换填法地基处理的设计及施工方法

2020-03-08赵俊雅史博研

工程技术研究 2020年8期

赵俊雅，史博研

（1.北京市机械施工集团有限公司，北京 100045；2.中铁第六勘察设计院集团有限公司，天津 300000）

城市地表广泛分布着一定厚度的素填土、杂填土等人工填土。填土具有成分不均、稳定性差、力学性质差异大、欠固结等特点，一般不宜作为天然地基使用，需采取一定的措施进行地基处理。就目前的工程经验来看，在填土地基处理实践中应用的比较广泛的方法是换土垫层法，即将软弱土及不良土开挖至一定深度，回填以砂、砾、碎石、石渣等好土，简称换填法。北京通州区环球影城土方及场地准备工程，场地地表广泛分布素填土、杂填土，其承载力低、抗剪强度低、压缩性高、渗透性质不均、填埋时间短、未完成固结、工程力学性质差，不宜作为天然地基使用，必须采取一定的措施，以提高土的抗剪强度，提高地基承载力，增加地基的稳定性；减小土的压缩性，减少地基变形；改善土的渗透性，减少渗流量，防止地基渗透破坏等。

换填法是目前填土地基处理实践中利用比较广泛的一种方法，掌握其具体设计原则和规律，并对该方法的具体施工做分析与讨论，这对提高工程整体稳定性有至关重要的作用。

1 换填法地基处理概述

换填法是目前施工中利用比较普遍的一种地基处理方法，又称之为换土法，具体指的是将地基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实的一种地基处理方法[1]。对目前的工程建设分析发现，一般采用的是开挖换填天然砂砾，即在一定范围内，把影响地基稳定性的软弱土用挖掘机挖除，用天然砂砾进行换置，开挖换填深度在2m以下，采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法时，从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。

2 工程概况

北京通州区环球影城施工场地达4.0km2，主要有主题公园1、后勤区、酒店1A、酒店1B、城市大道、酒店3、停车楼、水上乐园、主题公园2、酒店4、酒店5A、酒店5B、扩展区等构成。此项目所处区域的地貌类型为永定河冲积平原区，地势较为平坦，地面高程为20.96～21.97m，总体上西北稍高，东南略低。场地地表广泛分布素填土、杂填土。此区域年平均降水量在610.0mm左右，最大降雨量为1114.2mm，最小降雨量为227mm。

该工程施工过程中存在着几大难点：（1）该工程施工项目单一，且工程量大，工期紧，质量标准高，要求同时在施面积较大，涉及施工班组较多。（2）设计及验收标准高。土方填垫后场地承载力达到130kPa、160kPa，总沉降不超过25mm；每层压实度达到0.95，压实度检测验收100%合格。（3）原状土层分布不均，土方开挖高低不一，且现场草根需单独剥离，整体土方开挖施工降效严重。场地开挖标高多达几十种。（4）土方及碎石使用量巨大，材料缺口严重，天然级配砂石用量60万m3，素填土缺口量455万m3。（5）施工机械投入量大，运输组织难度大，不同种类机械投入量多达上千台。

3 换填法地基处理设计

从上述分析来看，工程的具体实施存在着一定的难度，尤其是在地基处理方面难度比较大。如果设计工作出现了问题，整体工程的质量和施工效率都会受到影响，所以做好地基处理和换填法的设计工作是最基本至关重要。

就换填法地基处理的具体设计来看，主要强调三方面的内容[2]：（1）施工准备设计。施工准备会对施工造成严重的影响，所以在施工前，需要基于施工的具体要求做相应的设计，包括施工材料设计、施工步骤和环节设计、施工应用器械设计等。（2）施工设计。施工设计是施工执行的重要参考，设计的完善性对施工的有效性影响显著。就施工设计来看，具体的内容有技术设计和管理设计两大部分，技术设计主要是基于施工要求和材料等对具体的施工工艺利用做设计，管理设计则主要强调施工过程中的管理规范和细节。（3）施工质量控制设计。主要是设计施工质量控制指标，为施工质量验收和管理提供参考。

