0 引言

　　近10年来，我国地下空间的利用取得了长足进步，但针对大面积重载室外展场，主流地下空间利用方式适用性较差。国家会展中心(天津)一期项目近7万m²室外展场为中国北方地区最大重型展会的首选之地，地面设计承载力≥100k N/m²。地下停车场、地下仓库、地下综合管廊、地下交通、地下排水等主流地下空间的利用方式受限于室外展场高标准承载力要求，实施经济性差。为实现7万m²重载室外展场地下空间的有效利用，基于可持续发展理念，该工程积极引进地源热泵新能源技术，与室外展场地下空间利用有效结合，丰富了重载室外展场地下空间的利用方式。

　　1 工程概况

　　国家会展中心(天津)一期工程位于天津市津南区，总建筑面积47.86万m²。在本工程中轴广场两侧各设置1处室外展场，其中，西侧室外展场A建筑面积3.6万m²，东侧室外展场B建筑面积3.1万m²(见图1)。设计荷载标准均≥100k N/m²，地基处理要求较高，初步设计地基处理参照高速公路道路结构层设计做法，结构层自上而下设计为原土戗灰+(800～1 200) mm 6%灰土路床+(200×2) mm12%石灰土底基层+(200×2) mm水泥稳定碎石基层+300mm钢筋混凝土面层。

　　图1 室外展场平面位置  

　　2 基于重载室外展场地下空间利用的思考

　　经调研，国内外大型室外展场地面荷载一般在50k N/m²左右，同时需在地面设置展沟或展位坑，在展场下部设置地下室经济性差，故一般大型展场不设置地下室，展场地面采用实铺地坪做法。结合本项目室外展场规划用途，地面荷载≥100k N/m²，设置地下停车场、地下管廊等常规地下空间利用设施需投入更大成本，故初步规划未设置相关地下空间利用设施。

　　基于可持续发展理念及空间最大化利用原则，近7万m²室外展场地下空间零利用无疑造成了极大的空间资源浪费。经市场调研及会展中心整体职能规划，中央空调供能系统拟采用地热能源，引进地源热泵新能源利用技术。根据场地热响应测试报告，为满足会展中心的能源需求，地埋管换热容量需换热器井有效深度109 654.26m，按每个换热器井有效深度120m计算，需914个地埋管换热井，规划占地面积近5万m²。室内展场区域地下空间规划成熟，冷热能源供应设施尽可能调整至室外展场地基结构层以下。经深化设计，在室外展场区域布设地源热泵地埋管近7.5万m²(见图2)，共计布设地埋管换热井2 716个，其中，西侧展场A夏季放热6 808k W，冬季取热4 943k W，孔数1 456个，占地面积约4万m²;东侧展场B夏季放热5 760k W，冬季取热4 123k W，孔数约1 260个，占地面积约3.5万m²;设计孔深120m，钻孔直径180mm。室外展场结构层以下地源热泵地埋管井布设利用室外展场现有场地地下空间，提高了空间利用率，避免了对室内展厅功能规划的大范围调整。

　　3 地基处理及地源热泵交叉施工重难点

　　1)回填质量标准高设计荷载标准≥100k N/m²的室外展场地基处理要求高，地源热泵地埋管及管井反开挖施工需对已处理地基进行大面积开挖，确保反开挖回填质量是影响地基处理效果的重要因素。

　　图2 室外展场与地源热泵交叉布置 

　　2)成品保护难度大地源热泵与室外展场地基处理交叉施工，不仅涉及地源热泵完工后上部地基处理分层填筑过程中对地源热泵地埋管及管井的成品保护，也涉及地源热泵反开挖施工过程中对已完工地基结构层的保护。地源热泵反开挖施工时尽量减小对地基结构层的破坏，上层地基处理填筑及碾压过程中保护已完工的地源热泵预埋管为施工重点。

　　4 解决措施

　　4.1 回填质量保证措施

　　为确保上层地基填筑及碾压过程不对地埋管造成破坏，在500mm厚6%灰土填筑碾压完成后进行反开挖施工，根据地源热泵地埋管线分布，需对已完工的灰土层反开挖达60%以上。地埋管线沟槽回填及地埋井泥浆回灌质量对展场地基处理成型效果影响较大，为确保施工质量，通过前期地源热泵施工技术研究及对同类型施工项目考察，拟采取如下措施:(1)废弃地源热泵地埋管沟槽开挖土，重新用地基结构层同材料回填碾压;(2)管顶上方首层回填采用15cm厚6%灰土(人工手持夯机夯实)+15cm厚6%灰土(人工手持夯机夯实)+20cm厚6%灰土(小型机械碾压);(3)保证地埋井泥浆回灌密实无空洞，打井前利用泥浆比重计、泥浆含砂量计、泥浆黏度计等仪器检测泥浆状态并记录，过程中进行抽测，根据上述测试数据用细砂回灌密实。

