摘要： 本文結(jié)合220kV蘇州張浦變電所主控制樓工程實(shí)例，介紹了砂石墊層換土法在建筑工程基礎(chǔ)地基處理技術(shù)中的應(yīng)用方法，施工技術(shù)與質(zhì)量控制，以及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的分析與評(píng)價(jià)。

　　[關(guān)鍵詞]砂石墊層, 應(yīng)用,評(píng)價(jià)

　　220kV蘇州張浦變電所工程，其主控制樓為二層框架結(jié)構(gòu)，柱下交叉條形基礎(chǔ)，檐高9.5m，建筑面積835.5㎡。設(shè)計(jì)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk≥90kPa。而巖土工程勘測(cè)報(bào)告表明：場(chǎng)區(qū)層①粉質(zhì)粘土地基承載力特征值fa1=85kPa，壓縮模量Es1-2,1=4.5MPa，不能滿足設(shè)計(jì)地基承載力要求和沉降變形限值。層②粉質(zhì)粘土地基承載力特征值fa2=200kPa，壓縮模量Es1-2,2=7.0MPa，地質(zhì)條件較好。經(jīng)過(guò)對(duì)多種地基處理技術(shù)方案進(jìn)行分析比較，決定采用以層②粉質(zhì)粘土作為下臥層、上部則用級(jí)配砂石墊層換土回填進(jìn)行置換的方法，換土厚度1.8米。

　　1.天然地基地質(zhì)條件

　　該場(chǎng)區(qū)地形平坦，地勢(shì)較低，自然地面高程：1.53～2.18m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn))，地下水位埋深：0.80～1.50m，自上而下各層土的性狀分述如下：

　　層①粉質(zhì)粘土：厚度2.5～3.3m，等級(jí)中～重，濕～很濕，可塑～軟塑，干強(qiáng)度中等，韌性中等，表層約0.5m為耕土;本層土層位較穩(wěn)定，層厚小，為高壓縮性、低承載力土層;壓縮模量4.5 MPa，地基承載力特征值85kPa。

　　層②粉質(zhì)粘土：厚度3.1～4.2m，等級(jí)中～重，稍濕，硬塑，干強(qiáng)度中等～高，韌性中等～高;本層土層位穩(wěn)定，層厚較大，為中等壓縮性、較高承載力土層;壓縮模量7.0MPa，地基承載力特征值200kPa。

　　層③粉質(zhì)粘土夾粉土：厚度1.2～2.6m，等級(jí)中～輕，干強(qiáng)度中等，韌性中等，巖性接近粉土;本層土層位較穩(wěn)定，層厚較小，為中等壓縮性、中等偏高承載力土層;壓縮模量9.5MPa，地基承載力特征值170kPa。

　　層④粉砂：厚度1.8～3.2m，飽和，稍密，顆粒組成中等均勻，局部巖性接近或?yàn)榉弁?本層土層位穩(wěn)定，層厚較小，為中等偏高壓縮性、中等承載力土層;壓縮模量6.0MPa，地基承載力特征值140kPa。

　　2.砂石墊層換土法的參數(shù)確定

　　2.1.厚度的確定。

　　砂石墊層的厚度應(yīng)根據(jù)墊層底部軟弱土層的承載力來(lái)確定，即：

　　σcz+σz≤fa (1)

　　式中： σcz——墊層底面處土的自重應(yīng)力;

　　σz ——墊層底面處的附加應(yīng)力;

　　fa ——墊層底面處軟土的承載力特征值;

　　本工程建筑物基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)標(biāo)高為-2.5m，按1985國(guó)家高程基準(zhǔn)換算為0.49m，自然地面高程為1.53～2.18m，墊層換土厚度1.8m。根據(jù)巖土工程勘測(cè)報(bào)告，該處為層②粉質(zhì)粘土，土的最大重力密度為19.6kN/m3，則墊層底面處土的自重應(yīng)力最大值為：

　　σcz=1.8m×19.6kN/m3=35.28kPa

　　附加應(yīng)力主要為建筑物基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)荷載：σz=90kPa，地基承載力特征值為200kPa，將以上試算數(shù)據(jù)代入公式(1)，則：

　　σcz+σz=35.28kPa+90kPa=125.28kPa<200kPa

　　試算結(jié)果滿足要求。

　　2.2.寬度的確定。

　　砂石墊層寬度根據(jù)墊層側(cè)面土的承載力來(lái)確定，因?yàn)榛A(chǔ)荷載在墊層中引起的應(yīng)力使墊層有側(cè)向擠出的趨勢(shì)，如果墊層寬度不足、四周土又比較軟弱，墊層就有可能被壓縮而擠入四周軟土中去，使基礎(chǔ)沉降量增大。砂石墊層底部寬度 b′由下式確定：

　　b′=b+2ztanθ (2)

　　式中：b′——砂石墊層底部寬度;

　　b ——建筑物基礎(chǔ)寬度;

　　z ——砂石墊層厚度;

　　θ ——砂石墊層的壓力擴(kuò)散角;

　　如圖1所示。本工程中b取2.2m，z取1.8m，θ取30°，代入公式(2)，得：

　　b′=b+2ztanθ=2.2+2×1.8×tan30°=4.28m

　　根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，本工程中砂石墊層寬度設(shè)計(jì)取值為5m，滿足要求;因其柱下交叉條形基礎(chǔ)的間距較小，故內(nèi)側(cè)為平面整體回填。此外，即使寬度的計(jì)算結(jié)果較小時(shí)，墊層頂部距基礎(chǔ)外緣距離也不應(yīng)小于300㎜,以便于基礎(chǔ)的施工。

