未来科技城国际教育园项目 幼儿园地块软基处理方案

一、场地基本状况
1.1拟建的未来科技城国际教育园区项目，位于杭州市余杭区中泰街道南湖景区，项目规划用地面积为117944平方米（约176.9亩），总建筑面积约为87105平方米。场地西南角拟建幼儿园，建筑物约1~2层。现幼儿园区块地基主要为淤填土，主要成分为建筑泥浆，放置时间约5~6年，泥浆深度约为7～10m，面积约25600m。
1.2填土区泥浆呈流塑状，长满芦苇，土质极软，承载力基本为0，含水量很高，颗粒极细，不能直接上人和设备。
 
场地现状图
本次淤填土区地基处理主要针对泥浆层及3层淤泥质粘土层。
1.3施工平面布置
 
二、软基处理工程条件
2.1拟处理地层
根据浙江中材工程勘测设计有限公司2015年10月提供的本项目的岩土工程详勘报告，应予以处理的软土地层为④粘土以上的地层，处理的厚底为10.1~14.1米。拟处理的各土层状况如下。①杂填土：杂色、松散、湿。成分以粘性土为主，含碎石砖块，揭露厚度1.1~5.3m，西侧厚度大。①淤填土（塘泥）：灰、灰黑色、饱和，流塑~软塑，由原状鱼塘淤泥与外来排放施工泥浆组成，岩性相变大。本场地普遍存在，揭露或可见厚度1.2~6.3m，相邻孔的最大厚度差为4.9m，层顶坡度达19.2%。粒度成份以粉性粘粒为主，渗透系数为7.6×10cm/s，Es为2.14MPa，为极高压缩性、极低渗透性软土。本地块因仅北侧、西侧有10个钻孔，大多范围的层后及物理学性质不祥。
②粉质粘土：为原状沉积土，灰黄色、饱和，软可塑状，揭露厚度1.1~3.9m，一般为1.2~1.4m，层厚较小。W：35.7%，e：1.030，E:4.58Mpa。fak：120kPa。
③淤泥质粘土：灰色，饱和，流塑状，局部夹层粉土。揭露厚度0~4.9m，厚度变化较大。W：49.3%，e：1.386，Ip：18.3，E：3.11MPa，fak:70kPa,属高压缩性粘土。
拟处理地层为极高压缩性的①层和高压缩性的③层及杂填土，处理深度为10.1~14.1m。
2.2水文地质条件
地表水：场地北侧的地表水沟深度不详，宽度大于15m；东侧有人工开挖的水坑，其深度大于2m，降雨时地表水从南侧流于水坑中。
地下水：杂填土中有受降雨补给的上层滞水，表层芦苇根系土层中有孔隙潜水，使①层淤填土的含水量高而甚稀软。浅表地下水从淤填土面渗出向水坑排泄。
2.3地面地形与地貌条件
由于人工堆填和开挖，导致地表高差大，东、北地面低，南侧高。因地面稀软和芦苇丛生，地面高程不明。
三．地基处理工程条件分析
3.1地基处理前准备工程量大
1）清表与平整工程量大：具体为大量芦苇割除，苇根清除，场地高度差的地表平整。
2）平整场地后的1/1000高程测量。
3）应进行按详勘要求的建筑场地补充勘察和按初勘要求的道路场坪勘察。
3.2建筑物类型为严要求的沉降敏感型幼儿园
由于①淤填土为岩性变异较大的鱼塘淤泥和施工排放淤泥，含水量高，强度极低，渗透性极差和厚度变化大，表现出强烈的非均质性，为确保幼儿园使用期的地基绝对安全，消除场地的不均匀沉降和使工后沉降达到极小，所选用的地基处理方法应与之相适应，尽可能稳妥。
3.3建筑场地沉降初步分析
根据勘察报告提供的北、西侧10个钻孔剖面与全场地的①、②、③层土的物理力学性质，以及现场踏勘了解的情况，以2层建筑物的使用荷载50kPa，设计地面标高+9.8m为条件，采用分层总和法对10个钻孔进行了主固结沉降评估，计算结果见下表一（仅考虑现有10个钻孔主固结沉降量表）：
表一

