采用分层碾压，每500mm采用振动碾进行，碾压3～5遍。

2）强夯区回填，回填厚度8m，选用8000kNm强夯机进行，采用两遍点夯和一遍满夯，满夯采用2000kNm强夯机。

3）强夯结束后强夯坑采用推土机进行回填，然后进行场地平整，用振动碾碾压3～5遍。

5 效益分析

1）施工效率高，保证工期节点 传统分层碾压采用冲击碾压需要虚铺土80cm、摊平、碾压、做环刀试验等步骤，程序繁琐。本项目回填面积大，回填土方量多，施工工期要求高。强夯工艺简便易行，施工质量控制简单。强夯保护原理超厚回填的技术是在强夯建立保护区后直接回填不超过800cm直接进行强夯，所以较分层碾压处理速度明显加快，可有效节约工期。

2）地基加固效果显著，满足设计要求 强夯回填有效加固深度大，单层8000kNm的高能量级强夯加固影响深度可达8～10m，压缩性可提高2～10倍，显著提升地基承载力与地基稳定性。地基经强夯处理后，可取得较高的承载力、压缩模量，相对一般地基处理强度可提高2～5倍，可以有效避免主体结构后期出现沉降问题。项目主体结构均位于强夯回填区，加固效果显著，承载力满足设计要求。

3）施工机具简单，适用范围广 主要施工机械为履带式起重机、冲击碾和压路机，辅以龙门架以增加起吊能力和稳定性，现场施工快速方便。地基处理无需三七灰土、土工格栅等高填方分层回填材料，简单经济。此地基处理方式适用于同类型高边坡或临湖侧等大面积超厚回填地基处理工程，也为类似项目提供参考。

6 结语

结合延安万达城文旅小镇实际应用情况，本技术对于湿陷性黄土超厚回填土方加固效果显著，可有效控制地基沉降，不仅施工速度快、质量好，确保如期完成，而且保证了地基承载力和地基稳定性，为后续其他施工工序的开展提供了较好的条件。