4 换填法地基处理施工

施工过程中既要按设计图纸施工，更要保证施工的质量。换填法地基处理施工的主要施工步骤和方法如下。

4.1 强调施工测量

在具体的施工中，测量工作占据着重要的地位，一方面，其是施工的重要参考依据，另一方面，其是施工质量控制的重要因素。具体施工测量主要包括如下内容：（1）平面控制网的施测。用全站仪测设出与建筑物轴线平行的控制线或方向线，或用测距的方法沿方向线依次定出所需的各个桩点，具体的测量精度要求：测角±10"，量距1/20000。（2）高程控制测量。高程控制点的引测方法采用附合测法，由已知高程点的高程依次引测到现场临时高程控制点上，然后再闭合到另一已知高程点。（3）土方施工测量。采用GPS-RTK测量技术，实测现场地形地貌图，测点间隔不大于10m×10m，测量场地高程。施工过程中，挖土填土作业时，每挖深或填高一层要对该层高程及时测量，严格控制开挖和填土的高程及范围，要做到既不超深又必须达到设计开挖标高。

4.2 场地的清表和平整

此工作的开展需要强调如下内容：（1）机械配置的明确。土地清表工作开展要保证效率和质量，需要实现机械化工作，现场施工需要每班组配备6辆推土机、6辆铲车、30辆运输车，如不能满足工程需求时，临时增加。（2）明确清表的要求。完成清表工作对于标高控制和后续施工有重要的影响。该工程施工区域表层均为杂草，所以为避免有机质超标及植物根系影响，正式施工前须先对作业区域进行清表处理，清表深度至少10cm。清除物外弃出施工现场，并进行消纳处理。如清表10cm后地表植物根系较多，经现场确认深挖厚度，确认完成后，深挖土方运送至资源处置中心，进行草根筛分[3]。

4.3 土方的开挖

在换填法地基处理实践中，土方开挖是重要的工作步骤，土方开挖的具体实施需要明确如下内容：（1）开挖前准备。在土方开挖前，必须做好充分的施工准备，以保证后续的开挖施工的顺利开展。就具体的准备工作来看，主要有机械准备、人员准备、测量准备和场地准备等。只有在各项准备工作完善的情况下，开挖的实施才会更有效率，质量也能得以保障。（2）土方开挖。土方开挖采用自上而下分层进行，施工中随时作成一定的坡度，以利排水。开挖分部位和工作面进行，合理安排，尽量做到开挖强度均衡。每开挖一层，边坡修整一层，人工配合反铲挖掘机按设计削坡，以满足设计的坡度和坡面平整度。为了强调土方开挖的安全性，开挖土方时，应有专人指挥，防止机械伤人或坠土伤人[4]。

4.4 土方回填

土方回填是换填法地基处理中至关重要的一步，是必须重视的内容。在实际施工中需注意如下内容：（1）填土的标准分析与确定。回填土必须满足地基处理的相关要求，其才可作为回填土，所以必须对回填土做分析与讨论。（2）掺拌料碾压。具体指的是在回填土中进行掺料，然后进行碾压。（3）试验检测。试验检测的目的主要是分析地基处理是否满足具体的要求[5]。在具体的检测中，有3项内容必须重视：一是原材料检测，现场回填的素土、碎石、还原土、再生混合料等，均需要现场见证取样进行检测，合格并符合设计要求后方可投入回填施工中；二是压实度检测，换填地基的施工质量检验应分层进行，并应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层；三是承载力检测，每回填2m进行平板载荷试验，地基承载力以实际测试数据为准，回填至设计标高后再次进行平板载荷试验，地基承载力特征值不小于130kPa/160kPa，并且要在每5000m2的回填层做1点平板载荷试验，具体点位依据设计图纸。