孔号	Z169	Z170	Z166	Z165	Z162	Z173	Z174	Z171	Z167	Z163	平均	最大差	相邻点最大差
沉降mm	574	330	348	369	228	517	327	281	264	378	361	346	244

 
计算结果仅代表既有钻孔情况，更详尽的数据有待补充勘察后方可得出。表中数据表明，固结沉降量平均不太大，为361mm，但差异沉降量大，达到346mm，相邻点的不均匀沉降量有244mm，差异沉降率达到10‰，属于明显的不均匀沉降场地。
3.4地基处理的要点与难点
3.4.1地基处理要点
鉴于上述分析，本场地软土地基处理的要点为：通过排水固结施工达到地表承载力满足下步机械施工的要求，使fak≥70kPa；基本消除软土的主固结沉降量和不均匀沉降量，建筑物区的施工沉降量达到平均340mm以上，差异沉降率达到≤3‰。
3.4.2地基处理难点
前述分析说明，本场地的软基处理难点在于：
1）因现有场地均为极软淤泥，上生长芦苇、柳树等植物，应对耕植土进行清理，要解决如何清表、具备轻型机械进场施工的能力;
2）使用要求不同，需依使用要求和补充勘察资料，在进行精确使用分区的基础上实行差异式处理方法与参数设计、施工；
3）地标高尽管标高差较大，但总体平均标高要高出设计地面标高9.8m约1.0m厚度，有近2万多立方米流塑状土体挖卸外运；
4）淤填土渗透性极差，短时间难于完成排水固结，而且该层的现有承载力太低，要将其提高到70kPa以上，必须有较长的处理时间或施加较高的预压荷载，采用等载的预压方式工期会很长。
四．地基处理方案
4.1地基处理方案比选

处理方法	优点	缺点	可用性
固化剂法	方案成熟，处理深度大，后期沉降小	工期较不好控制，操作不安全，成本太高	不宜
堆载预压法	方法成熟，处理深度大，工后沉降小，成本较低	工期很长（180天），需要6m以上厚度堆载填土堆卸，消除差异沉降较难，表层刚度低	不宜
真空预压法	方法成熟，处理深度大，工后沉降小，无需堆卸填土	工期较长（预压时间约140天） ，对①杂填土要打密封墙，预压荷载较低，成本较低	宜用于非建筑物地段
短程超载真空预压动力排水固结联合法	预压荷载高、工期短（预压时间60~80天）、处理深度大，工后沉降下、表层强度高，可克服差异沉降	专利技术，工期较短，过程控制严、成本较高、要用1.5m厚堆载填土及动力固结	适用于建筑物地段

 
4.2专利技术简介
4.2.1“快速消除不均匀沉降的软地基处理方法”（专利号ZL200610097705.5）（专利一）：
这是一种基于以统一的工后沉降量为标准，通过不同使用要求下的主固结沉降量精确计算，将拟处理的软土场地划分施工区域，以不同的处理方法和施工差数对各施工区进行控制，使之达到各区的施工沉降量不同，但工后沉降量相同或满足设计要求。该技术可在施工过程中解决场地的工后差异沉降的难题。
4.2.2“短程超载真空预压动力排水固结联合法”（专利号ZL200610097704.0）（专利二）：
本专利是静动排水固结法的耦合技术。利用软土在真空负压作用下有效应力逐渐提高但固结沉降速率相应不断下降的规律，当沉降速率下降到某一数值时增加堆载填土静力荷载形成静力叠加的超载预压，使软土的排水固结速率加快；随着软土的有效应力的进一步提高，超载下的固结沉降速率亦随之衰减，此时在堆载填土上施加适当能量的动力荷载，对软土形成静动叠加的高超荷载预压，促使软土的固结速率加快。通过对软土施加等载→超载→高超载的排水固结过程，促使拟处理的厚层软土在较短时间内以较快的沉降速率快速完成排水固结。具有处理深度大，施工沉降大，工期短，工后沉降量小，表层刚度和承载力高的优点。
4.2.3类似工程

