未來科技城國際教育園項目 幼兒園地塊軟基處理方案

一、場地基本狀況
1.1擬建的未來科技城國際教育園區項目，位于杭州市余杭區中泰街道南湖景區，項目規劃用地面積為117944平方米（約176.9畝），總建筑面積約為87105平方米。場地西南角擬建幼兒園，建筑物約1~2層。現幼兒園區塊地基主要為淤填土，主要成分為建筑泥漿，放置時間約5~6年，泥漿深度約為7～10m，面積約25600m。
1.2填土區泥漿呈流塑狀，長滿蘆葦，土質極軟，承載力基本為0，含水量很高，顆粒極細，不能直接上人和設備。
 
場地現狀圖
本次淤填土區地基處理主要針對泥漿層及3層淤泥質粘土層。
1.3施工平面布置
 
二、軟基處理工程條件
2.1擬處理地層
根據浙江中材工程勘測設計有限公司2015年10月提供的本項目的巖土工程詳勘報告，應予以處理的軟土地層為④粘土以上的地層，處理的厚底為10.1~14.1米。擬處理的各土層狀況如下。①雜填土：雜色、松散、濕。成分以粘性土為主，含碎石磚塊，揭露厚度1.1~5.3m，西側厚度大。①淤填土（塘泥）：灰、灰黑色、飽和，流塑~軟塑，由原狀魚塘淤泥與外來排放施工泥漿組成，巖性相變大。本場地普遍存在，揭露或可見厚度1.2~6.3m，相鄰孔的最大厚度差為4.9m，層頂坡度達19.2%。粒度成份以粉性粘粒為主，滲透系數為7.6×10cm/s，Es為2.14MPa，為極高壓縮性、極低滲透性軟土。本地塊因僅北側、西側有10個鉆孔，大多范圍的層后及物理學性質不祥。
②粉質粘土：為原狀沉積土，灰黃色、飽和，軟可塑狀，揭露厚度1.1~3.9m，一般為1.2~1.4m，層厚較小。W：35.7%，e：1.030，E:4.58Mpa。fak：120kPa。
③淤泥質粘土：灰色，飽和，流塑狀，局部夾層粉土。揭露厚度0~4.9m，厚度變化較大。W：49.3%，e：1.386，Ip：18.3，E：3.11MPa，fak:70kPa,屬高壓縮性粘土。
擬處理地層為極高壓縮性的①層和高壓縮性的③層及雜填土，處理深度為10.1~14.1m。
2.2水文地質條件
地表水：場地北側的地表水溝深度不詳，寬度大于15m；東側有人工開挖的水坑，其深度大于2m，降雨時地表水從南側流于水坑中。
地下水：雜填土中有受降雨補給的上層滯水，表層蘆葦根系土層中有孔隙潛水，使①層淤填土的含水量高而甚稀軟。淺表地下水從淤填土面滲出向水坑排泄。
2.3地面地形與地貌條件
由于人工堆填和開挖，導致地表高差大，東、北地面低，南側高。因地面稀軟和蘆葦叢生，地面高程不明。
三．地基處理工程條件分析
3.1地基處理前準備工程量大
1）清表與平整工程量大：具體為大量蘆葦割除，葦根清除，場地高度差的地表平整。
2）平整場地后的1/1000高程測量。
3）應進行按詳勘要求的建筑場地補充勘察和按初勘要求的道路場坪勘察。
3.2建筑物類型為嚴要求的沉降敏感型幼兒園
由于①淤填土為巖性變異較大的魚塘淤泥和施工排放淤泥，含水量高，強度極低，滲透性極差和厚度變化大，表現出強烈的非均質性，為確保幼兒園使用期的地基絕對安全，消除場地的不均勻沉降和使工后沉降達到極小，所選用的地基處理方法應與之相適應，盡可能穩妥。
3.3建筑場地沉降初步分析
根據勘察報告提供的北、西側10個鉆孔剖面與全場地的①、②、③層土的物理力學性質，以及現場踏勘了解的情況，以2層建筑物的使用荷載50kPa，設計地面標高+9.8m為條件，采用分層總和法對10個鉆孔進行了主固結沉降評估，計算結果見下表一（僅考慮現有10個鉆孔主固結沉降量表）：
表一

孔號	Z169	Z170	Z166	Z165	Z162	Z173	Z174	Z171	Z167	Z163	平均	最大差	相鄰點最大差
沉降mm	574	330	348	369	228	517	327	281	264	378	361	346	244

