软弱地基综合处理施工技术

陈 凡

(中铁十四局集团隧道工程有限公司，山东 济南 250000)

软弱土具有高压缩性、低渗透性、抗剪强度较低、显著的流变性和结构性等工程特性，主要包括淤泥、淤泥质土、部分充填土和杂填土等[1]。在上部结构荷载作用下，极易发生土体剪切破坏与不均匀沉降等不良现象，最终会引起建筑塌陷，因此软弱土地基不利于建筑施工，在实际工程中需要对其进行加固处理。本文以深圳地铁8号线望基湖停车场中采用的软弱土地基处理施工技术为例，介绍了关于不同软弱土地基加固处理的一些施工技术措施。

1 概述

1.1 工程概况

深圳市地铁8号线的望基湖停车场拟选址于梧桐山山区内，如图1所示，在深圳外国语学校的西南侧，东邻盐田区高速路。整个选址地块三面环山，中部山谷为一二级水库，即望基湖水库，水库集雨面积约1.5 km2，库容11.03万m3。拟建的停车场在结构施工前需对原来的望基湖水库进行拆除，并且填土至设计场坪标高。建成后的望基湖停车场总占地面积为21.3万m2，总建筑面积为8.4万m2，设停车列检28列位、双周/三月检2列位、临修1列位，为深圳地铁2号、8号线车辆的停靠、检修及物资保障提供场所。

1.2 水文地质及气候条件

根据地下水赋存介质的类型，其主要可分成三种类型：第一种为上层滞水，一般在第四系人工填土层中较为常见。第二种为孔隙潜水，主要存在于第四系上更新统冲洪积卵石层、残积砂质黏性土及粉质黏土层中；第三种为基岩裂隙水和构造裂隙水，主要存在于基岩强、中等风化带和断裂构造带中。含水层的富水性与基岩裂隙贯通程度、发育程度、胶结程度和地表水源的连通性有关。构造裂隙水和基岩裂隙水局部呈现出微承压性，原因是地层岩性分布不均、岩层透水性和富水性的差异性。

深圳市地处亚热带季风气候区，光照时间长，有着充足的热量和雨量。深圳市的气候和降水受冬、夏季风影响，季节变化较大，一般冬季温和，夏季多雨湿热，雨热同季，干凉同期，且冷暖季和干湿季区分明显，但是也有较多的灾害性天气，比如台风、寒潮等。

2 地基处理总体原则

望基湖水库的原地形地貌过于复杂，人工填土、杂填土、填碎石土地段、粉质黏土、残积土和淤泥等分布在不同区域，因此场坪天然地基不满足承载力与沉降要求，尤其是库区内外有碴轨道与无碴轨道过渡地段，需采用合理的地基处理方法对场区进行处理加固。结合场地工程地质情况及设计要求，选用水泥土挤密桩、预应力管桩及强夯三种工法对停车场多个分区进行地基加固处理。

3 施工准备

施工前对场地范围内的地下构造物和管线的位置、标高进行了查明，且进行相应的迁改，对没有迁改而施工中有可能对其造成影响的需注意加强施工防护，邻近建筑物有防震要求的需采取相应保护措施。

施工前先将场地整平，流向施工区的水源进行截断，并且设置截排水沟，保证施工期间作业工作面排水顺畅，不积水。

为了使挤密效果和地基承载力等符合规范设计要求，在施工前应开展成孔、夯填工艺、挤密效果试验，对分层填料厚度、夯击次数、含水率、夯实后的干密度施工工艺参数进行确定[2]。

冲扩素混凝土桩施工前进行室内配合比试验。

强夯施工前平整场地，移挖作填，填高不大于1.5 m。检验强夯设计参数的合理性，根据规范的要求和规定，在正式施工之前选择有代表性地层的场区进行试夯，面积应不小于100 m2。