项目名称	工程规模	时间	处理方法简介	处理效果
威海港新港二期软基处理工程	16万m2	2013年	专利一，专利二	fak≥80kPa，工后沉降<30cm
山东日照日照港石臼港区吹填造陆地基处理工程	16万m2	2012年	专利一，专利二	fak≥80kPa，工后沉降<30cm
汕头东部新城软基处理工程试验区	4万m2	2014年	专利一，专利二	fak≥100kPa，工后沉降<20cm
福建福安鑫茂冷轧硅钢有限公司2#、3#厂房地基处理工程	45万m2	2012年	专利一，专利二	fak≥120kPa，工后沉降<10cm
温州乐清湾港区南区一期地基处理工程	45万m2	2010年	竹网+真空预压+降水+强夯	fak≥100kPa，工后沉降<30cm
温州民科基地永兴南园软基处理工程	37万m2	2009年	超软土无砂垫层浅层真空预压	fak≥50kPa
温州民科基地永兴北园软基处理工程	47万m2	2010年	超软土无砂垫层浅层真空预压	fak≥50kPa

4.3地基处理分区
根据本场地的使用要求与岩土工程条件，采用专利技术“快速消除不均匀沉降的软地基处理方法”（专利号ZL200610097705.5）将场地分为A、B共2个处理分区。
A区：幼儿园建筑区，西北侧约11000m²范围，采用专利技术“短程超载真空预压动力排水固结联合法”（专利号ZL200610097704.0）进行，处理后要求达到：fak≥90kPa，工后沉降≤10cm，工后差异沉降率≤3‰。
B区：南及西南角道路区，面积约14600平米，采用覆水真空预压方法处理处理后要求达到：fak≥80kPa，工后沉降≤20cm，工后差异沉降率≤4‰。
地基处理分区示意图如右图所示。
 

分区	面积	处理方法
A区	11000m2	“短程超载真空预压动力排水固结联合法”
B区	14600m2	覆水真空预压方法

五．地基处理方案设计

5.2清表及表层处理、铺砂施工方案
5.2.1施工工艺流程

 
5.2.2清表及铺砂说明
1）因现场地芦苇区有积水，部分区域积水较厚，达到50~100cm，进场后应第一时间排水，排水采用开沟排水及排水泵强排。
割除芦苇时应保证施工人员的安全，采用轻型泡沫塑料作为工作面层及运输通道。所有施工人员进入施工区域必须穿戴安全防护用品（如安全帽、救生衣等），严禁施工过程中单独作业。
施工机械选取：清表时应采用合适的水陆用挖机和长臂挖机，应先清除A区芦苇根系土，再清除B区。清除时应铲除表层30~50cm。
2）砂垫层采用中粗砂作为水平排水层兼工作垫层，厚度0.5m，中粗砂含泥量小于5%，要求砂垫层厚度均匀，表面平整。
铺设砂垫层，施工前应构筑作业平台，拟采用构筑工作垫层+土工织物的方式，然后在垫层上从区块边缘开始铺设砂垫层，在铺设好的砂垫层上放置钢板，作为小型翻斗车运输通道，防止小型翻斗车在运砂过程中陷入砂垫层，影响砂垫层的施工。同时在铺设砂过程中，铺设一条4米宽的施工运输便道，确保小型机械铺砂过程中道路顺畅。
施工工艺要求：砂垫层的铺设采取机械和人工相结合的方式，将砂用十轮大卡车运至现场，再用“小型翻斗车”通过临时便道将砂运至处理区，然后通过人工作业将其推平；按照由施工便道向四周扩散方法进行铺设，直至砂垫层施工结束。
5.2.3清表及铺砂安全保证措施
因场地表层土主要为流塑状态淤填土，承载力极低，不能直接上人和机械。施工前必须采取措施保证人员和机械安全。措施如下：
1）割除芦苇前，先排除表层积水、并开挖细沟排水。割除芦苇时边割边铺设浮桥等施工便道。
2）芦苇割除后进行清表，清表不能采取普通挖机，拟采用水陆两用挖机，可在淤泥层正常行走，保证挖机安全。为提高清表进度，在场地外围承载力高的区域安排长臂挖机进行转运。
3）清表完成后场地极软，为保证安全，先在淤泥层上铺设一层编织布，编织布缝制成一个整体，可保证施工作业人员安全。
4）铺砂时采取小型机械，底下铺设竹网、竹笆和土工布，可保证铺砂机械安全。插排水板采用轨道式插板机，以增加受力面积。
 
