粮仓建设地基处理中的级配砂石换填技术应用实践*

潘阿伟

(中央储备粮阿拉善直属库有限公司 750300)

1 工程概况

中央储备粮阿拉善直属库有限公司粮食仓储项目总投资1.36亿,项目占地面积93093.84 m2,建设主要内容为粮仓及附属配套设施。项目建设地点位于阿拉善盟左旗巴润别立镇国道307东侧,地貌单元为冲洪积地貌,属温带荒漠干旱区。建设项目见表1。

表1 主要建筑项目情况表

2 地质勘测

2.1 勘测布点

项目建设前期按照设计要求,每栋平房仓纵轴24 m,横轴120 m,地基进行地质勘测,地勘布点12点,纵轴2点间距12 m,横轴6点间距20 m。勘测布点见图1。

图1 平房仓地质勘测布点图

2.2 地基土壤性质

经过地质勘测,平房仓地基由粉土层和卵石层组成,具体土壤性质见表2。由于项目所在地属于山前冲积扇地貌,场地土成因不连续。此次勘察的最大间距为24.0 m,沿建筑物布设,没有形成密集型钻孔。

表2 地基土壤性质

2.3 平房仓地基勘测剖面图

从图2～图5可以看出,同一仓房南北剖面粉土层与卵石层分布不均匀,不同仓房剖面粉土层与卵石层差异更大。基层开挖后,发现卵石层不连续,粉土局部较厚,且地基承载力偏低,不能满足设计要求,需要做地基处理。地基处理采取级配砂夹石,并且注意下卧层是否满足承载及变形的要求。

图2 3号仓北剖面图

图3 3号仓南剖面图

图4 4号仓北剖面图

图5 4号仓南剖面图

3 设计院对工程地基处理要求

3.1 基坑开挖深度小于2.5 m处理方法

基坑开挖至设计标高时,如未遇到卵石层,应继续开挖,开挖至卵石层后换填至设计标高,然后进行基础施工。不符合要求的土质需全部清理干净,超挖部分分层换填级配砂石,分层厚度不大于300 mm,其压实系数不小于0.97,处理后的地基承载力特征值不应小于280 kPa,做法见图6。

图6 级配砂石换填示意图

3.2 基坑开挖深度大于2.5 m处理方法

超挖深度(基础底标高至卵石层)大于2.5 m仍未见卵石层,应由地勘单位分析该位置本土层及以下土层性质是否与勘察报告相符,必要时采取补勘等措施;当该位置图层分布与勘察报告一致时,仍属于粉土层且承载力不小于100 kPa,可采用级配砂石换填至基底设计标高。

3.3 级配砂石换填技术规范

按照《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012施工,材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑,并应级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质,当使用粉细砂或石粉时,应掺入不少于总重量30%的碎石或卵石;砂石的最大粒径不宜大于50 mm。

4 级配砂石换填

4.1 级配砂石配合比

根据GB/T 14684-2011《建设用砂》、JGJ 79-2012《建筑地基处理技术规范》、GB 50202-2018《建筑地基基础工程施工质量验收规范》等技术规范,结合当地砂石料供应情况,此次级配砂石配合比采用中粗砂40%;圆砾石20%,粒径20 mm～50 mm;碎石40%,粒径20 mm～50 mm。经最终静载实验,地基承载力不小于280 kPa,验证了级配砂石配合比符合设计要求。

4.2 级配砂石换填厚度

持续粉土层承载力不小于100 kPa,在粉土层上采取级配砂石换填,换填至基底设计标高,换填厚度不小于2.5 m。卵石层承载力不小于280 kPa,在卵石层上采取级配砂石换填,换填至基底设计标高,换填厚度不小于0.6 m。

