濕作業(yè)條件下砂、礫石換填地基軟弱層施工實踐

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摘   要：本文通過洛陽市高層次人才居住區(qū)4＃高層住宅樓，采用級配砂石墊層處理地基的施工實踐，證明了級配砂石換填不均勻軟弱層地基同樣具有強度高、變型小，可以在地下水飽和狀態(tài)下施工的特點；改善了級配砂石必須在無水狀態(tài)下施工的條件限制，補充了地基處理施工規(guī)范，提高了地基處理效果，縮短了工期降低了造價，是一種很好的地基處理方案。

    關(guān)鍵詞：級配砂卵礫石，壓實系數(shù)，不均勻系數(shù)，曲率系數(shù)。       1、工程概況     洛陽市高層次人才居住區(qū)4＃樓，位于洛南新區(qū)洛河大堤南側(cè)，地下二層，地上二十六層。剪力墻筒體結(jié)構(gòu)，總建筑面積17926平方米。設計基礎埋深在自身地面下5.7米。設計地基承載能力≥380KPa。基坑開挖至設計標高后，發(fā)現(xiàn)基底下部存積大片的砂窩，泥卵等軟弱層，經(jīng)采用釬探，超重型動力觸探，施工勘探等探明在自然地面下9.4米以上部分需要挖除，該標高比穩(wěn)定地下水位低1.9米。經(jīng)地質(zhì)、設計、建設、監(jiān)理及施工單位多次會議，確定采用砂、卵、礫石換填地基處理方案。     2、巖石地質(zhì)條件     工程緊臨洛河大堤、場地為廢棄的采砂石料廠，地貌單元地屬洛河Ⅰ級階段，根據(jù)河南省有色工程勘察有限公司提供（巖土工程勘察報告）得知，在勘探深度范圍內(nèi)的巖土為等四系沖，洪積成因，呈上細下粗典型二元結(jié)構(gòu)特征，分布特征自上而下依次為：耕土、雜填土；黃土狀粉土、粉砂（局部與卵石交錯）；卵石（局部夾泥質(zhì)卵石、中砂、淤泥及圓礫、礫砂）、圓礫、卵石和圓礫層。 地下水類型屬與孔隙潛水，水量豐富，水位穩(wěn)定在自然地面下7.5米，存于卵（礫）石層中，年變幅量在2.0－3.0米。     3、施工準備     3.1　采用局部（僅挖深的軟弱層范圍）管井降水，挖除軟弱層，為防止地基卸載后的反彈，隨即澆筑了500－1300ｍｍ厚的C15素砼；并在基坑四周又設一道1000ｍｍ寬砼圍堰及邊坡錨噴支護。以防坑壁坍塌。     3.2　選定料廠做級配試驗：     要使砂卵礫石壓實地基有較高的密度，填料必須滿足以下要求：     3.2.1　填料級配良好：     不均勻系數(shù)Cｎ≥5；     曲率系數(shù)Cｃ＝1－3；     3.2.2填料中大于5ｍｍ顆粒的含量在65－70%之間。     3.2.3最大粒徑不超過50ｍｍ。     3.2.4含泥量（小于0.1ｍｍ顆粒含量）要低于3%。     我們對工地附近的幾個料廠進行了多次踏察，發(fā)現(xiàn)天然砂石料中，砂含量較大，不能滿足最佳級配要求。通過比較決定采用2－5cm的卵石，0.5－2cm的園礫和0.5ｍｍ以下中粗砂等三種篩分料進行人工拌合，三種篩分料的顆粒組成見下表： 　　　　　三種篩分料顆粒組成表　　　　　單位：（ｍｍ）

篩分名稱 顆粒組成（%） 卵石 50－40ｍｍ 40－20ｍｍ 小于20ｍｍ 36.25 56.77 6.98 園礫 大于20ｍｍ 20－10ｍｍ 10－5ｍｍ 小于5ｍｍ 4.22 68.88 21.44 5.46 砂 5－2 2－1 1－0.5 0.5－0.25 小于0.25 15.24 29.21 30.45 20.85 4.25                

    3.3　設計顆粒級配和控制干密度：     將三種規(guī)格料：卵石、園礫、砂分別以4：3：3、 5：2：3、3.5：3：3.5的比例進行試配，然后進行相對密度試驗和顆分試驗，結(jié)果如下表：   三種配合比的最大、最小密度表

編號 配料比例（%） 最小密度 （ｇ/cm³） 最大密度 （ｇ/cm³） 卵石 園礫 砂 1 40 30 30 1.952 2.260 2 50 20 30 1.948 2.144 3 35 30 35 1.94 2.168 平均       1.946 2.190

       三種配合比的級配分析結(jié)果如下表：　　　　單位：ｍｍ

組 號 顆粒組成（%） 50－40 40－20 20－10 10－5 5－2 2－1 1－0.5 0.5-0.25 小于0.25 1 11.9 25.67 7.29 21.09 3.49 3.46 10.72 12.88 3.50 2 14.87 32.00 4.86 14.13 3.49 3.46 10.72 12.88 3.50 3 10.12 22.06 7.29 21.09 4.04 4.01 12.40 14.93 4.06