4 地基处理方法及工艺流程

4.1 水泥土挤密桩

4.1.1 设计参数及工艺流程

本工程水泥土挤密桩采用1.5 m×1.5 m桩间距正三角形布置，桩径0.6 m，桩长5.0 m～16.0 m不等。水泥挤密桩施工图如图2所示，选用水泥土混合料作为桩身材料，采用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥掺入比宜为3%～5%(质量比)。桩顶设0.3 m厚中粗砂加卵砾石垫层，水泥土挤密桩处理完成后，场坪交工面的平板载荷试验值不小于120 kPa。

4.1.2 成孔工艺

挤密桩施工工艺流程图如图3所示，采用振动沉管成孔工艺，每个区域按照“由外向内、隔排隔行、间隔跳打”的施工原则进行施工。沉管机进场后，将沉管的尖端对准桩位处，调整扩桩机架，使桩管与地面保持垂直。桩管的垂直度用线锤吊线进行检查，其垂直度偏差应小于1.5%。对于坚硬均匀的土层，一次成孔即可至设计深度。针对含水率较高的地基，拔出管桩后，经常会发生孔径收缩的现象，造成深度或孔径过小。对于深度过小的桩孔，为了确保孔径和深度，可采用超深成孔的方式。拔管速度对施工效果影响很大，应对其进行控制，且拔管前应停顿大约10 s后方可进行。振动成孔工艺完成后应该对桩孔的垂直度、中心位移、孔深、孔径进行检查，四项内容符合设计要求后才能进行下一步施工。

4.1.3 水泥土配置及夯填

水泥土搅拌采用场拌的方式，对各种用料进行精确计量，且用料配合比符合设计要求。水泥土和混合料的外观及颜色均匀一致。采用运输车覆盖运输。按照水泥土的回填要求，已拌制好的水泥土超过6 h后不能继续使用，应该随拌随用，且被雨水浸泡后的水泥土应作废处理，严禁投入工程使用。桩身材料可取山皮土、建筑垃圾、水泥土块、强风化(块状)岩石等作为孔内填料。

根据试桩结果确定锤重、标准落距等最优施工参数。挤密桩现场施工图如图4所示，挤密桩成孔达到预定深度后开始填料，单桩填料量不小于理论值的1.2倍，每次填料量不大于0.15 m3～0.20 m3。填料后以重锤大能量夯击2次，第三次以标准落距下贯入度不大于20 cm为控制指标，当距离地面2 m时，重锤落距2 m～4 m，单击贯入度以不大于10 cm为控制指标。在水泥土填充夯实过程中，施工保持连续进行，各个桩孔应分层填充进行夯实。水泥土挤密桩处理完成后，采用重型压路机碾压6遍，整平场地，进行承载力试验。

4.1.4 适用条件及优缺点分析

水泥土挤密桩法适用性极广，一般情况下适用于：地下水位以上的地基，饱和度不大于65%且水的质量分数不大于24%的地基土，欠密实的素填土、杂填土、粉质黏土和湿陷性黄土等。水泥土挤密桩法的优点是原位处理、深层压实、以土治土，具有良好的社会效益和经济效益；缺点是当地基土的含水量过大或者过小时挤密效果比较差，此外水泥土挤密桩处理土层的最大厚度一般不宜超过15 m，超过此深度由于施工机械比较庞大，所以降低了施工速度与工作效率，处理成本及费用也会增加。望基湖停车场部分远离水库回填区域，地下水位较深，地基土含水率适中，使用该方法处理后地基土强度得到了有效的提高。

4.2 预应力管桩

4.2.1 设计参数及工艺流程

本工程采用PHC-AB-400(95)型预应力高强混凝土管桩，强度等级C80，抗渗等级不低于P10。混凝土管桩采用正方形布置的方式，设计桩径为400 mm，桩与桩间距1.6 m。桩顶设置强度等级为C30的桩帽，尺寸大小为100 cm×100 cm×30 cm，且回填碎石褥垫层。管桩施工工艺流程图见图5。

4.2.2 机械选型及压桩顺序

按照管桩极限承载力的1.2倍～1.5倍对静压桩机进行选型，本工程拟采用700型抱压式静压桩机，压桩速度为1.8 m/min，由于在夹桩时需保证较小的桩身侧应力和便于控制桩的垂直度，桩机的夹具选择长夹具。预应力管桩工艺流程图如图5所示，选用10 m和12 m的送桩杆。一般情况下根据压桩机的型号和送桩长度确定送桩杆的长度，但实际施工中应考虑有超深送桩，因而送桩杆的长度在理论长度基础上加3 m。