施工便道
 
场地清表
 
竹网编制 
铺设编织布
 
小型翻斗车倒运砂料 
人工铺设砂垫层
 
 
5.3真空预压（A、B区）施工方案
5.3.1排水体设计
5.3.1.1水平排水体
水平排水体采用中粗砂，厚度0.5m，砂的含泥量小于3%。
5.3.1.2垂向排水体
垂直排水体采用塑料排水板。
A区；采用SPB150型宽塑料排水板，间距0.8m~1m正方形布设，深度穿过③淤泥质粉土底板以下0.5m，上端高出砂垫层0.5m。
B区；采用SPB100C型原生料塑料排水板，间距按0.8m~1.0m正方形布设，打设深度均达③淤泥质粉土或②粉质粘土（无③层土时）底以下0.5m，上端高出砂垫层0.5m。
塑料排水板打设采用轨道式插板机。
 
 
轨道式插板机
 
5.3.2土工布设计
砂垫层下土工布：采用200~250g/㎡的编织布铺于平整后杂填土或泥填土上，防止砂垫层与回填土混杂，降低排水性能。
A区真空膜上土工布；采用300~400g/㎡无纺土工布，保护真空膜不被扎破。
5.3.3真空排水系统设计
水平真空排水管采用￠50mm软式滤网真空管，按一定间距铺设。真空泵采用7.5kw真空泵，按800-1200㎡/台布设。
真空膜采用0.12-0.16mm厚度的三层，每层真空膜按场地地形形状工厂拼制。
 
 
真空预压
5.3.4密封沟与密封墙
密封沟；在无①杂填土的区域，于施工区外边界开挖密封沟，深度在1.5m、上宽1.5m、下宽0.5m。沟底以上0.5m回填无砂粘土，真空膜应铺设到沟外侧沟上地面不少于1.5m，膜上覆水。
密封墙；在有①杂填土的区域，均应打水泥或粘土密封墙，墙体宽度1.2m，采用双头搅拌机成桩，桩径0.7m，搭接宽度0.2m，水泥含量不少于15%，桩长达①杂填土层以下1.5m。采用二喷二搅施工成桩。
真空预压结束后，密封沟内的淤泥采用山皮土进行换填处理。换填深度应>2m。
5.3.5B区覆水真空预压设计
为缩短预压时间和提高①层固结度，对道路范围的B区采用覆水预压方法。在真空预压试压稳压开始后在密封沟内侧的真空膜用袋装粘土堆砌高度1~2m的围堰。围堰在抽真空后拆除并排除围堰内的水。
 
