高真空击密法在某先填土软基处理工程中的应用

谢伟树，吴能森，张 岩，林鸿基，吴 磊(福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州 350108)

高真空击密法在某先填土软基处理工程中的应用

谢伟树，吴能森，张 岩，林鸿基，吴 磊
(福建农林大学 交通与土木工程学院，福建 福州 350108)

介绍高真空击密法在有多项条件约束的软基处理工程中的应用。该工程为某体育中心室外场地，在软基处理前，已完成地表填土和场馆主体工程建设。填土厚度不均，密实度较差，承载力偏低。要求强夯施工不能影响建筑主体的安全，也不能对建筑物的外装修造成损坏和严重污染。受节点工期和投资概算制约，地基处理工期紧、经费较少。经因地制宜合理设计，信息化精心施工，取得了较好的技术经济效果。

高真空击密法；软弱地基；预先填土；设计施工

高真空击密法是一种快速加固软土地基的新技术，它将排水固结和动力密实两种地基处理工法有机地结合在一起，达到扬长避短、优势互补的效果[1]。该工法在软土和吹填土地基中的试验研究表明：通过多遍的高真空降水，结合多遍适当的变能量击密，能够达到快速降低土层的含水量，提高密实度，使地基承载力、刚度满足使用要求[2]。

该工法的独特机理在诸多软土和吹填土地基处理工程应用中都取得了十分理想的技术经济效果[3-7]。连江县体育中心项目坐落在一个先行地表填土的深厚软土地基场地上，并且是在场馆主体工程建成后进行室外运动场和广场软基处理，不同于该工法以往应用的工程。此外，受节点工期和投资概算制约，地基处理工期紧、经费较少，约束条件多。

1 工程概况及特点

1.1 工程概况

1.1.1 项目场地与布局

连江县地处福建省东南沿海、闽江口北岸，该项目位于连江县江南新城江南路与含光路交叉口东南角，碧荷路北侧，北临南江滨路、湿地公园，总用地面积197 335 m2，总建筑面积66 685 m2，总投资约5亿元人民币。项目总体由一场两馆(体育场、综合馆和游泳馆)、二集中体校及室外运动场、休闲广场、道路及景观绿化等组成，建筑总占地面积47 079 m2，项目红线范围及建筑平面布局如图1所示。

图1 项目红线及建筑平面布局 图2 场地处理分区

1.1.2 地质地貌条件

根据该项目岩土工程勘察报告，建设场地地貌单元属海陆相交互沉积形成的河漫滩地貌，下伏基岩为燕山晚期花岗岩。原场地标高除少部分有河塘分布区域为2.5 m左右，其余区域标高在4.5～5.5 m，其土层自上而下分布：①粉质黏土：层厚0.60～3.90 m，含表层0.30～0.40 m耕植土；②淤泥：饱和，流塑状态，局部含少量粉砂，层厚10.90～26.30 m；③粉质黏土：含少许石英砂，部分可见个别碎石，层厚1.50～22.50 m；③-1淤泥质土：饱和，流塑状态，层厚2.10～12.30 m；④淤泥质土：饱和，流塑状态，含少量粉砂，层厚1.10～16.80 m；⑤粉质黏土：可塑状态，层厚1.40～9.00 m；⑤-1淤泥质土：饱和，流塑状态，局部夹少量粉砂，层厚1.00～5.30 m。可见，建设场地地貌大部分较平坦，地层以淤泥和淤泥质土分布为主，软土层厚度变化大。

1.2 工程特点

(1) 总平及竖向设计的场地标高为6.5～8.0 m(北高南低)，加上原场地土层承载力低，不能直接进场进行场馆施工，必须先进行场地填土，填土厚度3～6.5m，较不均匀。为赶工期，场地填土由当地工程队承包施工，技术力量偏弱，设备条件也较差，加上时间紧迫，填土施工质量较差，密实度普遍不足，承载力偏低。若不进行地基处理，填土本身以及深厚软土层在回填土荷载作用下，必然出现很大的工后沉降与不均匀沉降，造成室外运动场、休闲广场、道路铺面破坏。

(2) 该项目综合馆是2015年全国首届青运会比赛场馆之一，要求综合馆及其周边广场、景观绿化工程必须于2015年7月底前竣工交付使用，而场地软基处理经设计、招投标等程序后，2015年3月才能开始实施，因此要求场地地基处理必须在100 d内完成，工期紧迫。另外，由于当初项目概算时考虑不周，未计入该项费用，因此为控制超概，要求严格控制地基处理费用。

