大面积地面软土地基处理施工技术研究与应用

2015-12-05靖自保向晖荣建华陈业林赵宁

天津建设科技 2015年4期

□文/靖自保向晖荣建华陈业林赵宁

□文/靖自保向晖荣建华陈业林赵宁

软土地基戗灰处理方法常见的是用于市政道路的路基处理中。为满足工艺简单，造价低廉的要求，文章论述的施工方法摒弃了传统的预拌然后直接进行灰土回填的施工工艺，而是直接在原场地进行布灰、拌灰、碾压处理。软土地基的戗灰处理能有效解决大面积地面地基承载力不足的问题，比起旋喷桩和CFG桩地基处理造价低很多，工艺也要简单高效，施工工期也大为缩短。

大面积；地面；软土地基；戗灰

近年来随着仓储及物流业的发展，各种大型车辆在厂区内出现，人们对厂区内地面的使用功能要求也越来越高。但区别于市政道路本身，一个物流仓库或一个仓储公司的建成，人们往往更关注的是建筑物本身的施工质量和使用功能，因此室内外地坪就处在了一个相对尴尬的位置，人们很容易就忽略了其重要性。人们对其使用功能要求的日渐提高与其处于易忽视的地位就形成了一个不可调和的矛盾。而厂区的选址常常会考虑地基便宜，交通压力小的问题，这样就避免不了的会遇到软土地基的情况。这种情况导致的结果就是大面积地面在设计过程中未充分考虑行车或载重的要求，在施工过程中也不能及时发现问题，直到使用过程中出现破坏的现象。

1　工程概况

中建钢构天津钢结构制作厂建设工程共包含1#、2#、3#厂房、包装车间及成品仓堆场室内外地面总面积约150000m2。通过对大面积地面软土地基的戗灰处理与CFG桩，旋喷桩处理进行对比分析，重点对戗灰处理进行研究与应用。

中建钢构天津钢结构制作厂建设工程项目场地埋深40.00 m深度范围内，地基土按成因年代可分为7层，按力学性质可进一步划分为13个亚层。

1）人工填土层。全场地均有分布，厚度0.40～2.40 m，底板标高为2.12～0.08 m，主要由素填土（地层编号1）组成，呈褐色，软塑状态，无层理，粉质粘土质，含砖渣、石子、植物根系等，属中压缩性土。人工填土填垫年限＜10a。

2）全新统上组陆相冲积层。厚度0.90～3.60m，顶板标高2.12～0.08 m，该层从上而下可分为2个亚层。第一亚层，粉质粘土（地层编号4a）：厚度一般为0.30～2.20 m，呈灰黄色，软塑～可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。其中在119、120、122、123、125、128、142、145、148、162、163、168、169、180、186、197、203、209号孔附近缺失该层。第二亚层，粉土（地层编号4b）：厚度一般为0.80～2.50 m，呈灰黄～黄灰色，稍密～中密状态，无层理，含铁质，属中（偏低）压缩性土。本层土各亚层水平方向上土质较均匀，4a亚层局部缺失，分布不稳定；4b亚层分布尚稳定，见图1。

图1　土层分布

场地内不良地质作用主要为地面沉降，因过量抽取地下水引起。所在区域1985—2010年，累计地面沉降近800mm，2010年度平均沉降量55 mm，设计时应引起注意。拟建厂房、堆场内均分布有吊车，地面荷载约3.2 t/m2，需进行地面处理，可考虑采用复合地基或桩基础。复合地基可采用旋喷桩或采用CFG桩，桩基础可采用预应力管桩。

在充分了解软土地基处理的施工方法的基础上，根据工程特点，确立了“大面积软土地基戗灰处理施工技术研究与应用”这一攻关内容。

2　研究内容

1）CFG桩的实施效果。CFG桩由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。CFG桩一般不用计算配筋并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低工程造价。

2）旋喷桩的实施效果。旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。

3）软土地基戗灰处理的实施效果。软土地基戗灰处理就是直接在原场地进行拌灰处理的一种施工方法，此方法常见的是用于市政道路的路基处理中。由于本工程大面积地坪的施工做法与道路类似且场地载荷较大，均在1 t/m2以上，故可以借鉴采用此方法进行地基处理。虽然戗灰处理最终的承载力不及旋喷桩或CFG桩的处理，但其施工工艺简单，造价也十分低廉，非常适合大面积地面地基的处理。地基处理完成后也完全满足地面地基承载力的要求。

4）软土地基戗灰处理施工工艺。本工程为满足工艺简单，造价低廉的要求，在大面积戗灰处理的施工工艺上做了一定的创新，摒弃了传统的预拌然后直接进行灰土回填的施工方法，直接在原场地进行布灰，拌灰、碾压处理。这样一来整个施工工艺就非常简单，实施起来省时省力。

5）软土地基戗灰处理施工质量控制措施。软土地基戗灰处理的关键就是要测量拌和土方量，明确拌灰范围、拌和深度并明确所需拌入石灰量，保证戗灰量满足要求且拌和均匀。施工过程中也需要加强监控，测定石灰计量，满足略大于最佳含水量的要求。

3　关键技术研究与应用

3.1软土地基戗灰处理

石灰是氧化钙（生石灰）和氢氧化钙（消石灰）的统称。不论生石灰、消石灰，水化后和土壤中的二氧化硅或三氧化二铝以及三氧化二铁等物质结合，即可生成胶结体的硅酸钙、铝酸钙以及铁酸钙，将土壤胶结起来，使灰土有较高的强度和抗水性。灰土逐渐硬化，增加了土壤颗粒间的附着强度。