覆水围堰真空预压
5.3.6A区填土超载设计
A区在真空预压20~30天左右，视沉降速率下降情况，在真空膜表面先铺设一层300g/m2的土工布，然后土工布上铺首层0.5~0.8m无碎石砂土或粉质粘土、粉细砂，在观测真空度无下降情况后再回填上层1.0~0.7m碎石土或山皮土，碎石土中的碎石粒径小于10cm，无尖块石。形成约110~120kPa的超载预压荷载实施超载预压。
5.3.7 A区动力加载设计
当堆土真空超载预压的沉降速率下降后，在填土表面实施动力普夯。普夯单击能600-1200kN.m，每点2-5击,夯点连接，形成预压荷载大于150kPa的高超载静动预压，促使软土进一步加速排水固结。 
强夯
5.3.8 A区排水强夯设计
在停止真空预压，平整场地，测量标高和静力触探后，按静力触探参数和标高进行排水强夯设计。
排水设计:目的是为了排除砂垫层中真空预压存水和快速消除强夯产生的高压孔隙水。排水采用管井，深度达到砂垫层以下1m，采用潜水泵抽水。
强夯点夯:采用二遍点夯，单击能600~1200KN.m，每点4-8击，点间距6~8m正方形布设，第二遍点夯夯点在一遍点间内插。
满夯:一遍满夯，单击能800~1200KN.m，每点1~2击，1/4锤印搭接。
5.3.9振动碾压
A、B区均应进行振动碾压，采用18-22t压路机进行碾压遍数不少于4遍（来回为一遍）。
5.3.10处理时间设计
A区:从真空预压开始后，在可保证膜上填土不多于15天的条件下，处理施工时间100天，大体为真空预压试压7天，真空预压稳压25天后填土，40天后形成填土超载预压，60~70天后普夯形成高超载预压；80天后停止真空预压，85天后形成降水强夯，100天施工结束。
B区：从真空预压试压稳压后开始围堰覆水，130天后停抽真空排水后清除表面膜晾晒，140天内完成表层碾压。
5.3.11过程控制设计
高程测量：在施工前平整场地，铺砂垫层后，插打排水板后及停止抽真空平整场地后A、B区均应进行高程测量，以确认地表沉降状况。
静力触探：各区场地应在工前及工后进行同点位静力触探测试，确认①₂、③层土的处理效果，而A区还应在强夯前进行工中静探，以确认前期处理效果和为强夯设计提供依据。
A区土方堆载与普夯时间控制，依S-T曲线的沉降速率及施工沉降量判断。
5.4施工监测设计
位确保施工质量和过程控制，地基处理过程设计进行表层沉降，深层沉降，孔隙水压力及侧向变形监测，具体设计在补充勘察后进行。
5.5地基处理效果预估
按上述方案和程序、控制过程进行处理后，可取得下述结果：
A区：表层承载力特征值fak≥100kPa，软土固结度≥90%，工后沉降量不大于10cm，场地不均匀沉降率≤3‰。
B区：表层承载力特征值fak≥80kPa，工后沉降量不大于20cm，场地不均匀沉降率≤4‰。
A、B区的处理深度均达③层淤泥质粘土底板。
六．施工安全保证措施
本工程特点是：工程量大、施工机械较多，因此，保证安全施工是本工程的重要环节，为保证工程施工顺利进行，采取如下措施：
（1）施工作业前，进行全员安全教育，提高全员安全意识；
（2）公司将不定期组织安全大检查，找出安全隐患，并加以改进；
（3）现场设立施工区和安全区，施工区禁止无关人员进入，施工人员进入现场必须戴安全帽；
（4）加强施工机械各部件的检查，避免安全了隐患；
（5）各机械应保持不定期的安全距离，避免飞石伤害人和设备。
 
 
七．工程量及工期、造价
7.1工程量清单
本工程量清单详见下表：
工程量清单一览表表一

序号		工程项目	规格	单位	工程量
工程量
1	场地清表		/	m2	25600
2	编织布		200g/m2编织布	m2	25600
3	竹网		0.5m*0.5m	m2	25600
4	土工布		200g/m2	m2	36600
5	中粗砂排水垫层		厚度0.5m	m3	18300
6	陆上打SPB150型塑料排水板(机械打长板）		长度12m，间距0.8m	根	17187
				m	206250
7	陆上铺设无纺布一层		300g/m2无纺布	m2	11000
8	陆上打SPB100型塑料排水板（机械打长板）		长度12m，间距0.8m	根	22812
	m	273750
9	土石方		/	m3	11000
10	强夯		/	m2	11000
11	围堰		/	m	700
12	真空预压试压、稳压		A区80~90天	m2	11000
	B区130天	m2	14600
13	整平碾压		/	m2	25600

7.2各分区造价预估如下：
工程预估价表二

分区	面积	预估工期	预估单价	预估总价	备注
A区	11000m2	150~180天	550元/m2	605万元
B区	14600m2	180~220天	360元/m2	525.6万元
总体	25600 m2			1130.6万元

 
7.3各分区施工工期（施工横道图见附表一）：
施工A区（短程超载真空预压动力排水固结联合法）表三

项目名称	施工持续时间（天）	人员	备注
场地清表	30	40
工作垫层施工	15	30
插打排水板	15	16
真空预压准备工作	12	60
真空预压试压、稳压	80	4
堆载土石方	15	15	包含在真空预压试压、稳压工期内
填土超载预压	30	4	包含在真空预压试压、稳压工期内
满夯、高超载预压	10	16	包含在真空预压试压、稳压工期内
埋设管井、强夯	20	20
场地检测	5	3

施工B区（覆水真空预压法）表四

项目名称	施工持续时间（天）	人员	备注
场地清表	40	40
工作垫层施工	20	30
插打排水板	20	16
真空预压准备工作	15	60
真空预压、覆水稳压	130	4
真空预压卸载、检测	5	6
平整场地	5	4

 
 
 

附表一：