      以上述試驗結(jié)果表明，以4：3：3比例配合料較優(yōu)越，其最小、最大密度比較高，以此比例作為設計配合比，經(jīng)取樣、試驗，結(jié)果最大干密度為2.26ｇ/cm³，最佳含水率6.0%，卵石占總量的40%，園礫占總量的30％，中粗砂占總量的30%。     3.4　壓實設備選擇：     砂石填料宜采用自重大，頻率低的震動壓路機進行多遍碾壓。砂石填料獲得最大密實度是通過壓實設備以其自重和震動能量在填料面上作功的總和而產(chǎn)生的。震動壓路機必須選擇最佳的震動震幅和振動頻率，才能使砂石填料具有足夠的壓實運動時間，才能對級配良好的砂石填層產(chǎn)生最大的壓實作用。     根據(jù)現(xiàn)場的實際情況及以往的施工經(jīng)驗，選用YZ－18型振動壓路機，限定碾壓行速≤30ｍ/ｍｉｎ。       壓路機主要機械性能見表

型號 自重 外輪寬 激振力 總線壓力 振動頻率 最小行速 YZ-18 18T 2.30ｍ 320KN 350N/cm² 32Hｚ 1.8ｋｍ/ｈ

      3.5確定施工參數(shù)：     因工程緊臨洛河大堤，又處于河壩蓄水期，原設置的降水井點形成的降水漏斗很難滿足降水施工的要求，達不到地基規(guī)范要求的在干燥狀態(tài)下砂石換填的條件，為此，經(jīng)有關(guān)專家結(jié)合施工現(xiàn)場實際研討論證，決定打破級配砂石必須在干燥狀態(tài)下施工的規(guī)范規(guī)定；采用水下作業(yè)，帶水鋪碾，并確保換填時基底水深不得大于300ｍｍ的要求（含水深300ｍｍ）；施工時第一層虛鋪厚度800ｍｍ；第二層及以上各層虛鋪厚度300ｍｍ；18T震動壓路機均勻震動碾壓8－10遍。     4、施工：     4.1填料質(zhì)量要求：     4.1.1填料級配良好；     4.1.2填料中砂石質(zhì)量滿足要求；     4.1.3保證填料的最佳含水率；     4.1.4填料中不能有泥塊、雜草、含泥量低于5%。     填充料在料場用裝載機按4:3:3比例進行人工拌合，拌合遍數(shù)不小于3遍，然后裝入翻斗汽車運入坑底，填料進入坑底后用推土機刮平，振動壓路機碾壓，碾壓時先壓長邊，后壓短邊，先靜壓兩遍，然后振動碾壓8遍，保證基坑覆蓋面均勻獲得8－10遍的壓實要求，邊角壓路機壓不到部位用蛙式打夯機補振。鋪筑工作從低處向高處水平狀分層填筑，每層內(nèi)不留施工縫。     4.2施工流程圖見下頁。     4.3施工過程中壓實系數(shù)檢測：     因碾壓后的級配砂礫石用環(huán)刀取樣有困難，實際操作時根據(jù)規(guī)范要求采用級配純砂預埋取樣點，在同條件下碾壓后，用容積不小于200cm³的標準環(huán)刀壓入碾壓層1/3－2/3的深度內(nèi)取樣測定干密度；所有試驗點的壓實系數(shù)在0.96－1.06之間，滿足設計要求。     　　  開挖基坑  　　　　　　　　 進料檢測 　　　　 　　  基坑驗槽　　　　  　 　　　拌和砂石料 　　 　　　分層鋪筑砂石料   　   　分層碾壓  

 

　　　分層取樣檢測壓實度  

 

　　　填至設計標高后作靜載檢驗　　　達到設計要求            基礎換填施工流程圖       5、靜壓試驗     基坑回填至設計標高后，選取3個試驗點，用直徑為1.1ｍ，面積約0.95m²的壓板，在砂石填層頂面3個試驗點分別加載，當各點加載量達到1000Kpa；均未達到極限荷載，此時的地基承載力特征值為500Kpa，満足380Kpa的設計要求，試驗結(jié)果見下表。       靜載荷試驗結(jié)果表

試驗點號 壓板 直徑 最大加 荷　量 最大沉 降量 設計要求承載力 承載力 特征值 特征值對應的沉降 特征值對應的變形模量 S1＃（東） 1.1ｍ 1000 Kpa 8.36 ｍｍ 380 kpa 500 Kpa 5.21 ｍｍ 77 Kpa S2＃（中） 1.1ｍ 1000 Kpa 8.49 ｍｍ 380 Kpa 500 Kpa 4.88 ｍｍ 82 Kpa S3＃（西） 1.1ｍ 1000 Kpa 7.01 ｍｍ 380 Kpa 500 Kpa 4.12 ｍｍ 97 Kpa