Question

软弱地基处理

Answer 1

一、软弱地基的种类和特点

深圳依山面海，特区范围内软弱地基主要有滨海滩涂地区的淤泥和淤泥质土，也包括冲洪积的松散砂层；另一类常遇到的是因场地平整形成的高填土地基。本节主要针对上述二类软弱地基的处理进行分析。

1.软土地基的特点

深圳软土主要分布在深圳湾、后海、前海以及宝安西乡至沙井沿海滩涂地区，至于湖、塘、河沟等处薄层淤泥和第三纪淤泥质土处理相对较简单，不作详细分析。深圳滨海软土厚度一般在几米至二十余米，深圳软土具有一般软土所共有的特性，如高含水量（最大可达90%以上），大孔隙比（最大可超过2.5），高压缩性（压缩模量一般小于2.0MPa）和低强度（不排水强度可低于4.0kPa）等。

随着填海规模的扩大，填海区域已从滩涂向浅海延伸，如深港西部通道、大铲岛集装箱码头和机场二期等填海工程，淤泥厚度可达二十余米，含水量可达120%，沉降比（沉降量与厚度之比）可达30%以上，地基处理的费用也在增加，围海造地成本从300元/m²至1000元/m²不等。由于地基处理措施不当或不进行处理所引起的地面沉降，造成地坪开裂，管道断裂或影响设备正常使用等损失也逐渐增加。因此，认识到软土地基沉降大可能带来的影响，采取积极有效的处理措施是很重要的。

2.填土地基的特点

填土地基在深圳广泛存在，尤其是港口填海区地基处理、采石坑回填等问题。常见的填料有坡残积土和开山石，厚度一般从几米到一二米，局部可达30m以上，也有个别填海区有吹填淤泥或砂（如宝安新中心区和大铲岛集装箱码头等），当然也有个别地方填有建筑垃圾、基坑开挖弃土和生活垃圾等，一般都是新近堆填的，未完成自重固结，未经处理不能作为建筑物地基，并将影响地坪道路和管线的正常使用。

填土地基由于填料差异很大，堆填时间不等，所以填土的物理力学指标很难确定。如果单纯由开山石堆填而成（如盐田港区），或单纯由坡残积土就近开挖回填平整而成（如一些建筑小区），则处理较简单也较容易把握其工程性质。如果是由各类弃土无序回填形成的场地，其物理力学性质很难把握，处理也很困难。目前对填土地基勘察时一般都未做原位测试和室内试验，有的报告仅对填料成分和性状进行定性描述。填土的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性，对有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，处理时尤应注意。

二、软弱地基处理方法分类

（一）软弱地基处理的目的和意义

建（构）筑物地基问题主要包括以下4个方面。

1）强度及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载，即会产生局部或整体剪切破坏。

2）压缩及不均匀沉降问题。当地基在上部结构的重量及外荷载作用下产生过大的变形会影响结构物的正常使用，特别是超过结构物所能容许的不均匀沉降时，结构物可能开裂破坏。

3）地基的渗漏量或水力比降超过结构物及地基的容许值时，会发生水量的流失以及潜蚀和管涌，有可能导致失败。

4）地震、机器以及车辆的振动和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别时砂土的液化和软土的震陷等危害。

据调查统计，世界上各种土木、水利、交通等类工程的事故中地基问题通常是主要原因。

（二）软弱地基处理方法分类

软弱地基处理的方法种类很多，每种方法各有独自的特色，其处理效果和适用条件也不尽相同，一种地基处理方法有可能会同时具有几种不同的作用，如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用。各种方法大多数单独使用，但有时也将几种方法组合应用。按地基处理的加固原理，软弱地基处理方法分类见表2-3-27。

表2-3-27 常用的地基处理方法分类表

（三）深圳地区常用的地基处理方法

1.排水固结法

排水固结法主要用于解决饱和软土地基的沉降和稳定问题，通过在软土中打设竖向排水井（砂井或塑料排水板等），在附加外荷载作用下，使土中的孔隙水被慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形，地基土的强度逐渐增长。

由于附加外荷载不同，排水固结法又分为堆载预压或超载预压、真空联合堆载预压以及堆载加强夯的动力排水固结法。

2.强夯法

由于深圳建设过程的场地平整时出现大量填土地基，强夯法是深圳最常见的地基处理方法。该法是用起重设备（常用履带式起重机）将100～400kN重锤从高处落下，反复多次夯击地面，将地基进行夯实。对非饱和砂性土，主要是动力压密过程，对饱和性黏土，还有排水固结作用。深圳地区也有将强夯法和预压法结合对软土进行动力排水固结法加固的工程实例，还有的道路和场坪工程将块石置换软土采用强夯置换法加固的项目。