　　3.砂石墊層換土回填施工的控制措施

　　3.1.施工材料質(zhì)量控制

　　本工程中地基處理采用配比3：7(砂：石)的砂石混合料置換原土，分層壓實(shí)進(jìn)行回填。砂選用中粗砂，碎石選用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的材料，且碎石的最大粒徑不大于每層鋪筑厚度的2/3，以保證壓實(shí)度;砂與碎石材料的含泥量均應(yīng)控制在3%以內(nèi)。砂石材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，不得含有草根、樹葉、紙片、塑料袋等有機(jī)雜物和垃圾;并應(yīng)按要求取樣送檢，經(jīng)檢測(cè)質(zhì)量符合要求后方準(zhǔn)許使用。

　　3.2.基坑開挖和邊坡維護(hù)

　　進(jìn)行砂石墊層換土施工時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和地質(zhì)條件，按要求分層進(jìn)行開挖和支護(hù)，同時(shí)要做好開挖基坑的邊坡維護(hù)和采取必要的防坍塌措施;并需注意防止基坑周邊有土塊和雜物滾落混入基坑內(nèi)，影響砂石墊層施工質(zhì)量。施工期間需觀測(cè)基坑周邊地形的變形情況，保證邊坡的穩(wěn)定性。基坑開挖至底部時(shí)，應(yīng)保留坑底約200㎜厚土層，待砂石鋪填前再由人工挖除，以保證開挖基坑底面的平整度。施工期間，基坑內(nèi)積水需及時(shí)排除。

　　3.3.砂石墊層回填壓實(shí)過(guò)程控制

　　砂石墊層回填應(yīng)按均勻拌合、分層鋪筑、分層壓實(shí)的工藝進(jìn)行。施工時(shí)，先于墊層最下面一層鋪設(shè)150㎜厚的粗砂作為倒濾層;然后按照每層200㎜～300㎜厚度分層鋪筑砂石混合料并壓實(shí)，分層時(shí)應(yīng)保證面層上的平整;各層面上使用10t壓路機(jī)往復(fù)碾壓，每層需壓實(shí)4遍以上，碾壓時(shí)適當(dāng)灑水潤(rùn)濕砂石，使其施工含水量保持在8～12%。每鋪筑和壓實(shí)好一層后，需現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行密實(shí)度檢測(cè)，滿足設(shè)計(jì)要求后，方可進(jìn)行上一層施工;最后一層砂石壓實(shí)完成后，應(yīng)對(duì)砂石墊層的表面進(jìn)行拉線找平，并要符合設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)高。施工時(shí)，施工質(zhì)檢人員和監(jiān)理人員負(fù)責(zé)全過(guò)程的質(zhì)量控制和檢查驗(yàn)收工作，監(jiān)控分層厚度、壓實(shí)情況、灑水量、壓實(shí)遍數(shù)、壓實(shí)系數(shù)等。

　　4.試驗(yàn)檢測(cè)和建筑物基礎(chǔ)沉降觀測(cè)

　　砂石墊層的土工試驗(yàn)采用灌砂法，分層進(jìn)行取樣;檢測(cè)項(xiàng)目為砂石墊層壓實(shí)后的含水率、干密度和密實(shí)度。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得的各組數(shù)據(jù)如下：含水率為4.7%～5.6%，干密度為1.99～2.06t/m3，密實(shí)度為95%～98%;各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的技術(shù)要求。

　　砂石墊層上部的建筑物于2010年4月20日開始施工，從4月25日起，專業(yè)檢測(cè)單位對(duì)建筑物的沉降過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)，根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制成的沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線如圖2所示。

　　沉降觀測(cè)結(jié)果和沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線表明：建筑物基礎(chǔ)的沉降量很小，基礎(chǔ)沉降在主體完工和設(shè)備安裝后即趨于平穩(wěn);實(shí)測(cè)沉降量數(shù)據(jù)完全滿足規(guī)范所允許的沉降變形要求，而且在設(shè)備安裝完成四個(gè)月后就不再有沉降，本工程砂石墊層所提供的地基承載力穩(wěn)定、可靠。

　　5.技術(shù)總結(jié)與評(píng)價(jià)

　　本工程地基處理采用砂石墊層換土法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、施工簡(jiǎn)便，能可靠控制施工質(zhì)量，砂石墊層施工不需要特殊的機(jī)械設(shè)備，普通挖機(jī)、推土機(jī)即可操作;2、較大地降低了工程造價(jià)，本工程所在地區(qū)域盛產(chǎn)砂石材料，砂石墊層施工原材料僅為砂與碎石，價(jià)格便宜，并可就地取材;3、有效地縮短了工期，砂石墊層施工工藝簡(jiǎn)單，不需要預(yù)制和養(yǎng)護(hù)，且試驗(yàn)過(guò)程基本與施工同步進(jìn)行，不占用時(shí)間;4、砂石墊層能提供足夠的地基承載力，設(shè)計(jì)驗(yàn)算和檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，砂石墊層換土后作為基礎(chǔ)下臥層完全可以保證上部建筑物的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全;5、能夠加速軟土的固結(jié)、改良土層性狀，作為墊層的砂石混合料透水性大，軟土中的水分可以部分地通過(guò)墊層排出;6、砂石墊層的材料特性，具有較好的抗震效果和防止土的凍脹作用。

　　本文的工程實(shí)踐表明，在建筑工程中的軟弱地基處理中采用砂石墊層換土法換土回填，能夠較好地控制施工質(zhì)量、節(jié)省工程造價(jià)、節(jié)約工期，效果顯著。

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