4.3 级配砂石换填施工要点

级配砂石换填采取分层换填,分层厚度不大于300 mm,用22 t振动碾碾压密实不少于4遍,夯实后采取环刀取样法检测压实系数,压实系数不小于0.97,地基换填完毕采取静载实验检测地基承载力,处理后的地基承载力特征值不应小于280 kPa。

5 级配砂石换填对比分析

5.1 基本情况

4号、5号平房仓建筑面积均为2978.60 m2,占地面积相同,两栋平房仓相邻,长边直线距离17 m,基础均为钢筋混凝土独立基础,设计基础持力层都是卵石层,基础底标高都是-2.6 m。设计指出当基坑开挖至设计标高时,未到卵石层,应继续开挖至卵石层后用C20混凝土换填至设计标高。8月15日基坑正式开挖,到8月19日两栋平房仓基坑均挖至设计基底标高,但两栋平房仓基底均有大部分区域是粉土层,而非持力卵石层,经地勘工程师现场确认需继续加深开挖至卵石层,4号仓最大加深部位比设计基底深2.5 m,5号仓最大加深部位比设计基底深2.4 m。为加快施工进度并结合现场情况,业主、设计、勘察、监理、施工方协商决定:4号仓地基采用级配砂石换填,5号仓地基按原设计采用C20混凝土换填,两栋平房仓地基换填同时施工。

5.2 两栋平房仓地基加深开挖土方工程量和回填工程量

4号仓设计基底标高以下加深开挖土方工程量:4197.41 m3,级配砂石换填工程量:4197.41 m3。5号仓设计基底标高以下加深开挖土方工程量:3256.52 m3,C20混凝土换填工程量:1864.47 m3,土方回填工程量1392.05 m3。

5.3 两种地基换填在技术、工序上的差别

5.3.1 级配砂石换填 拌合好的级配砂石自卸汽车直接卸入基槽,装载机在槽内铲运平铺,每层300 mm厚,振碾机碾压密实4遍。压实系数现场取样试验,合格后进行下层铺压。换填完毕后,进行静载试验。此种换填以机械施工为主,配少许人工进行边角处理,技术要求不高,工序简单。

5.3.2 混凝土换填 木工支模,商品混凝土泵送入模,混凝土工进行振捣、抹面,浇筑完毕后隔天木工拆模,人工浇水养护至少7 d。另外,为防止出现大体积混凝土易开裂的弊病,还需分层浇筑。此种换填人工投入比级配砂石换填要多许多,技术要求一般,但工序相对级配砂石换填多一些。

5.4 两种换填在工期方面的对比

5号仓换填9月1日开始支模,到9月9日混凝土换填完成,9月10日～11日对混凝土周边回填土,历时共计11 d。4号仓换填9月2日开始,9月7日完成(中间因材料供应问题停工一天),9月8日～10日地基静载试验,历时共8 d。由以上数据可以看出,大体积地基换填用级配砂石比用混凝土节省工期近30%。

5.5 两种换填费用对比情况

5.5.1 级配砂石换填全费用综合单价:121.02(元/m3),4号仓级配砂石换填总费用:4197.41×121.02=507970.56(元)。

5.5.2 混凝土换填全费用综合单价:493.959(元/m3),普通回填土全费用综合单价:14.93(元/m3),5号仓混凝土换填总费用:1864.47×493.95=920954.95(元),5号仓换填混凝土周边回填土总费用:1392.05×14.94=20783.31(元),5号仓换填总费用合计:920954.95+20783.31=941738.26(元)。平均全费用综合单价:941738.26/3256.52=289.18(元/m3)。

5.5.3 级配砂石全费用综合单价121.02(元/m3),混凝土换填平均全费用综合单价289.18(元/m3),混凝土换填平均全费用综合单价比级配砂石全费用综合单价高138.95%。

综上所述,级配砂石换填相比混凝土换填,工序简单,以机械作业为主,辅以少量人工,工期节省30%,全费用综合单价节省138.95%。无论是施工便捷性、施工效率、经济指标均处于优势地位。