风积沙水坠地基处理试验及碾压法的工程应用

马耀疆 冯发言 程 魁

(陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西靖边 718500)

靖边化工园区位于毛乌素沙漠边缘，装置界区场地表层风积松散砂层和最近整平场地填方形成的松散砂层是工程关注的重点地层，装置界区的绝大多数装置和建筑物基础将置于该层松散的粉细砂中，对该层粉细砂采取何种措施对其进行地基处理是工程设计中的关键问题之一。

为了满足项目设计与地基基础施工的需要，根据风积沙地质及区域地下水浅的特性，我们在自然回填状态下、静水沉积砂土、浸水饱和分层碾压砂土三种状态下进行了探索性试验，通过对3组试验得到的密实度及承载力数据进行比较，得出通过水对砂子的水坠作用，再加上机械碾压，使砂粒重新排列组合，形成密实的砂土垫层，完全可以达到较高的密实度和承载力承受建(构)筑物的作用力。由于试验的验证，浸水饱和分层碾压法在靖边化工园区的施工过程中得到了广泛的应用。本文就这次试验的全过程进行了介绍，并对施工过程中的施工工艺和技术指标进行了探讨。

1 试验场地工程地质条件

1.1 场地地层及其工程性质概况

靖边化工园区装置界区地层主要由砂土、粉质粘土和基岩(砂岩)组成，在30 m～40 m以上为粉细砂层，砂层的密实度由上至下逐渐增加。对工程建设有显著影响的地层为粉细砂①层和粉细砂②层。粉细砂①层为表层风积松散砂层和最近整平场地填方形成的松散砂层，厚度多在现地面下5 m～6 m。粉细砂②层呈稍密～中密状态，层底面一般位于地下水位附近，即多在现地面以下12 m～17 m附近。粉细砂②层以下的砂层均呈密实状态。

1.2 地下水概况

靖边化工园区装置界区地下水位埋深一般在12 m～17 m之间，相应的标高介于1 302 m～1 307 m之间，属潜水类型。地下水位总体呈西北高东南低的趋势。

2 现场试验

为了解场地在自然回填状态下、静水沉积砂土、浸水饱和分层碾压砂土三种状态下的密实度和地基承载力，本次试验场地选择罐区场地北侧。

2.1 施工回填砂土的密实度及地基承载力

通过试验施工回填砂土干密度平均值为1.58 g/cm3，为松散状态。

2.2 静水沉积砂土的密实度及地基承载力

静水沉积砂土方法如下:先在试验场地挖一6 m×12 m的试坑，在坑中注满水，然后将砂土缓慢填入水中，直至将坑填满。填砂的过程中始终保持水头位于试坑坑口(即试坑中的水始终是满的)。待砂土中的自由水排完后(一般至少等待48 h)即开始做载荷试验和干密度的测试。

本次试验选择3种厚度的试验体，试验厚度分别为0.6 m，1.5 m和2.0 m，每种厚度的试验体各取3个载荷试验点，在每个载荷试验点两侧采用灌水法分别进行一次砂土的干密度试验。

2.3 浸水饱和分层碾压砂土的密实度及地基承载力

浸水饱和分层碾压砂土方法如下:先在试验场地挖一6 m×12 m的试坑，在坑中分层铺设砂土，分层厚度按0.3 m控制，然后在该层砂土上浸水直至其饱和。分层碾压设备采用50型装载机，碾压遍数按7遍～10遍控制。分层碾压达到预定厚度后，待砂土中的自由水排完(一般至少等待48 h)即开始做载荷试验和干密度的测试。

本次试验选择两种厚度的试验体，试验厚度分别为0.6 m和1.5 m，每种厚度的试验体各取3个载荷试验点，在每个载荷试验点两侧采用灌水法分别进行一次砂土的干密度试验。

