湿作业条件下砂、砾石换填地基軟弱层施工实践

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摘   要：本文通过洛阳市高层次人才居住区4＃高层住宅楼，采用级配砂石垫层处理地基的施工实践，证明了级配砂石换填不均匀軟弱层地基同样具有强度高、变型小，可以在地下水饱和状态下施工的特点；改善了级配砂石必須在无水状态下施工的条件限制，补充了地基处理施工规范，提高了地基处理效果，缩短了工期降低了造价，是一种很好的地基处理方案。

    关键词：级配砂卵砾石，压实系数，不均匀系数，曲率系数。       1、工程概况     洛阳市高层次人才居住区4＃楼，位于洛南新区洛河大堤南侧，地下二层，地上二十六层。剪力墙筒体结构，总建筑面积17926平方米。设计基础埋深在自身地面下5.7米。设计地基承载能力≥380KPa。基坑开挖至设计标高后，发现基底下部存积大片的砂窝，泥卵等软弱层，经采用钎探，超重型动力触探，施工勘探等探明在自然地面下9.4米以上部分需要挖除，该标高比稳定地下水位低1.9米。经地质、设计、建设、监理及施工单位多次会议，确定采用砂、卵、砾石换填地基处理方案。     2、岩石地质条件     工程紧临洛河大堤、场地为废弃的采砂石料厂，地貌单元地属洛河Ⅰ级阶段，根据河南省有色工程勘察有限公司提供（岩土工程勘察报告）得知，在勘探深度范围内的岩土为等四系冲，洪积成因，呈上细下粗典型二元结构特征，分布特征自上而下依次为：耕土、杂填土；黄土状粉土、粉砂（局部与卵石交错）；卵石（局部夹泥质卵石、中砂、淤泥及圆砾、砾砂）、圆砾、卵石和圆砾层。 地下水类型属与孔隙潜水，水量丰富，水位稳定在自然地面下7.5米，存于卵（砾）石层中，年变幅量在2.0－3.0米。     3、施工准备     3.1　采用局部（仅挖深的软弱层范围）管井降水，挖除软弱层，为防止地基卸载后的反弹，随即浇筑了500－1300ｍｍ厚的C15素砼；并在基坑四周又设一道1000ｍｍ宽砼围堰及边坡锚喷支护。以防坑壁坍塌。     3.2　选定料厂做级配试验：     要使砂卵砾石压实地基有较高的密度，填料必须满足以下要求：     3.2.1　填料级配良好：     不均匀系数Cｎ≥5；     曲率系数Cｃ＝1－3；     3.2.2填料中大于5ｍｍ颗粒的含量在65－70%之间。     3.2.3最大粒径不超过50ｍｍ。     3.2.4含泥量（小于0.1ｍｍ颗粒含量）要低于3%。     我们对工地附近的几个料厂进行了多次踏察，发现天然砂石料中，砂含量较大，不能满足最佳级配要求。通过比较决定采用2－5cm的卵石，0.5－2cm的园砾和0.5ｍｍ以下中粗砂等三种筛分料进行人工拌合，三种筛分料的颗粒组成见下表： 　　　　　三种筛分料颗粒组成表　　　　　单位：（ｍｍ）

筛分名称 颗粒组成（%） 卵石 50－40ｍｍ 40－20ｍｍ 小于20ｍｍ 36.25 56.77 6.98 园砾 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　设计颗粒级配和控制干密度：     将三种规格料：卵石、园砾、砂分别以4：3：3、 5：2：3、3.5：3：3.5的比例进行试配，然后进行相对密度试验和颗分试验，结果如下表：   三种配合比的最大、最小密度表

编号 配料比例（%） 最小密度 （ｇ/cm³） 最大密度 （ｇ/cm³） 卵石 园砾 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

       三种配合比的级配分析结果如下表：　　　　单位：ｍｍ

组 号 颗粒组成（%） 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

      以上述试验结果表明，以4：3：3比例配合料较优越，其最小、最大密度比较高，以此比例作为设计配合比，经取样、试验，结果最大干密度为2.26ｇ/cm³，最佳含水率6.0%，卵石占总量的40%，园砾占总量的30％，中粗砂占总量的30%。     3.4　压实设备选择：     砂石填料宜采用自重大，频率低的震动压路机进行多遍碾压。砂石填料获得最大密实度是通过压实设备以其自重和震动能量在填料面上作功的总和而产生的。震动压路机必须选择最佳的震动震幅和振动频率，才能使砂石填料具有足够的压实运动时间，才能对级配良好的砂石填层产生最大的压实作用。     根据现场的实际情况及以往的施工经验，选用YZ－18型振动压路机，限定碾压行速≤30ｍ/ｍｉｎ。       压路机主要机械性能见表

型号 自重 外轮宽 激振力 总线压力 振动频率 最小行速 YZ-18 18T 2.30ｍ 320KN 350N/cm² 32Hｚ 1.8ｋｍ/ｈ

      3.5确定施工参数：     因工程紧临洛河大堤，又处于河坝蓄水期，原设置的降水井点形成的降水漏斗很难满足降水施工的要求，达不到地基规范要求的在干燥状态下砂石换填的条件，为此，经有关专家结合施工现场实际研讨论证，决定打破级配砂石必须在干燥状态下施工的规范规定；采用水下作业，带水铺碾，并确保换填时基底水深不得大于300ｍｍ的要求（含水深300ｍｍ）；施工时第一层虚铺厚度800ｍｍ；第二层及以上各层虚铺厚度300ｍｍ；18T震动压路机均匀震动碾压8－10遍。     4、施工：     4.1填料质量要求：     4.1.1填料级配良好；     4.1.2填料中砂石质量满足要求；     4.1.3保证填料的最佳含水率；     4.1.4填料中不能有泥块、杂草、含泥量低于5%。     填充料在料场用装载机按4:3:3比例进行人工拌合，拌合遍数不小于3遍，然后装入翻斗汽车运入坑底，填料进入坑底后用推土机刮平，振动压路机碾压，碾压时先压长边，后压短边，先静压两遍，然后振动碾压8遍，保证基坑覆盖面均匀获得8－10遍的压实要求，边角压路机压不到部位用蛙式打夯机补振。铺筑工作从低处向高处水平状分层填筑，每层内不留施工缝。     4.2施工流程图见下页。     4.3施工过程中压实系数检测：     因碾压后的级配砂砾石用环刀取样有困难，实际操作时根据规范要求采用级配纯砂预埋取样点，在同条件下碾压后，用容积不小于200cm³的标准环刀压入碾压层1/3－2/3的深度内取样测定干密度；所有试验点的压实系数在0.96－1.06之间，满足设计要求。     　　  开挖基坑  　　　　　　　　 进料检测 　　　　 　　  基坑验槽　　　　  　 　　　拌和砂石料 　　 　　　分层铺筑砂石料   　   　分层碾压  

 

　　　分层取样检测压实度  

 

　　　填至设计标高后作静载检验　　　达到设计要求            基础换填施工流程图       5、静压试验     基坑回填至设计标高后，选取3个试验点，用直径为1.1ｍ，面积约0.95m²的压板，在砂石填层顶面3个试验点分别加载，当各点加载量达到1000Kpa；均未达到极限荷载，此时的地基承载力特征值为500Kpa，満足380Kpa的设计要求，试验结果见下表。       静载荷试验结果表

试验点号 压板 直径 最大加 荷　量 最大沉 降量 设计要求承载力 承载力 特征值 特征值对应的沉降 特征值对应的变形模量 S1＃（东） 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