　　4.2 地源热泵地埋管成品保护措施

　　经设计测算，管顶覆土≥50cm可保证地埋管的安全性，施工时为最大限度降低上层地基处理碾压过程中引起的地源热泵地埋管破损风险，除常规管底用20cm细砂填实找平外，在管顶加铺20cm中粗砂防护，管道上方500mm处埋置标识带，以防二次开挖破坏管道(见图3)。上层路基施工过程中水平环路集管始终保持压力，通过压力数值变化反映管道渗漏情况。

　　4.3 已完工地基成品保护措施

　　地源热泵地埋管井在地基处理完成500mm厚6%灰土填筑后进行反开挖施工，意味着地埋井泥浆回灌自流槽处于已完工地基结构层上，为避免泥浆大面积渗透，自流槽周圈采用防水材料包裹;为减小对现有结构层的破坏，自流槽布设结合地埋管沟槽开挖路由，同槽布设，泥浆池位置选择与地源热泵工作井点位重合，外包防水材料，具体布设方式如图4所示。

　　图3 地源热泵地埋管沟槽回填方式  

　　图4 泥浆池及自流槽布设  

　　5 主要施工方法

　　5.1 500mm厚6%灰土地基处理

　　本工程主要为富水软土地基，场地清理开槽至设计标高，整体呈富水松软状态。

　　1)为确保槽底压实质量，采取原槽戗灰处理:表面清理完成后，使用压路机进行试压，无明显下陷路段，原槽戗6%生石灰，处理深度200～300mm;明显软弹部位，对软弹区域下挖至淤泥槽底，换填灰土，确保压实效果。

　　2)原槽戗灰处理完成后分层回填500mm厚6%灰土，单层压实厚度250mm，采用推土机粗平、平地机精平、20t单钢轮振动压路机碾压成型。

　　3)为避免6%灰土层因长时间不进行上层施工而开裂，500mm厚6%灰土顶层验收合格后上覆100mm素土进行防护。

　　5.2 地源热泵地埋管井系统施工

　　地源热泵地埋管井在已完工地基结构层上反开挖施工，须采取必要措施最大限度减小对结构层产生的不利影响，具体施工顺序如下。

　　1)定位放线精准定位≥2个永久性标志点，依此确定打井局部区域后对每个井孔定位，用孔位桩进行标记;根据地埋管路由及工作井点位确定自流槽和泥浆池位置、走向及尺寸，保证同槽同点位开挖，永临结合，减小对结构层的破坏。

　　2)钻孔及地埋管换热器安装按放线点位开挖自流槽及泥浆池，钻机就位后与桩位对正，接通水电钻孔，安装地埋管换热器。

　　3)钻孔回填采用原浆回填，保证钻孔回填完毕后与周围地层一致，可减少泥浆处理量。原浆回填未密实的钻孔可用细砂回填密实。

　　4)水平环路集管沟槽开挖及管道连接按放线路由组织水平管沟槽开挖，严格控制槽底标高，保证管道3%坡度，以便系统排气;管沟开挖完毕后，对沟槽及地埋管换热器进行人工清理，并在管沟底部铺设200mm厚中粗砂垫层;依次安装水平环路集管。

　　5)水平管沟回填水平环路集管试压合格后，在保持压力的情况下先在管道上部敷设200mm中粗砂，上层采用与结构层同材料填料分层回填;分层结构及处理方式为200mm中粗砂填实+150mm灰土人工夯实+150mm灰土人工夯实+200mm灰土小型碾压机械(3t)静压3～5遍，检测回填压实度与结构层同标准即为合格，管道上方500mm处埋置标识带，以防后续结构层填筑碾压破坏管道。

　　6)检查井砌筑及主管道安装按图施工检查井，安装分集水器，连接主管道，参照水平管道沟槽回填逐层回填主管道沟槽。

　　7)室外地埋管系统调试及交付室外管道全部连接完毕，通过检查井内分集水器进行水压试验，合格后顺接至室内机房，对空调系统进行整体调试。

　　5.3 既有地源热泵管道上方地基处理

　　既有地源热泵管道上方覆砂200mm+覆土500mm，可满足管道保护覆土厚度，后续地基结构层施工过程中地源热泵地埋管道均保持加压状态，各层施工完成后均需检查压力状态，出现异常及时进行检修，避免破坏上层地基结构。剩余300mm厚6%灰土地基施工时，在管道标识带位置应尽量避免振动碾压，管道以外区域正常按“3+2”碾压程序组织施工。12%灰土底基层、水泥稳定碎石基层、钢筋混凝土面层不受既有地源热泵管道影响，按常规施工方法分层组织填筑碾压施工。

　　6 结语

　　1)国家会展中心(天津)一期工程在大型展场不设置地下结构物，展场地面采用实铺地坪做法的大环境下，引进地源热泵新能源技术，与大面积重载室外展场地下空间的利用相结合，丰富了城市地下空间利用方式，提高了空间利用率。

　　2)在确保满足室外展场高标准承载力要求的前提下，优化地源热泵地埋井泥浆回流、管道沟槽回填等工艺，实现二者交叉施工相互影响率最小化。

　　3)通过上述方法，避免了重载室外展场地下空间的大面积浪费，可为今后类似工程提供参考。