压桩顺序上要考虑压桩时的挤土效应，采取由中部向外间隔逐排的压桩方法。预应力管桩的现场施工图如图6所示，为了防止出现挤桩和地面隆起等现象，在相邻桩施工一定时间后孔隙水压力耗散后方可进行第二次隔桩跳压。而对于靠近既有建筑物的场地，应从远离建筑物的一侧开始施工，避免对既有建筑物产生影响。当桩基深度不一时，应遵循先深后浅，先大后小的原则进行施工；在施工时应该考虑经济合理、运桩、喂桩方便，应尽量避免桩基的多次行走，这样极易引起地面土层的扰动，从而造成地面沉陷。

4.2.3 管桩的验收及吊运

管桩进场后，对其外观、桩径、桩长、壁厚、桩身弯曲度、桩身强度及桩身材料标识等进行验收，使管桩的质量和规格等必须符合规范设计要求。预制的管桩在运输前必须达到设计强度。管桩堆放支垫点应在吊点处设置枕木，且堆放叠层数应小于3层；不超出2层时，可以采用拖拉的方式取桩，桩的拖地端用弹性材料进行保护。当堆放叠层数超出2层时，改用吊机进行取桩，不能拖拉取桩[3]。

4.2.4 压桩

压桩的速度根据地层岩性情况进行选择，一般在2.0 m/min～3.0 m/min适合[4]。第一节桩应尽量保持垂直，垂直度偏差不得超过桩长的0.5%，打入前，为了便于在施工中观测压桩记录，应在桩架或侧面上设立标尺。在压桩稳定过程中，极易出现管桩倾斜的现象，应及时进行纠偏。当最终桩的压力峰值符合设计要求或桩的端部已达到持力层时，应立即进行复压。复压的次数与桩长有关，桩长大于23 m的桩应复压2次，桩长介于15 m和23 m之间的应复压3次；桩介于8 m和15 m的应复压4次，桩长介于6 m和8 m的应复压5次。每次桩的复压时间不宜超出10 s，压桩每入土1 m，其对应的压力值应详细记录，并且观测桩的沉降量，其最终的总沉降量不能超过25 mm。

4.2.5 接桩、送桩与截桩

在进行压桩过程中，首节桩的桩头压至其超出地面0.5 m～1.0 m即可进行接桩。接桩前应先清理上下端头板上的污泥及浮锈，然后下放管桩进行焊接。桩之间接头的焊缝应大于两层，焊缝须饱满，且相邻层焊缝的接头应错开，不能存在夹渣或气孔等缺陷。焊接完成后需要冷却8 min，且需涂刷一层沥青进行防腐，硬化后可继续压桩。本工程采用专制钢质送桩器送桩，不得将工程桩用作送桩器，送桩的中心线应与桩身吻合一致，才能进行送桩。当桩顶不平时，用麻袋或厚纸等进行垫平。送桩结束后会留下桩孔，应对桩孔进行回填使其密实。由于地层原因导致桩施工不到位而需要截桩时，必须采用锯桩机进行截桩，严禁使用大锤硬砸。

4.2.6 成桩验收及检测

当桩的贯入度达到设计要求或桩端进入持力层达到设计标高时，可以进行中间验收，一般以“高程控制为主、贯入度为辅”的原则进行控制。压桩完成后对桩身完整性进行质量检测，同时对单桩竖向抗压极限承载力进行检测，使其符合规范要求。单桩承载力的检测时间应在10 d～20 d内，因为管桩施工完成后，需要7 d以上的嵌固期来使其单桩的承载力达到设计强度要求[5]。