密实度高的灰土强度高，水稳定性也好。密实度可用干重度控制。28d龄期的灰土抗压强度可达到0.5～0.7 MPa，200～300 a龄期的灰土抗压强度可高达8～10MPa。用亚粘土或粘土制作的三七灰土，在室内养护7 d后浸水48 h的形变模量为10～15 MPa，养护28 d浸水48h的形变模量为32～40MPa。

软土地基戗灰处理虽然最终的承载力不如旋喷桩或CFG桩，但其可直接在原场地，用原挖土机械进行，施工周期相对较短，不需要重新购置新机械，施工完成后，灰土固结速度较快，提升承载力效果明显，能满足天津地区除靠海码头外大部分室内外地坪的地基承载力要求。

3.2施工工艺

软土戗灰处理直接先将素土填筑至基底，经摊铺整平后采用轻型压路机先稳压1～2遍，使其表面平整。然后用石灰在土层上打上方格网（方格网根据地基宽度变化现场确定），同时划出摊铺石灰的边线，根据设计的灰剂量准确计算出每个方格网内所需石灰质量来进行均匀布灰。布灰后用刮板将石灰均匀摊开，石灰摊铺完后表面应没有空白位置，摊铺厚度均匀。然后量测石灰的摊铺厚度，根据石灰的含水量和松密度，校核石灰用量是否合适。布灰完成后立即进行拌和，按拌和2遍考虑，拌和过程中不得留有素土夹层，要拌入到下一层约30cm深。在拌和过程中及时检查含水量，含水量应略大于最佳含水量，拌好后及时进行灰剂量检测，使灰剂量必须满足要求。

3.3施工质量控制措施

土壤和石灰是组成戗灰处理灰土的两种基本成分。粘性土壤颗粒细、活性大，因此强度比砂性土壤高。一般情况下，以粘性土配制的灰土强度比砂性土配制的强度高1～2倍。房渣土作为灰土的土料也是可用的，但必须过筛，用它配制的灰土强度并不比其他土壤配制的低，有时反而较高，因房渣土中含有较多的活性矿物质。灰土强度在一定范围内随含灰量的增加而增加。但超过限度后，灰土的强度反而会降低。这是因为消石灰在钙化过程中会析水，增加了消石灰的塑性。灰土用的石灰最好选用磨细生石灰粉，或块灰浇以适量的水，经放置24h成粉状的消石灰。

戗灰用石灰必须过筛，灰粒≯5 mm，须拌和均匀并控制最佳含水量作为戗灰时的含水标准。戗灰处理前后的基底必须整个都夯打或碾压2遍。尤其是戗灰处理后的碾压是保证地基处理质量的关键。碾压的遍数以使灰土的干重度达到规范所规定的数值为准。

因此每次戗拌前测量预计拌和土方量，用石灰撒线，明确拌灰范围、拌和深度并明确所需拌入石灰量，做到数据准确，保证戗灰量满足要求且拌和均匀。施工时采用挖掘机翻拌，拌和过程中安排专人值班，全过程监控并安排专门的试验人员进行灰剂量检测，确定是否满足要求，若石灰衰减前的灰剂量小于设计灰剂量则须第二次加灰，为便于施工第二次加灰在地基上土完毕后进行，但加灰时务必做到均匀播撒。石灰拌和后须经至少一夜闷料。

4　软土地基戗灰处理总体施工技术

4.1工艺流程

首先要做的就是材料及施工机械的准备，保证整个戗灰的施工条件。然后直接在经过碾压处理的基底进行布灰拌灰处理，最后进行碾压、养护，见图2。施工方法简单易行，十分适合在本工程现场的施工条件下施工。

图2　施工工艺流程

4.2操作要点

4.2.1施工准备

在场地中间每10 m设一中桩并放出该层边线桩，进行水平测量并在边桩上准确标出实施层顶标高，有明显标记。准备经试验合格的白灰，生石灰要提前7～10 d进行充分消解并过筛。根据试验得出石灰密度和土松散密度。根据场地宽度、厚度及预定的压实密度计算干混合料重量，根据混合料的配合比、材料的含水量以及所用运料车辆的吨位计算各种材料的堆放距离和数量。

4.2.2布灰处理

先将素土填筑至地基，经摊铺整平后采用轻型压路机先稳压1～2遍，使其表面平整。然后用石灰在土层上打上方格网，同时划出摊铺石灰的边线。

4.2.3布灰

根据10%灰剂量准确计算出每个方格网内所需石灰质量来进行均匀布灰，布灰后用刮板将石灰均匀摊开，石灰摊铺完后表面应没有空白位置，石灰松铺厚度均匀，然后量测石灰的松铺厚度，根据石灰的含水量和松密度，校核石灰用量是否合适。

4.2.4灰土拌和

布灰完成后立即进行拌和，按拌和2遍考虑，拌和过程中不得留有素土夹层，要拌入到下一层约30 cm深。在拌和过程中及时检查含水量，含水量应略大于最佳含水量，拌好后及时进行灰剂量检测，使灰剂量必须满足要求，否则必须进行二次布灰。

4.2.5碾压

首先用胶轮压路机碾压1～2遍，然后用平地机整平和整形，在平地机操作过程中及时给出高程并用人工配合找补，应预留沉降量。

整形后在混合料的含水量处于最佳（1%～2%）时采用振动压路机和胶轮压路机及时进行碾压，直到满足压实度要求为止并及时进行检测。在碾压过程中应保持表面渐湿。每施工段末端10～12 m，不进行碾压，待下段施工时一并进行整平碾压。

4.2.6养生

洒水养生7 d，经常保持湿润并进行自检验收，对不合格处加以处治。养护期内应封闭交通，不能封闭交通时，应限制车辆通行且车速不超过30km/h。