回填土地基沉降预防及处理措施

引言

脚踏“实”地——一个耳熟能详的成语，意思是脚踏在坚实的土地上，比喻人做事要踏实、认真。人如此，建筑更是如此。

建筑设计及施工过程中，部分项目因施工周期紧张、施工作业面局促，回填土填料进料困难，材料质量及施工质量不规范等各种因素，引起后期地面沉降（如基坑肥槽回填区域），造成地面道路、景观、门厅、台阶、散水、管道等位置持续下沉甚至开裂，影响小区及建筑物的正常使用。

回填土的沉降持续时间长、后期处理难度大、费用高，因此需要我们提前关注。本文研究回填土沉降的原因，从设计和施工两个角度入手，分析如何预防或减少回填土地面沉降及地面发生沉降后的处理措施，为解决回填土地面沉降问题提供参考。

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图 1 回填土区域地基沉降问题

一、回填土沉降原因

解决回填土沉降，必须首先明确沉降的原因，找到原因才能按方抓药，有的放矢。回填土沉降主要有下述原因：

1. 土密实度不够

回填土沉降的最大原因就是回填土的密实度不够，施工过程中未对回填土进行分层夯实或未达到设计要求的压实系数。

图 2 土的三相组成

自然界的土是由土粒、土中水、土中气组成，自然状态下一般经历长期自沉压缩方可达到密实状态，经过开挖后其体积因松散而增加，在回填过程中，经过分层碾压、夯实，可最大限度的压缩松散土的体积，但夯实后的回填土体积虽接近但仍大于自然状态下的土体体积，这种现象称为土的可松性。

表 1 土方可松性系数

从上表可知，分层夯实的填土和松散的填土体积差20%左右，完全未夯实的填土地面最终沉降量将达到回填深度的20%左右，所以分层夯实能有效减少后期回填土的沉降量，也是最有效、最经济的控制回填土沉降的方法。

2. 回填土填料不符合质量要求

实际施工过程中回填土材料可能掺杂淤泥、耕土、冻土、膨胀土、湿陷性黄土及生活垃圾等，掺杂上述材料的回填土具有高压缩性，并具有高含水率、触变性、流变性、不均匀性等不利特性。湿陷性黄土受水浸湿后结构迅速破坏，强度降低，产生显著附加下沉。作为建筑地基的冻土，当土中水冻结时，其体积约增加原水体积的9%，这种膨胀作用会破坏地基土的稳定性，造成地基基础的不均匀沉降。而对于很软的土，尤其是土中含有一些有机质（如胶态腐殖质等），次固结沉降同样不可忽视。

回填土的填料应严格按照设计要求选用，禁止上述土质作为填料施工。

3. 回填土的固结沉降

地基的最终沉降量通常是由三个部分组成：瞬时沉降+固结沉降+次固结沉降。

饱和黏土在外荷载作用下，土体内部水、气缓慢地排出，体积逐渐减小，在土体自重作用下沉降趋于稳定，这一现象称为土体的固结。

干净砂土孔隙水挤出很快，且次固结现象不显著，所以沉降量几乎全在加载后即使发生。

一般建筑物在施工期间完成的土体固结沉降量与最终沉降量的关系，对于砂土地基基本相当，对于低压缩黏土地基已完成50%~80%，对于中压缩性黏土地基已完成20%~50%，对于高压缩性黏土已完成5%~20%。

对要求严格控制沉降的回填土区域，可采用砂土材料，避免固结沉降的影响。

二、回填土地基沉降的预防

地面沉降引起的结构下沉及开裂是建筑质量的硬伤，且后期处理起来难度大，因此需在设计和施工过程中充分考虑以避免地面沉降的不利影响，主要措施和建议如下：

1.主楼下回填土地基在设计及施工阶段一般比较重视，通常采用分层碾压、强夯、CFG桩、振冲碎石桩等地基处理措施，并现场实测处理后的回填土地基承载力，以满足设计要求；或采用桩基础，穿越回填土层，将回填土层下坚硬土层作为桩端持力层等措施。

2.基坑开挖后，肥槽回填土区域内的阳台、入口大堂、门廊、道路等建筑部位需格外引起注意。

1）基坑支护采用护坡桩等直立支护时，地下室外墙距离基坑边缘一般2m左右，肥槽回填土区域内的入口门廊、道路、台阶下可设置地面零层板的方式，零层板两端分别位于地下室外墙和支护桩之上，利用零层板避免回填土后期沉降带来的不利影响。