(3) 地基处理是在场馆主体及外装修工程完成后进行，要求地基处理施工不能影响建筑主体的安全，也不能对建筑物的外装修造成损坏和严重污染。

2 地基处理设计与施工

2.1 地基处理方法确定

根据该项目工程特点，场地具有较深厚的软土层和稍松散的填土层，地基处理深度大，要求地基处理工期短，造价省，而且地基处理施工不能对主体建筑产生不利影响。

对深厚软弱地基，高能强夯法和深层搅拌法或旋喷法均十分有效，但造价很高，且高能强夯法对邻近建筑物的影响很大，不能适用。排水板堆载预压或(及)真空预压方法适宜于该场地的饱和软土层，但对非饱和的填土层不适用，而且固结法工期较长，也无法满足该工程要求。

高真空击密法将排水固结和动力密实两种地基处理方法进行有机结合，能扬长避短、优势互补。排水固结法处理饱和软土层，并利用高真空加速排水固结，缩短工期；低能强夯法处理非饱和填土层，使之密实，形成硬壳层，同时夯击能又是饱和软土层排水固结的动荷载，具有耦合效应。低能强夯施工机具较简单，费用不高，且施工的振动影响较小，能较好地满足该项目的要求。

2.2 高真空击密法设计

2.2.1 设计指标确定

考虑到该项目的地基处理场地为室外运动场、休闲广场及人行道路，使用荷载及工后沉降等要求显著低于公路、市政道路及房屋地基，本着技术合理、经济节省的原则，并借鉴同类工程的实践经验[6-7]，确定本项目地基处理设计指标为：工后沉降不大于80 cm，处理深度范围内固结度不小于80%，处理后地表承载力特征值不小于100 kPa。

2.2.2 设计优化

本项目需处理的室外运动场、休闲广场及人行道路场地面积合计71 915 m2。首先，根据场地各个区域软土层、填土层厚度不均匀的实际情况，并考虑施工的便利和效率，将需处理场地划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域，如图2所示；根据各区域的特征地质参数，分别选取不同的排水板、真空管的长度和间距，夯击能、夯击次数及夯击点间距，按照地基处理设计指标要求，反复进行固结度、工后沉降等计算，不断优化，直至满足且最接近设计指标及费用控制目标为止[8]。经优化设计的各分区地基处理参数见表1。

此外，根据工程现场情况，软基处理区域Ⅲ区的强夯施工对综合馆、游泳馆及其南面的市政道路可能产生一定影响(图2黑色填充部分)。为最大限度降低强夯施工的影响，在距离综合馆、游泳馆及其南面的市政道路5m范围内，须设置防震沟，并通过适当降低单击夯击能，增加夯击数的方式进行夯击参数调整。夯击参数的调整通过现场试夯确定。

表1 各分区地基处理参数

2.3 施工工艺

首先，根据施工场地不平整、部分低洼处有积水情况，先进行积水排除和场地平整，并在一些松软区域填上30 cm碎石，以便插板机和夯机进场；依次进行塑料排水板和真空管插设，真空管系通过软管与PVC塑料管相连接，各路PVC塑料管的总管与真空泵连接；第三，轮番进行3次真空泵抽水、强夯击密施工，伴随进行信息化跟踪监测；整个场地的施工全部完成后，进行荷载板和静力触探监测。具体施工工艺主要流程见图3。

图3 施工工艺流程图

3 地基处理效果

在施工过程中，对包括塑料排水板排水、真空度、真空抽水、地表沉降、夯锤下沉量及夯击振动效应等进行了信息化跟踪检测，除综合馆部分外墙面受到少许溅泥污染外，其他均十分正常，顺利地按计划工期完成了任务。在整平满夯结束后28 d，按设计和规范要求分别进行了载荷板和静力触探检测，检测结果令人满意，完全达到了预期效果。

3.1 平板载荷检测

在3个试验区随机选取5个点分别进行表层土平板载荷试验检测[9]，其中Ⅰ区检测点K1#、K3#，Ⅱ区检测点K2#，Ⅲ区检测点K4#、K5#。方形载荷板边长b=1 m，最大加荷值取地基承载力设计值2倍，即200 kPa，分25 kPa、50 kPa、75 kPa、100 kPa、125 kPa、150 kPa、175 kPa、200 kPa共8级依次加荷，按常规慢速法测得各级荷载p作用下稳定沉降值s，从而得到p-s曲线见图4。

p-s曲线比较平缓，取载荷板沉降s=0.01b，即s=10 mm对应的压力值作为地基承载力特征值[10]，则代表Ⅰ区K1#、K3#检测点地基承载力特征值约为112 kPa，代表Ⅱ区K2#检测点地基承载力特征值约为130 kPa，代表Ⅲ区K4#、K5#检测点地基承载力特征值约为150 kPa。可见，经高真空击密地基处理后，表层土地地基承载力有了较大幅度提高，均满足设计要求。