 
計算結果僅代表既有鉆孔情況，更詳盡的數據有待補充勘察后方可得出。表中數據表明，固結沉降量平均不太大，為361mm，但差異沉降量大，達到346mm，相鄰點的不均勻沉降量有244mm，差異沉降率達到10‰，屬于明顯的不均勻沉降場地。
3.4地基處理的要點與難點
3.4.1地基處理要點
鑒于上述分析，本場地軟土地基處理的要點為：通過排水固結施工達到地表承載力滿足下步機械施工的要求，使fak≥70kPa；基本消除軟土的主固結沉降量和不均勻沉降量，建筑物區的施工沉降量達到平均340mm以上，差異沉降率達到≤3‰。
3.4.2地基處理難點
前述分析說明，本場地的軟基處理難點在于：
1）因現有場地均為極軟淤泥，上生長蘆葦、柳樹等植物，應對耕植土進行清理，要解決如何清表、具備輕型機械進場施工的能力;
2）使用要求不同，需依使用要求和補充勘察資料，在進行精確使用分區的基礎上實行差異式處理方法與參數設計、施工；
3）地標高盡管標高差較大，但總體平均標高要高出設計地面標高9.8m約1.0m厚度，有近2萬多立方米流塑狀土體挖卸外運；
4）淤填土滲透性極差，短時間難于完成排水固結，而且該層的現有承載力太低，要將其提高到70kPa以上，必須有較長的處理時間或施加較高的預壓荷載，采用等載的預壓方式工期會很長。
四．地基處理方案
4.1地基處理方案比選

處理方法	優點	缺點	可用性
固化劑法	方案成熟，處理深度大，后期沉降小	工期較不好控制，操作不安全，成本太高	不宜
堆載預壓法	方法成熟，處理深度大，工后沉降小，成本較低	工期很長（180天），需要6m以上厚度堆載填土堆卸，消除差異沉降較難，表層剛度低	不宜
真空預壓法	方法成熟，處理深度大，工后沉降小，無需堆卸填土	工期較長（預壓時間約140天） ，對①雜填土要打密封墻，預壓荷載較低，成本較低	宜用于非建筑物地段
短程超載真空預壓動力排水固結聯合法	預壓荷載高、工期短（預壓時間60~80天）、處理深度大，工后沉降下、表層強度高，可克服差異沉降	專利技術，工期較短，過程控制嚴、成本較高、要用1.5m厚堆載填土及動力固結	適用于建筑物地段

 
4.2專利技術簡介
4.2.1“快速消除不均勻沉降的軟地基處理方法”（專利號ZL200610097705.5）（專利一）：
這是一種基于以統一的工后沉降量為標準，通過不同使用要求下的主固結沉降量精確計算，將擬處理的軟土場地劃分施工區域，以不同的處理方法和施工差數對各施工區進行控制，使之達到各區的施工沉降量不同，但工后沉降量相同或滿足設計要求。該技術可在施工過程中解決場地的工后差異沉降的難題。
4.2.2“短程超載真空預壓動力排水固結聯合法”（專利號ZL200610097704.0）（專利二）：
本專利是靜動排水固結法的耦合技術。利用軟土在真空負壓作用下有效應力逐漸提高但固結沉降速率相應不斷下降的規律，當沉降速率下降到某一數值時增加堆載填土靜力荷載形成靜力疊加的超載預壓，使軟土的排水固結速率加快；隨著軟土的有效應力的進一步提高，超載下的固結沉降速率亦隨之衰減，此時在堆載填土上施加適當能量的動力荷載，對軟土形成靜動疊加的高超荷載預壓，促使軟土的固結速率加快。通過對軟土施加等載→超載→高超載的排水固結過程，促使擬處理的厚層軟土在較短時間內以較快的沉降速率快速完成排水固結。具有處理深度大，施工沉降大，工期短，工后沉降量小，表層剛度和承載力高的優點。
4.2.3類似工程