3.水泥搅拌桩复合地基法

该法主要用于加固软土，将水泥和软土用机械强制拌合形成水泥土桩，利用水泥土桩与桩间土共同作用形成复合地基。该法可用于道路路基和轻型建筑物地基，该法在深圳地区得到较多的应用。

针对低强夯的粉质黏土、较松散的砂性土，也有采用旋喷桩和砂石桩复合地基的，近几年在岩溶地区也有采用低强度砼桩复合地基的工程实例。在道路路基加固工程中，还有采用预应力管桩复合地基的项目。

4.换土垫层法和托换技术

换土垫层法和托换技术在深圳地区也常适用。事实上许多地基处理技术在深圳都有应用的工程实例，不再一一列举。

三、软弱地基处理的主要方法和经验

（一）滨海淤泥的处理

针对深圳滨海淤泥地基，常用的处理方法是排水固结法，除个别场地（如大铲岛集装箱码头）采用真空预压外，一般大面积软土地基均采用堆载预压进行加固，例如福田保税区，皇岗口岸区，深圳湾填海区，前海与后海填海区等，针对上述填海区的城市道路网，除堆载预压处理外，也采用抛填挤淤结合强夯、搅拌桩复合地基、强夯块石墩等方法进行加固。以下介绍几个典型工程实例。

1.深圳机场场道软基排水固结试验

1988年3月，深圳机场筹建处召集专家研讨，确定场道区采用超载预压法加固，随后，铁道部科学研究院和浙江大学提交了详细的试验方案，经国家计委民航工程咨询公司认可和民航机场设计院同意后，深圳机场筹建处与铁道部科学研究院于1988年6月7日签订了试验承包合同。参与本次试验的包括铁道部科学研究院周镜院士、欧阳葆元、吴肖茗、张道宽等人，浙江大学曾国熙、潘秋元，铁道部四院朱梅生、郑尔康，铁道部二局张泽民、汪乃康等参加试验研究工作，周镜院士为项目总负责人。现场试验充分证明，堆载预压法对机场场道工程的软基处理是适宜的，试验成果虽然未被机场工程实际采用，但对深圳地区软基加固工程具有实用价值。

实验区加固前淤泥层主要物理性质指标的平均值为：含水量（w）为91%，孔隙比（e）为2.46，密度（p）为1.5g/cm³，C_c为0.628～0.757，C_v为（4.1～8.5）×10^-4cm²/s，C_h为（5.3～9.9）×10^-4cm²/s，采用袋装砂井作为竖向排水体，A区间距1.2m，B区为0.9m，砂垫层厚0.8m，要求固结度达到90%，填筑期3个月，淤泥厚4.6～9.5m，填土高度及预压土填高是按地面荷载加满12 t/m²施加，砂井长度分别为7.0m、9.5m和11.1m，满载预压时间A区三个半月，B区为一个月。经预压加固后，含水量降低21%～32%，孔隙比减少20%～31%，密度（p）增大4.1%～7.9%。B区含水量加固后降至62%，孔隙比降至1.7，十字板强度由预压前的2.13kPa提高到12.43kPa，三轴不固结不排水强度由4.5kPa提高到26.0kPa，静力触探比贯入阻力由7.0kPa提高到53.0kPa。软土地基在12t/m²荷载作用下，满载预压2个月，完成的沉降量约130cm，平均固结度大于90%，加固效果较好。

2.福田保税区软基处理工程

福田保税区占地超过1.0km²，原是滨海滩涂地带，后开辟成鱼塘，淤泥层厚度2.0～18.0m，由南往北逐渐变厚，含水量平均值为61.1%，孔隙比为1.674，密度为1.63g/cm³，压缩模量（E_s）为156M Pa。采用插塑料板堆载预压法加固，平均填土厚度约4.0m，超载填土厚度1.5～2.0m，以第3标段为例，淤泥厚度为10～17m，预压荷载85.1～92.5kPa，实测沉降量1.015～2.295m，满载预压180天后，固结度大于90%，剩余沉降量小于75 m m，淤泥的物理力学性质有了很大的改善，其强度提高一倍，处理效果显著。

3.深港西部通道软基处理

场地位于深圳后海片区浅海区域，面积约1.5km²，海水深为2.67～5.61m，海底高程为-1.02m至-6.28m，淤泥厚度5～24m，平均厚10m，淤泥下面为冲积砂砾土，黏性土或花岗岩残积土。采用插塑料板堆载预压法处理，填土交工面高程为4.0m，对于淤泥厚度平均为15m的场区，总填土高度约12m，计算平均附加压力220kPa，排水板间距0.9～1.0m，满载时间约一年，实测沉降大于3.0m。淤泥含水量从加固前的91%（平均值）降至55%，孔隙比从2.46降至1.49左右，压缩模量从1.77M Pa增至1.93M Pa，加固效果明显。