图4 检测点p-s曲线

3.2 静力触探检测

随机分别在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区选取3个(J1#～J3#)、4个(J4#～J7#)、1个(J8#)共8个检测点，在地基处理前后进行静力触探检测[11]。采用单桥探头静力触探仪，测得10 m深度范围内比贯入阻力ps分布。

检测结果表明：经过高真空击密处理后的地基，加固作用比较明显，场地地面以下0～10 m的土体比贯入阻力ps均有所增大(如图5所示的J1#和J3#检测点)，特别是近地表4～5 m范围内土层的ps值成倍以上增大，使浅层土层变为硬壳层，达到了预期加固效果。

图5 处理前后各土层的ps值

4 结语

(1)连江县体育中心软基处理工程已经竣工交付使用近2 a，期间举办了包括全国青运会武术套路决赛等多项中大型体育赛事，经高真空击密法进行地基处理过的室外运动场、休闲广场及人行道路等，至今未出现明显沉降和铺装面层的开裂、损坏现象，取得了极好的技术经济效果。

(2)对于工期紧、造价控制严格的地基处理工程，有两个环节十分重要和关键，一是科学合理地研究制定地基处理设计指标，如本项目的室外运动场、休闲广场及人行道路等，其使用荷载较小，不能盲目套用建筑地基、公路和城市道路路基的设计指标，否则不仅造价高导致不必要浪费，而且工期长难以满足要求；二是应紧扣地基处理设计指标和费用控制目标，反复进行多方案的技术经济比较，不断优化，方能获得最佳的设计方案。

(3)只要地基处理设计科学合理，施工工艺得当，高真空击密法不仅适用于先行大面积填方的软土地基处理，而且适用于临近既有建筑和道路设施的软基处理施工。对表层土软弱的地基，先行填方不仅是软基的预压荷载，而且非饱和填土更易于强夯击密形成硬壳层，提高软基处理和填方压实的双重技术经济效果。

[1] 陶明训，徐光黎，杨军喜．高真空击密法在京唐港首钢码头地基处理中的应用[J]．安全与环境工程，2012，18(5):130-135．

[2] 刘成军，王浩．高真空击密法加固吹填软土地基试验研究[J]．水运工程，2016(4)：160-165．

[3] 钟三龙，赵红岗，马浩渊．高真空击密法在填海地质中的应用[J]．福建建设科技，2015(1)：64-66．

[4] 龚杰林．高真空击密法在吹填土地基处理上的应用[J]．公路交通科技(应用技术版)，2013(9)：123-125．

[5] 颜庆智，崔亮，江立群．高真空击密法加固吹填土地基试验研究[J]．建筑结构，2010(S2)：605-608．

[6] 余嘉勤．高真空击密法在铁路站场软土地基处理中的应用[J]．铁道勘察，2013，38(2)：24-27．

[7] 施有志，柴建峰，林树枝，等．高真空击密法在平潭综合实验区吹填软基处理效果评价[J]．工程地质学报，2017，25(1)：11-18．

[8] 中华人民共和国建设部．建筑地基处理技术规范：JGJ79-2012[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[9] 中华人民共和国建设部．复合地基技术规范：GB/T 50483-2012[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[10] 中华人民共和国建设部．建筑地基基础设计规范：GB50007-2011[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011.

[11] 中华人民共和国建设部．岩土工程勘察规范(2009年版)：GB50021-2001[S]．北京：中国建筑工业出版社，2009.

High vacuum compaction method in a soft foundation treatment of filled earth beforehand

XIE Wei-shu, WU Neng-sen, ZHANG Yan, LIN Hong-ji, WU Lei
(SchoolofTransportationandCivilEngineering，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，China)

An application case of high vacuum compaction method in soft foundation treatment was introduced, which is different from the previous similar projects with a number of constraints. The project was located in a sports center with constructed stadiums and earth fill beforehand, and the fill stratum was of uneven thickness, poor density and low bearing capacity. In addition, there were a number of constraint conditions as follows: dynamic compaction can't endanger the safety of stadiums and cause damage and serious pollution to the outside decoration; short construction time and low cost due to the interim completion date and the investment budget. After suit measures of reasonable design and construction were adopted to above constraints, excellent technical and economic effects have been achieved, which is of reference value for similar projects．

high vacuum densification method; soft foundation; earth fill beforehand; design and construction

2017-03-13

福建农林大学高水平大学建设重点项目(113-612014018)；福建农林大学创新(培育)团队建设项目 (Pytd12006)

谢伟树(1992—)，男，福建龙岩人，硕士研究生。

1674-7046(2017)02-0048-05

10.14140/j.cnki.hncjxb.2017.02.009

TU472

A