2.4 试验结果

根据干密度试验曲线、载荷试验曲线和GB 50007-2002建筑地基基础设计规范附录C的有关规定，最终试验结果见表1。

2.5 试验结果分析

表1 靖边化工园区松散砂土地基处理方法对比表

由表1可见通过浸水饱和分层碾压砂土的承载力平均值相当于自然施工回填砂土承载力的3.3倍，相当于静水沉积的2.5倍。

3 工程应用

水坠砂地基是将基础底面下要求范围内的松散砂层挖出，用基底的砂子或分层回填(也可换填)的砂子，分层注水使砂子在饱和水情况下进行振击或压实而成。水坠砂地基具有一定的密实性、水稳性。

水坠砂地基不用水泥、石材，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响，能在施工期间完成沉陷，用机械及人工都可使地基密实。具有施工工艺简单，就地取材，可降低造价等特点，适用于砂土地基。

经试验研究及技术、经济分析，我们决定在靖边化工园区项目广泛应用水坠砂碾压法进行地基处理，成果较为明显的有在靖边化工园区迎宾、石化大道排水工程管道基础处理、厂区道路路基处理、二期食堂地基处理、超限厂房地基处理、装置区设备基础处理、装置区整体地下管道地基处理等工程中的应用。

通过应用实践，我们总结了一套有效可行的施工工艺技术，现将其简单介绍如下。

3.1 施工准备

1)施工机械:50型装载机、潜水泵、水管、手推车、铁锹等。

2)前期准备工作:场地已具备水坠砂施工条件;对基坑周边已进行清理，清除草根等杂物。

3.2 施工工艺流程

施工工艺流程见图1。

3.3 材料要求

一般沙漠地区为细砂、粉细砂，含泥量应小于5%(用作回填等透水要求不高的可适当放宽，但不应超过10%)，不得含有植物残体、垃圾等杂物。

3.4 施工工艺方法要点

1)水坠回填前应验槽，将基底杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣或压实时塌方。

2)水坠回填应分层铺设，分层注水、压实，筑坝围挡(面积根据水量大小确定)。每层铺设厚度、含水量控制及施工机具、方法的选用建议如下:

a.面积较小或机械无法进入地段:利用插摇法，铺设厚度为250 mm，注水高度略超过铺设面层(完全饱和)，用钢叉(钢叉分四齿，齿的间距30 mm，长300 mm，木柄长900 mm)插摇捣实，插入点间距为100 mm左右。

图1 水坠砂施工工艺流程图

b.宽度较小推土机无法碾压中间部位地段(一般为宽度小于2.8 m):利用压路机碾压法，铺设厚度为250 mm，含水量为10% ～14%，用小型双驱压路机往复碾压;碾压遍数以达到压实度为准，一般不少于4遍。

c.大面积地段:利用推土机碾压法，铺设厚度为250 mm～350 mm，含水量饱和(尽量注水高度略超过铺设面层)，用推土机(型号根据压实度检测结果确定)往复碾压，碾压遍数以达到压实度为准，一般不少于4遍。

3.5 质量控制

1)施工前应检查基底情况，不得有杂物。

2)施工过程中必须检查分层厚度、加水量、压实遍数、压实度，分段施工时应注意搭接部分的施工质量。

3)压实度按照设计要求(设计无要求的根据相应工程回填土规范要求执行)，最大干密度在试验室进行饱水震荡试验确定。

4)对作为地基等有承载力要求的，施工结束后应检查承载力。

4 结语

目前，水坠砂地基处理技术还没有形成规范化的技术标准和施工方法，制约了这一方法在工程中的应用。本文从三种方法的试验和施工工艺等方面对水坠砂地基处理技术进行了阐述，并结合工程实践，证明水坠砂地基处理碾压法在满足工程使用要求的同时，施工方便，节约投资，缩短工期。通过本文的介绍，为毛乌素沙漠地区进行大型石油化工工程建设水坠砂地基处理技术提供了一系列科学客观的实验数据，并总结出了一套简单、工期短、省投资的有效的方法手段。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［2］ 郭 东.水坠砂地基处理设计方法及工程应用［J］.山西建筑，2010，36(6):98-99.