項目名稱	工程規模	時間	處理方法簡介	處理效果
威海港新港二期軟基處理工程	16萬m2	2013年	專利一，專利二	fak≥80kPa，工后沉降<30cm
山東日照日照港石臼港區吹填造陸地基處理工程	16萬m2	2012年	專利一，專利二	fak≥80kPa，工后沉降<30cm
汕頭東部新城軟基處理工程試驗區	4萬m2	2014年	專利一，專利二	fak≥100kPa，工后沉降<20cm
福建福安鑫茂冷軋硅鋼有限公司2#、3#廠房地基處理工程	45萬m2	2012年	專利一，專利二	fak≥120kPa，工后沉降<10cm
溫州樂清灣港區南區一期地基處理工程	45萬m2	2010年	竹網+真空預壓+降水+強夯	fak≥100kPa，工后沉降<30cm
溫州民科基地永興南園軟基處理工程	37萬m2	2009年	超軟土無砂墊層淺層真空預壓	fak≥50kPa
溫州民科基地永興北園軟基處理工程	47萬m2	2010年	超軟土無砂墊層淺層真空預壓	fak≥50kPa

4.3地基處理分區
根據本場地的使用要求與巖土工程條件，采用專利技術“快速消除不均勻沉降的軟地基處理方法”（專利號ZL200610097705.5）將場地分為A、B共2個處理分區。
A區：幼兒園建筑區，西北側約11000m²范圍，采用專利技術“短程超載真空預壓動力排水固結聯合法”（專利號ZL200610097704.0）進行，處理后要求達到：fak≥90kPa，工后沉降≤10cm，工后差異沉降率≤3‰。
B區：南及西南角道路區，面積約14600平米，采用覆水真空預壓方法處理處理后要求達到：fak≥80kPa，工后沉降≤20cm，工后差異沉降率≤4‰。
地基處理分區示意圖如右圖所示。
 

分區	面積	處理方法
A區	11000m2	“短程超載真空預壓動力排水固結聯合法”
B區	14600m2	覆水真空預壓方法

五．地基處理方案設計

5.2清表及表層處理、鋪砂施工方案
5.2.1施工工藝流程

 
5.2.2清表及鋪砂說明
1）因現場地蘆葦區有積水，部分區域積水較厚，達到50~100cm，進場后應第一時間排水，排水采用開溝排水及排水泵強排。
割除蘆葦時應保證施工人員的安全，采用輕型泡沫塑料作為工作面層及運輸通道。所有施工人員進入施工區域必須穿戴安全防護用品（如安全帽、救生衣等），嚴禁施工過程中單獨作業。
施工機械選取：清表時應采用合適的水陸用挖機和長臂挖機，應先清除A區蘆葦根系土，再清除B區。清除時應鏟除表層30~50cm。
2）砂墊層采用中粗砂作為水平排水層兼工作墊層，厚度0.5m，中粗砂含泥量小于5%，要求砂墊層厚度均勻，表面平整。
鋪設砂墊層，施工前應構筑作業平臺，擬采用構筑工作墊層+土工織物的方式，然后在墊層上從區塊邊緣開始鋪設砂墊層，在鋪設好的砂墊層上放置鋼板，作為小型翻斗車運輸通道，防止小型翻斗車在運砂過程中陷入砂墊層，影響砂墊層的施工。同時在鋪設砂過程中，鋪設一條4米寬的施工運輸便道，確保小型機械鋪砂過程中道路順暢。
施工工藝要求：砂墊層的鋪設采取機械和人工相結合的方式，將砂用十輪大卡車運至現場，再用“小型翻斗車”通過臨時便道將砂運至處理區，然后通過人工作業將其推平；按照由施工便道向四周擴散方法進行鋪設，直至砂墊層施工結束。
5.2.3清表及鋪砂安全保證措施
因場地表層土主要為流塑狀態淤填土，承載力極低，不能直接上人和機械。施工前必須采取措施保證人員和機械安全。措施如下：
1）割除蘆葦前，先排除表層積水、并開挖細溝排水。割除蘆葦時邊割邊鋪設浮橋等施工便道。
2）蘆葦割除后進行清表，清表不能采取普通挖機，擬采用水陸兩用挖機，可在淤泥層正常行走，保證挖機安全。為提高清表進度，在場地外圍承載力高的區域安排長臂挖機進行轉運。
3）清表完成后場地極軟，為保證安全，先在淤泥層上鋪設一層編織布，編織布縫制成一個整體，可保證施工作業人員安全。
4）鋪砂時采取小型機械，底下鋪設竹網、竹笆和土工布，可保證鋪砂機械安全。插排水板采用軌道式插板機，以增加受力面積。
 
