级配砂石换填施工要点分析及质量控制措施

2020-05-12石强

中国设备工程 2020年6期

关键词：砂石标高压实

石强

（中国热带农业科学院环境与植物保护研究所，海南海口 571700）

回填土地基承载力较弱，且土体固洁时间长，固洁后强度也难以达到设计要求，可通过级配砂石换填的方法解决。将一定深度的回填土地基挖除，然后，分层换填上强度较大的级配砂石，并配合以重锤夯实、强夯、振动压实等方法，从而提高地基的整体承载能力。

1 工程概况

本工程为一个4层实验室。框架结构，坡屋面，檐口高16.2m，屋顶高18.6m，U型平面布置，建筑占地面积约730m2。

建筑场地自然条件：50年重现期风压=0.7kN／m2，地面粗糙度B类。地震荷载：抗震设防烈度7度（0.1g），二组，场地类别Ⅱ类，抗震等级：三级。基础设计等级：丙级。

2 场地条件

拟建场地地势呈南高北低，标高为63～67m，高差较大。场地平整前经地质勘察后，地层自上而下依次为：

①素填土，分布于整个场地，主要由黏性土及砂组成，欠固结，欠压密。层顶标高为64.66～70.85m，层底埋深为0.60～1.30m，层厚为0.60～1.30m。承载力90kPa

②层粘性土，分布于整个场地，局部夹有未完全风化的花岗岩硬块，属于花岗岩风化残积土。层顶标高为63.81～70.25m，层底埋深为4.40～10.20m，层厚为3.50～9.10m。承载力160kPa

③层强风化花岗岩，下伏于整个场地，岩石破碎，岩芯呈碎块状，层顶标高为59.91～63.18m，层底埋深为5.00～11.50m，层厚为0.50～1.70m。承载力350kPa。

④层中风化花岗岩，下伏于整个场地，粗粒结构，块状构造，岩石较完整，裂隙稍发育，锤击声脆，岩芯呈短柱状，层顶标高为58.92～62.48m，未揭穿，最大揭露厚度5.30m。承载力2000kPa。勘察期间场地各孔均未遇见地下水。

3 地基处理方案

拟建场地地势呈南高北低，标高为63～67m，高差较大。设计±0.000的绝对标高为68.45m，经土方回填至标高68.00m。场区填土厚度为1～5m，不均匀分布。回填用土均来自场地周边开挖的原状黏性土，在回填过程中分层回填、分层压实。

该项目基础形式为柱下独立基础，基础设计埋深1650mm/1950mm，设计地基承载力180kPa。根据基础设计埋深，可知基础均坐落在回填土上，虽在场地回填过程中均分层回填及分层压实，但地基承载力也无法满足设计要求，需进行地基处理。本项目采取级配砂石换填的方案处理。

为了提高地基承载力和刚度的均匀性，减少不均匀沉降，根据下卧层的走势，基础底标高及换填地基顶标高均按南高北低原则确定。综合考虑原地势、建筑平面布置、基础位置回填土厚度、工期、造价、施工难易程度等，将场地分成7块区域。每块区域开挖换填深度不一致。详见图1。土方开挖按1:0.75放坡。根据各基础埋深，分层回填，分层碾压至设计标高。换填地基每层压实系数符合设计要求后，铺填上层。换填地基施工完成后，进行现场静载荷试验确定其承载力，需满足设计要求。

4 级配砂石换填地基的要点分析及施工质量控制

该项目地基换填采用级配砂石换填的方案，要弄清换填地基施工质量控制要点，首先，要清楚砂石换填的适用范围及作用。

图1 场地开挖平面布置

4．1 适用范围。

级配砂石换填地基主要是采用砂与砾石（碎石）混合为原材料，替换①原承载力较差的如饱和、非饱和软弱土或水下黄土地基。②小河、水塘、沟等的局部地基③深度在3m以内的软弱、透水性强的土层地基。不适用在①地下水位较高且流量大、流速快的地基。②加固湿陷性黄土地基和渗透系数小的黏土地基。③大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基。还需注意级配砂石换填厚度应控制在0.5～2.5m。如换填厚度小于0.5m，则难以发挥作用。如超过2.5m，则施工造价增加，施工难度也增大。综合以上使用范围，该项目选用级配砂石换填地基是合理的。

4．2 级配砂石换填地基的作用。

（1）提高浅层地基的承载力。地基中的剪切应力作用在基础底面下的边角，并随着荷载增加，逐渐向地基深处延伸。所以，基础底面下浅层地基换成强度大的砂石材料，可以降低剪切应力的破坏，提高地基的承载力。

（2）加速地基的排水固洁。级配砂石地基透水性大，在地基受到压应力后可形成较好的排水效果，使下层孔隙水压力消散。同时，还可以加快换填地基下土层的固洁，提高土层强度。

（3）减少基础沉降。软土地基的沉降量在基础整体沉降量中占比较大，且土体的侧向变形也是导致基础沉降量加大的主要原因。因此，通过级配砂石换填浅层软土，可以降低基础的整体沉降量。

4．3 施工质量控制

（1）材料质量要求。砂石垫层原材料要有良好的级配率，在振动压实时能有效的密实。选用颗粒级配良好、质地坚硬的中粗砂。砂中有机质与含泥量均要小于5%，并严格控制粉砂含量。碎石粒径小于50mm，含泥量、有机质等杂质含量小于5%。

（2）砂石配比要求。砂石配比以能满足设计压实系数为基础。有条件的地方可以根据室内实验确定。无条件的可在施工现场按砂石3:7比例进行预压实，达设计要求后根据实际配比量进行大面积施工。砂石混合料必须拌和均匀，没有粗细颗粒离析现象。

（3）含水量要求。严格控制级配砂石的含水量，含水量过低、过大效果碾压效果均不好。以湿润到饱和状态时效果最好。可在确定砂石配比时一同确定含水量。

（4）级配砂石的碾压要求。施工过程中严格按分层铺摊，分层压实。每层砂石厚度控制在15～20cm，不大于30cm。换填地基底部如深度不同时（本项目），基土面应挖成踏步或斜坡型，搭接处应注意压实。施工按先深后浅的顺序进行。碾压过程如发现砂窝或碎石成堆现象，应将该处砂或碎石挖出，填入级配好的砂石。在铺摊级配砂石及在碾压过程中，根据其干湿程度和气候条件，适当洒水，以保持级配砂石的最佳含水量。碾压遍数根据现场确定。

（5）质量检验要求。换填地基施工质量检验应分层进行，在每层压实系数符合设计要求后才进行下一层铺摊。整体换填地基施工完后，应委托具有地基检测资质的单位进行检测，确保换填地基承载力达设计要求。可采用现场静载试验，也可采用灌砂法、灌水法进行压实系数的检测。

（6）沉降观测要求。在主体结构出地面后，应及时设置沉降观测点。观测点、观测时间按设计要求。一般可在设置观测点后进行第一次观测，作为基础数据。以后每增加一层观测一次。项目竣工后第一年观测4次，第二年2次，第三年后每年1次，直至沉降稳定。