4.后海填海及软基处理工程

场地位于沙河西路以西，后海滨路以东，滨海大道以南，望海路以北，深港西部通道西北侧约43km²的区域。整个场地水深一般2～3m，最深约3.8m，淤泥厚度大部分区域为8～10m，局部可达12m。场地采用堆载预压法处理，填土高程与西部通道相同，插板间距为1.0～1.1m，填筑（包括排水系统设置等）施工期约6个月，超载预压6个月，实测场地沉降为2.0m，淤泥含水量平均值从86%降为65%，孔隙比从2.4降为1.65，压缩模量从1.7M Pa增至2.0M Pa，加固效果明显。

5.宝安新中心区裕安路路基动力排水固结法加固

场地原始地貌为滨海滩涂，道路宽70m，此次处理长度1400m，淤泥厚度4.0～8.0m，经表层清理后铺设1.0m厚砂垫层，按1.2m×1.2m间距打设塑料排水板，按50m间距设置盲沟和集水井，第一层填土厚约2.0m，然后采用1500～2000kN·m夯击能按4.0m×8.0m点距强夯6遍，每点夯3～5击，每遍间隔时间大于10d。再填第二层土厚约1.8m，采用2500～3000kN·m夯击能再夯6遍，每点夯5～8击。地基加固后检测结果表明，淤泥含水量从75%降至59%，孔隙比从2.08降至1.64，液性指数由1.68降至1.18，即淤泥由流塑状变为接近软塑状。根据加固前后静力触探和十字板剪切实验结果表明，比贯入阻力（P_s）由加固前的130kPa提高到330kPa，提高3.25倍；十字板不排水强度（C_u）由加固前的8.58kPa提高至21.0kPa，提高了2.4倍。道路建成后经4年零7个月实际观测，工后沉降为3.4～7.7cm，平均4.78cm，远小于设计要求的工后沉降15cm，加固效果非常理想。

该法又称动、静荷载联合排水固结法，通过插排水板提高淤泥排水固结效果，通过回填土堆载预压和反复多遍强夯使淤泥在循环外荷载作用下加速排水固结进程，实践证明该法在淤泥厚度不大（4.0～7.0m）且上覆一定厚度填土（3.0～4.0m）时，加固效果明显，适用于深圳滨海滩涂地区道路和场坪工程，若将该法应用于建筑地基时，需研究工后沉降对建筑物的影响。该法在皇岗口岸住宅小区（现叫皇御苑小区）、西部通道填海工程第二标段实验区和珠海、海南等项目中应用，效果良好，并列入广东省地基处理技术规范中。

6.深圳机场停机坪强夯置换项目

该项目原始地貌为滨海滩涂，淤泥厚度3.0～8.0m，局部最厚处约10m，占地面积约29×10⁴m²，设计采用强夯置换方案。首先在淤泥层表面铺2.0～3.0m厚块石，以3000kN·m夯击能每点夯20击，分成若干阵击，每阵击间用挖掘机对夯坑喂料，要求累计夯沉量大于淤泥厚度的1.5倍，置换锤直径（Φ）1.5m，高2.5m，重180～220kN。夯后实际效果表明，当淤泥厚度较小时加固效果较好，但淤泥层厚度较大时工后沉降量大于设计要求，停机坪局部下沉、开裂和积水。该法在深圳湾填海区白石洲路等工程得到推广应用，并以“强夯置换法”列入深圳市标准《深圳地区地基处理技术规范》。

7.深圳湾滨海休闲带C段岸线整理及软基处理工程

该项目大部分原始地貌为滨海平原淤泥区，小部分为已填区。处理面积39.43×10⁴m²。

对于水深较浅，深1～2.5m，淤泥厚度6～13m，根据淤泥厚度不同，采用不同能量（6000 kN·m和8000kN·m）抛石强夯形成岸堤及隔堤，场地内采用堆载预压形成陆域并进行软基处理。岸堤采用8000kN·m夯击能，隔堤采用6000kN·m夯击能。强夯点夯夯锤必须采用锤径1.2～1.6m异形锤；起夯面高程+2.0m；岸堤、隔堤先夯中间，后夯两边。检测结果表明：8000kN·m堤底标高达到-9m至-11m；6000kN·m堤底标高达到-6m至-8m，均达到设计要求。