施工便道
 
場地清表
 
竹網編制 
鋪設編織布
 
小型翻斗車倒運砂料 
人工鋪設砂墊層
 
 
5.3真空預壓（A、B區）施工方案
5.3.1排水體設計
5.3.1.1水平排水體
水平排水體采用中粗砂，厚度0.5m，砂的含泥量小于3%。
5.3.1.2垂向排水體
垂直排水體采用塑料排水板。
A區；采用SPB150型寬塑料排水板，間距0.8m~1m正方形布設，深度穿過③淤泥質粉土底板以下0.5m，上端高出砂墊層0.5m。
B區；采用SPB100C型原生料塑料排水板，間距按0.8m~1.0m正方形布設，打設深度均達③淤泥質粉土或②粉質粘土（無③層土時）底以下0.5m，上端高出砂墊層0.5m。
塑料排水板打設采用軌道式插板機。
 
 
軌道式插板機
 
5.3.2土工布設計
砂墊層下土工布：采用200~250g/㎡的編織布鋪于平整后雜填土或泥填土上，防止砂墊層與回填土混雜，降低排水性能。
A區真空膜上土工布；采用300~400g/㎡無紡土工布，保護真空膜不被扎破。
5.3.3真空排水系統設計
水平真空排水管采用￠50mm軟式濾網真空管，按一定間距鋪設。真空泵采用7.5kw真空泵，按800-1200㎡/臺布設。
真空膜采用0.12-0.16mm厚度的三層，每層真空膜按場地地形形狀工廠拼制。
 
 
真空預壓
5.3.4密封溝與密封墻
密封溝；在無①雜填土的區域，于施工區外邊界開挖密封溝，深度在1.5m、上寬1.5m、下寬0.5m。溝底以上0.5m回填無砂粘土，真空膜應鋪設到溝外側溝上地面不少于1.5m，膜上覆水。
密封墻；在有①雜填土的區域，均應打水泥或粘土密封墻，墻體寬度1.2m，采用雙頭攪拌機成樁，樁徑0.7m，搭接寬度0.2m，水泥含量不少于15%，樁長達①雜填土層以下1.5m。采用二噴二攪施工成樁。
真空預壓結束后，密封溝內的淤泥采用山皮土進行換填處理。換填深度應>2m。
5.3.5B區覆水真空預壓設計
為縮短預壓時間和提高①層固結度，對道路范圍的B區采用覆水預壓方法。在真空預壓試壓穩壓開始后在密封溝內側的真空膜用袋裝粘土堆砌高度1~2m的圍堰。圍堰在抽真空后拆除并排除圍堰內的水。
 