4.2.7 适用条件及优缺点分析

常规的地基处理方式在土层情况复杂的软土地基中成桩难度大，且也难以保证其成桩质量。而对于埋深大于15 m的深厚、复杂地基，采用预应力管桩这种加固方式对软土地基进行加固依旧适用。预应力管桩施工只需预成孔，不需养护，因此成桩质量不受地层岩性及地下水位的影响。预应力管桩的施工可充分发挥出桩体强度，有效保证其地基加固的效果，且加固后路基沉降稳定快，最终变形很小。施工过程中采用静压法施工，无废弃物排放，噪声小，对环境影响小。预应力管桩的桩体具有较高的强度，抗弯、抗压性能极好，单桩承载力很高，一般可达1 000 kN以上，工后沉降较小，在可控范围内[6]。结合停车场原始地貌特征、土体性质及现场施工条件，局部区域使用预应力管桩进行地基处理，加固效果较为显著。

4.3 强夯

4.3.1 设计参数及工艺流程

望基湖停车场局部区域回填深度较浅，下部为原状土地层承载力较好，但表层回填土的承载力亦需改善。采用强夯的方法进行地基加固，将起重机的重锤从高处落下对地面进行夯击，使软土地基变得较为密实，从而可以大幅度提升地基承载力。强夯工艺流程图如图7所示，强夯夯点采用梅花状布置，点与点间隔2.15 m，夯击能大小为1 500 kN·m。面夯夯击两遍，每点连续夯2击。

4.3.2 试夯

依据规范要求的强夯收锤标准，选取一组或多组夯击试验参数进行试夯。在最后一遍夯击完成7 d后再进行原位测试，并与夯击前的测试数据对比分析，按设计要求对夯击加固效果进行判定。当夯实效果不理想时，应对施工参数进行相应调整再次进行强夯试验。通过对比前后两次强夯的试验结果，确定最优的技术参数进行正式施工。

4.3.3 减少对周围环境的影响

在强夯施工过程中产生的强大冲击力会使地层发生强烈地振动，这种振动会严重影响周围建筑物和环境。强夯施工现场图如图8所示，在强夯施工时，需要根据周边建筑物和环境情况，施工前设置防振沟。防振沟的宽度应大于1 m，且深度应超出建筑物的基础埋深[7]。此外强夯施工过程中需有专人统一指挥，且指挥信号清晰、明确，周围设置明显的警示标志和隔离标志，并且现场安排人员进行巡查，严禁闲杂人员进入强夯施工区域。

4.3.4 夯击

施工场地已进行土方回填及整平，大部分场地地形相对平坦。设置好夯点以后，可直接对其进行测量、放线和定位。强夯需分段有序地施工，且力度要根据回填厚度适当调整。强夯的施工顺序为从地基边缘向地基中间位置，强夯的各个部位强夯完成后，一般使用推土机对其进行回填平整处理，然后再布置其他的强夯点，直至达到规范要求的强夯标准。进行强夯施工时，夯锤落地时应保持平稳，同时夯击点位置保持准确无误，避免出现漏夯现象。各个强夯点的夯击数和每次夯击的沉降量应根据设计要求进行检查。

4.3.5 适用条件及优缺点分析

强夯法地基处理方式适用性极广，适用于砂土、碎石土、饱和度较低的粉土和黏性土等地基，并且对软土地基加固效果好，另外对比其他地基处理方式还有着成本低、工期短和施工设备要求简单的优点；但是也存在很大不足，强夯过程中产生的冲击波，会围绕夯击点为中心向四周扩散，不仅对人的生理和心理造成创伤，而且对周边建筑物和环境影响极大，严重时会使建筑物破损[8]。望基湖停车场地处梧桐山区，临近周边无建筑物与居民区，此方法对于处理浅层回填的黏性土地基加固处理较为实用。

5 结语

通过以上三种施工技术方法对望基湖停车场软弱土地基进行处理，土基承载力得到了较大的提升，达到了设计及规范要求。避免了地基土在荷载作用下发生剪切破坏或丧失稳定性的情况。为后续停车场主体结构施工提供了有力的保障。三种地基处理方法同时也各具优势及劣势，施工中要根据工程实际情况及诸多因素进行综合比选。以上是对软弱土地基处理施工技术方法的一些经验与总结，希望能给相关行业建设者提供借鉴。