图 3 设置零层板避免后期地基沉降

2）基坑采用放坡开挖时，肥槽回填区域面积较大，两层地下室时，肥槽顶部宽度最大可达十几米。此时为避免肥槽内回填土后期沉降的影响，可采取下列措施：

图 4 基坑开挖肥槽回填示意

a) 靠近建筑外墙的台阶可采用从主体结构上向外悬挑梁、板支撑的方式。

b) 入口大堂、门廊部位在回填土区域内可利用门头柱在地面位置设置零层板。

c) 肥槽区域内的道路，建议同样设置零层板，板两端分别支撑于建筑主体和原状、坚硬持力层上，基坑肥槽顶部宽度建议不大于8m。

d) 对于大面积需严格控制地面沉降且马上投入使用，回填土无固结时间的肥槽区域，如售楼处前广场及景观位置，建议采用级配砂石分层碾压，级配砂石可采用中粗砂+碎石或砾石，分层碾压也可根据现场实际施工条件采用水撼法施工代替，水撼法施工同样需要分层，且每层需充分振捣并取样检测密实度。

e) 考虑经济因素，大面积回填也可就地取材，利用开山的碎、块石及爆破开采的岩石碎屑，但为保证夯、压密实，应限制其最大粒径，分层压实时其最大粒径不宜大于200mm，分层夯实时最大粒径不宜大于400mm，骨料含量大于70%，级配碎石颗粒级配不均匀系数Cu不小于15。

图 5 碎石土回填地基

f) 工期紧张时也可采用预拌流态固化土进行肥槽回填，预拌流态固化土每立方单价高于级配砂石，但施工工艺简单、工期短，相关设计及施工要求可参考《预拌流态固化土填筑工程技术标准》T/BGEA 001-2019。

g) 对后期回填土沉降控制要求不高的回填土区域，如绿地、景观等位置，可采用素土回填并分层压实，降低回填成本。

3）加强回填土的施工管理。回填土填料、碾压施工的质量对控制后期沉降非常关键，由土的可松性表可知，分层夯实的填土和松散的填土体积差20%左右，控制回填土沉降必须对填料和密实度进行严格控制，并及时现场取样检测，保证回填土施工满足设计要求。

三、回填土后期沉降的处理措施

回填土沉降的处理措施，目的是避免沉降的进一步发展，保证建筑物的正常使用，也算是亡羊补牢的做法。

地基处理方法的具体选用，应以地基条件、设计要求、处理指标及范围、工程费用、工程进度、材料来源和当地环境多方面综合考虑，基于经济合理、安全可靠的原则，对比分析选用。

主要处理方法如下：

1. 垫高沉降地面方案

项目完成后出现的回填土地面沉降，往往由于项目已投入使用，施工周期、施工场地、处理成本等约束因素，采用在已沉降的地面垫级配砂石并压实的处理措施，可根据已经沉降的时间，估算地基未来的沉降量，并将处理后的地面垫高，之后再做硬化地面，可采用小块的透水砖铺地，允许砖缝之间变形。

此方法处理简单，施工周期短，成本也低，需提前预估后期的地基沉降量，并随着地面继续沉降，可能需继续处理2~3次，直至地基沉降稳定。

2. 高压旋喷桩加固方案

高压旋喷桩加固方案就是在预定深度（桩径上部Φ600、下部Φ800、桩长8/12.5m），利用旋喷装置中注浆管产生的能量高度集中的高压喷射流，连续切割基底以下土体，尽可能置换出充分的土体，以提高地基的整体抗胀、抗陷的复合强度。基础间设钢筋混凝土梁以增加整体刚度，增强基础的变形协调能力。此方法的缺点是施工周期长、容易污染环境且成本高，优点为处理后无后期沉降，可处理深层地基、复杂地基，适用于砂土、粘性土、黄土及人工填土等。

图 6 高压旋喷桩示意图

3. 换土垫层法加固方案

换土垫层法是挖除浅层软土，用级配砂石、灰土等强度较高的土料代替，以提高持力层土的承载力，减少部分沉降的地基处理方法。根据所用土料的不同，垫层主要有级配砂石垫层、级配碎石垫层、灰土垫层（灰土比2：8或3：7）等类型。换土垫层法的施工步骤是：先挖运原软弱土，清净基坑水土，再回填砂石，并逐层振压碾实。该方法适用于处理浅层软弱土地基。

4. 微型桩+注浆加固方案

微型桩是一种用压浆方法成桩的小直径钻孔灌注桩，其直径通常为100～250mm，有时也采用300mm的桩径。桩体主要由压力灌注的水泥（砂）浆或细石无砂混凝土与加劲材组成，加劲材料可采用钢管或型钢等，其长度一般为6~20m。微型桩经过压力注浆后可与地基土紧密结合，浆液通过填充、渗进和挤密等方式，驱走裂缝、孔隙中的水分和气体，并填充其位置，硬化后将岩土胶结成一个整体，形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的新的岩土体。具有承载力高、沉降量小、所需施工场地小、费用相对较低、桩孔直径小、施工噪音及引起震动小、适用不同的土质条件的特点。

5. 振冲碎石桩加固方案

振冲碎石桩加固砂层的原理：

1）依靠振冲器的强力震动使饱和砂层发生液化，砂土颗粒重新排列，空隙减少，密度增加；

2）依靠振冲器的水平振动力，使加固填料把砂层挤压加密。振冲碎石桩加固地基的主要机理是：挤密作用、排水减压作用、砂基预振效应。适用于松砂、杂填土、颗粒含量不多的粘性土。缺点为施工噪音较大，对邻近建筑物有一定影响。