覆水圍堰真空預壓
5.3.6A區填土超載設計
A區在真空預壓20~30天左右，視沉降速率下降情況，在真空膜表面先鋪設一層300g/m2的土工布，然后土工布上鋪首層0.5~0.8m無碎石砂土或粉質粘土、粉細砂，在觀測真空度無下降情況后再回填上層1.0~0.7m碎石土或山皮土，碎石土中的碎石粒徑小于10cm，無尖塊石。形成約110~120kPa的超載預壓荷載實施超載預壓。
5.3.7 A區動力加載設計
當堆土真空超載預壓的沉降速率下降后，在填土表面實施動力普夯。普夯單擊能600-1200kN.m，每點2-5擊,夯點連接，形成預壓荷載大于150kPa的高超載靜動預壓，促使軟土進一步加速排水固結。 
強夯
5.3.8 A區排水強夯設計
在停止真空預壓，平整場地，測量標高和靜力觸探后，按靜力觸探參數和標高進行排水強夯設計。
排水設計:目的是為了排除砂墊層中真空預壓存水和快速消除強夯產生的高壓孔隙水。排水采用管井，深度達到砂墊層以下1m，采用潛水泵抽水。
強夯點夯:采用二遍點夯，單擊能600~1200KN.m，每點4-8擊，點間距6~8m正方形布設，第二遍點夯夯點在一遍點間內插。
滿夯:一遍滿夯，單擊能800~1200KN.m，每點1~2擊，1/4錘印搭接。
5.3.9振動碾壓
A、B區均應進行振動碾壓，采用18-22t壓路機進行碾壓遍數不少于4遍（來回為一遍）。
5.3.10處理時間設計
A區:從真空預壓開始后，在可保證膜上填土不多于15天的條件下，處理施工時間100天，大體為真空預壓試壓7天，真空預壓穩壓25天后填土，40天后形成填土超載預壓，60~70天后普夯形成高超載預壓；80天后停止真空預壓，85天后形成降水強夯，100天施工結束。
B區：從真空預壓試壓穩壓后開始圍堰覆水，130天后停抽真空排水后清除表面膜晾曬，140天內完成表層碾壓。
5.3.11過程控制設計
高程測量：在施工前平整場地，鋪砂墊層后，插打排水板后及停止抽真空平整場地后A、B區均應進行高程測量，以確認地表沉降狀況。
靜力觸探：各區場地應在工前及工后進行同點位靜力觸探測試，確認①₂、③層土的處理效果，而A區還應在強夯前進行工中靜探，以確認前期處理效果和為強夯設計提供依據。
A區土方堆載與普夯時間控制，依S-T曲線的沉降速率及施工沉降量判斷。
5.4施工監測設計
位確保施工質量和過程控制，地基處理過程設計進行表層沉降，深層沉降，孔隙水壓力及側向變形監測，具體設計在補充勘察后進行。
5.5地基處理效果預估
按上述方案和程序、控制過程進行處理后，可取得下述結果：
A區：表層承載力特征值fak≥100kPa，軟土固結度≥90%，工后沉降量不大于10cm，場地不均勻沉降率≤3‰。
B區：表層承載力特征值fak≥80kPa，工后沉降量不大于20cm，場地不均勻沉降率≤4‰。
A、B區的處理深度均達③層淤泥質粘土底板。
六．施工安全保證措施
本工程特點是：工程量大、施工機械較多，因此，保證安全施工是本工程的重要環節，為保證工程施工順利進行，采取如下措施：
（1）施工作業前，進行全員安全教育，提高全員安全意識；
（2）公司將不定期組織安全大檢查，找出安全隱患，并加以改進；
（3）現場設立施工區和安全區，施工區禁止無關人員進入，施工人員進入現場必須戴安全帽；
（4）加強施工機械各部件的檢查，避免安全了隱患；
（5）各機械應保持不定期的安全距離，避免飛石傷害人和設備。
 
 
七．工程量及工期、造價
7.1工程量清單
本工程量清單詳見下表：
工程量清單一覽表表一

序號		工程項目	規格	單位	工程量
工程量
1	場地清表		/	m2	25600
2	編織布		200g/m2編織布	m2	25600
3	竹網		0.5m*0.5m	m2	25600
4	土工布		200g/m2	m2	36600
5	中粗砂排水墊層		厚度0.5m	m3	18300
6	陸上打SPB150型塑料排水板(機械打長板）		長度12m，間距0.8m	根	17187
				m	206250
7	陸上鋪設無紡布一層		300g/m2無紡布	m2	11000
8	陸上打SPB100型塑料排水板（機械打長板）		長度12m，間距0.8m	根	22812
	m	273750
9	土石方		/	m3	11000
10	強夯		/	m2	11000
11	圍堰		/	m	700
12	真空預壓試壓、穩壓		A區80~90天	m2	11000
	B區130天	m2	14600
13	整平碾壓		/	m2	25600

7.2各分區造價預估如下：
工程預估價表二

分區	面積	預估工期	預估單價	預估總價	備注
A區	11000m2	150~180天	550元/m2	605萬元
B區	14600m2	180~220天	360元/m2	525.6萬元
總體	25600 m2			1130.6萬元

 
7.3各分區施工工期（施工橫道圖見附表一）：
施工A區（短程超載真空預壓動力排水固結聯合法）表三

項目名稱	施工持續時間（天）	人員	備注
場地清表	30	40
工作墊層施工	15	30
插打排水板	15	16
真空預壓準備工作	12	60
真空預壓試壓、穩壓	80	4
堆載土石方	15	15	包含在真空預壓試壓、穩壓工期內
填土超載預壓	30	4	包含在真空預壓試壓、穩壓工期內
滿夯、高超載預壓	10	16	包含在真空預壓試壓、穩壓工期內
埋設管井、強夯	20	20
場地檢測	5	3

施工B區（覆水真空預壓法）表四

項目名稱	施工持續時間（天）	人員	備注
場地清表	40	40
工作墊層施工	20	30
插打排水板	20	16
真空預壓準備工作	15	60
真空預壓、覆水穩壓	130	4
真空預壓卸載、檢測	5	6
平整場地	5	4

 
 
 

附表一：