西部通道跨海大桥桥墩附近水深2.5～4.5m，淤泥厚度10～16m，不能采用抛石强夯工艺，采用铺填砂被出水面，在形成的工作面上施工水泥搅拌桩进行软基处理。砂被充填袋采用高强度编织型土工织物制作，砂被充填砂料可采用中细砂或细砂，含泥量不大于10%。砂被铺填层数为8～10层。两层袋体的充填时间间隔应大于7d或根据监测结果确定。施工期间不得在已做好的砂被上随意堆载砂石料。砂被的袋体之间不得夹有淤泥。砂被施工完成后，形成了安全稳定的出水工作面，为水泥搅拌桩的施工创造了良好的条件。为滨海公园休闲带亲水岸线的形成创造了良好的条件。

（二）高填土地基处理

针对深圳地区大面积填土地基，常用的处理方法就是强夯加固，强夯法地基处理在深圳得到广泛应用也积累了丰富的工程经验。实践证明，强夯法不仅工期快、费用低，而且加固效果好，缺点是振动和噪音对邻近建筑物和居民有影响。如果场地空旷，对填土地基应优先选用强夯法加固。以下介绍几个典型工程实例：

1.深圳盐田港二期码头场坪

盐田港二期码头是围海造地形成的，回填料以微风化花岗岩开山石为主，填石厚度从几米到二十几米，平均厚度约15m，面积约30余万平方米，采用强夯加固，单击夯击能8000kN·m，每点夯12～15击，夯点间距4.0m×4.0m，夯后做3.0m×3.0m大压板载荷试验，地基承载力大于200kPa，变形模量（E_o）大于等于20M Pa，加固效果显著，能满足港区集装箱堆场和码头使用要求。

在妈湾港、赤湾港和蛇口港的港区大面积深厚填土地基一般都采用了强夯法进行加固，其中蛇口港有的区域填土厚小于4.0m，下卧淤泥厚度大于5.0m时，采用了振动插板堆载预压法加固。

2.恒丰工业城厂房地基强夯加固

恒丰工业城有数十栋6层标准轻工业厂房，有一部分分层挖方区，大部分为填土区，原始地貌为剥蚀残丘地带，回填料为就近开挖的坡残积土，填土厚从几米到十几米。该项目是20世纪90年代初期施工的，属深圳早期强夯工程，受设备和技术水平的影响，当时采用的强夯夯击能较小，单击夯击能为1500～3000kN·m，考虑到同一栋厂房一端处于挖方区而另一端处于填方区，地基不均匀沉降问题较突出，强夯设计时对填土较厚区域采用了换填块石加柱下条形基础重点强夯的方法，加固效果明显，该片工业区建成十几年未发现因地基问题而开裂现象。强夯法在深圳许多工业厂房小区、多层住宅小区和道路、场坪等项目中得到了广泛的应用。

3.华为龙岗坂田基地

整个项目占地面积达1.3km²，原始地貌为剥蚀残丘地带，经挖填平整后，约60×10⁴m²为填土地基，填料以花岗残积砾质黏土为主，最大填土厚度为18 m。按场地功能分为生产中心，机加中心、行政中心、科研中心、培训中心和单身公寓等地块进行强夯加固，夯击能按填土厚度从1500～6000 kN·m不等。夯后经标贯和压板试验，标贯击数平均值小于10击，地基承载力大于200kPa，变形模量大于12M Pa。以华为培训中心为例，回填土为就近开挖的坡残积土，填土厚度小于5.0m时采用2000kN·m夯击能，填土厚度在5.0～8.0m时采用4000kN·m夯击能，填土厚度在8.0～12.0m时采用6000kN·m夯击能。夯后进行标贯试验137次，范围值8.1～18.4击，算术平均值为11.0击，压实系数为0.86～0.99，平均值0.91。压板试验共做10个点，采用1.0m×1.0m方形板，最大沉降量12.29～45.28mm，设计荷载时对应沉降量4.46～12.96mm，承载力大于200kPa，变形模量在12.7～38.6M Pa，加固效果良好。

4.疾病控制中心迁建项目

场地为废弃的深云采石场，回填区占地面积3万多平方米，拟建5～6层医学用建筑，要求地基承载力（f_k）为200kPa，变形模量（E_o）大于等于40M Pa。填料主要是块石、碎石和石渣等，平均填石厚度约15m，最厚处达20m。设计采用分层强夯，单击夯击能采用5000kN·m，每点夯8～12击，再回填7.0m至设计地平面高程，采用3000kN·m夯击能进行强夯，每点夯6～8击，夯后经3.0m×3.0m大压板载荷试验10个点，试验结果见表2-3-28，强夯加固效果良好，完全满足设计要求。

表2-3-28 疾病控制中心迁建项目大压板载荷试验结果汇总表

续表