換填墊層法在地基處理中的實例分析

趙永清 宴 磊

（成都市勘察測繪研究院，四川 成都 610000）

前言：

近年來，在地基處理工程中，由于換填墊層法在施工時換填厚度不大的情況下較為容易，且不會較大的沉降在地基工程中得到廣泛應用。本文現結合某高層住宅工程實例,主要就建筑地基換填設計、施工中應該注意的一些問題進行了闡述。

1.工程及地質條件

1.1.工程概況

某高層住宅總建筑高度為57.0米十八層；層高分別為3.0米，為剪力墻框架結構。設防抗震烈度為7°，樁基礎采用靜壓預應力管樁，樁型設計為Ф500靜壓預應力管樁，共使用1886根樁，管樁型號為Ф500AB～100mm，混凝土強度為C80。單樁承載力極限值Ф500為2150KN，有效樁長約28～35m，樁端需進入持力層≮1米。

1.2.地質條件

本項目場地土層分布情況見表1

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2.基礎設計

2.1.基礎方案的確定

本工程所處場地因上部土層較差且局部落在回填土上，因此地勘報告建議采用樁基礎。結合工程特點及土層分布情況,在設計中樁基礎可選擇加構造止水板或筏板基礎。樁的選擇有沉管灌注樁、預制方樁和PHC靜壓管樁。根據本工程土層的物理參數來看，預制、沉管樁樁端持力層至少要座落在粉質粘土層上,這要求樁的長度至少13米,經計算，根據樁型的不同其單樁承載力特征值在300KN～360KN左右；

而PHC樁的特點是樁端要落到泥巖層上才能有較高的承載力,但本工程如采用此樁樁長都在20m以上。因此，結合工程實際的經濟技術分析，本工程最終采用基礎型式為經濟性非常顯著的平板式筏板基礎,對局部地基土進行換填處理。

2.2.回填控制方案

根據筏板基礎方案的設計,基底應落在粉質粘土層上?；坶_挖后,經過實際測量,基底面積范圍中有大部分沒有落在原狀土層上,持力層由北向南、由西向東傾斜,原狀土與筏板底皮距離0.7～1.44米不等,考慮到換填面積較大且厚度不均勻,設計時對施工的換填工作進行了詳細的規定,具體措施如下:

2.1.1.基底土的處理

(1)在基坑開挖時保證底層的原狀土不受破壞，避免坑底土層受到擾動,基坑開挖至粉質粘土層即可。

(2)換填厚度等于換填界面邊緣至筏板邊緣的距離。

2.2.2.材料要求

(1)換填材料采用砂夾石。在選料上,砂為中粗砂,碎石的最大粒徑≯50mm,要求攪拌均勻,砂石的級配良好,碎石的比例不得＜總重的30%。

(2)換填壓實過程中，保證砂石料的含水量在8%～12%之間;壓實系數為0.94～0.97之間。

2.2.3.施工要求

(1)結合施工現場的實際情況,每鋪填厚度200mm就采用20t振動碾壓機進行不少于6遍的壓實。

(2)換填施工由低至高、從深到淺的順序進行換填碾壓施工,保持每層鋪填的水平;錯開搭接施工縫并增加施工縫搭接處的壓實遍數。

(3)在正式施工前,應選擇局部試壓,經檢測合格后方可全面換填壓實施工。

(4)所有換填工作結束后,要對該土層的承載力進行檢測,換填后土的承載力特征值(fak)≮200KPa,驗收合格后可進行后續工程的施工。

(5)所有的檢驗檢測都應符合國家現有規范、規定的要求;承載力的檢測應由專業的檢測隊伍進行。

(6)換填部分驗收合格后,應及時進行基礎施工及周圍土體的回填工作。

2.3.理論沉降計算

做為設計的指導依據,施工前對結構的整體建筑科學設計研究院PKPM系列程序中的JCCAD,采用的算法為程序中的"單向壓縮分層總和法---彈性解,Mindlin應力公式"；對換填部分砂石層按經驗確定其各項物理參數，計算各點的沉降。

各點的沉降值在180mm～215mm之間,平均沉降為197.5mm,小于規范的允許值200mm;建筑物各點的最大沉降差為35mm,對于控制建筑物的整體傾斜的角點沉降差,東西向為25mm,南北向為5mm,傾斜值分別為0.00057和0.00052,遠遠小于規范所規定的0.003傾斜限制的要求。從建筑物的沉降計算結果中可以反映出,在承載力滿足的情況下,由于基底下面存在較厚的中等壓縮性土層,因此,整個建筑物的累積沉降還是非常大的,這是設計之初需要考慮的問題,不能因為建筑物的整體沉降而影響建筑物的使用。

3.質量控制與沉降觀測

應該說,基底土的換填做法的成功與否，是與施工質量密不可分的，因此，施工中的質量控制非常重要。一方面要嚴格按照設計要求做好換土的質量及檢測工作；另一方面，在施工過程中乃至竣工后一段時期內都要做好沉降觀測，以此來監測工程的安全與否。

3.1.對換填土體的檢驗

換填施工的質量控制必須貫穿整個施工過程,壓實質量檢驗應分層進行,要求每層的壓實系數滿足設計要求后方可鋪填上層土。必須首先通過現場試驗,在達到設計要求壓實系數的試驗區內,利用貫入試驗測得標準的貫入深度或擊數,然后再以此作為控制施工壓實系數的標準,進行施工質量檢驗。按照規范要求,壓實系數可采用環刀法、動力觸探等方法檢驗。采用環刀法檢驗時,取樣點位于每層厚度的2/3深度處,檢驗數量每10m～20m不少于一點;采用動力觸探檢驗時,每分層檢驗點的間距應小于4m。

本工程在換填施工完畢后,建設單位委托質檢部門對土體的承載力進行全面的檢測。本工程的檢測采用10公斤輕型動力觸探試驗,落距為50cm,檢測點按照3m×3m方格布設,共檢測74個點。經檢測,在回填區域特別是邊緣處,由于施工工藝的原因,因壓路機無法到達而處理效果不好,10cm動探平均擊數小于15擊,30cm擊數小于45擊,承載力不能滿足設計要求。施工單位有針對性地對該部位加大碎石含量,重新進行碾壓處理,二次檢測后均滿足設計要求。

3.2.沉降觀測

作為一個經過地基處理的工程,僅僅是對處理過的地基土體進行檢測是不夠的,關鍵是看處理過的效果如何。因此,沉降觀測作為最終也是必須的檢測手段,成為施工階段必有的步驟。而事實上,沉降觀測的結果,也充分反映出理論計算與實際沉降變形之間的差異。從施工至截稿為止,共做過5次沉降觀測,分別為地下室封頂、3層封頂、9層封頂、主體結構封頂及建筑物竣工一年以后。沉降觀測點的設置見圖1。

圖1 沉降觀測點設置

由實際觀測結果分析,可得到各觀測階段建筑物的平均沉降量及各階沉降量所占總觀測沉降量的百分比:三層頂為3.5%;九層頂為10.3%;主體封頂13.7%;竣工一年為143.0mm,占100%。雖然建筑物的沉降量較大,但平均沉降量和整體傾斜值均滿足規范的要求 因為基礎的整體性較好,所以并不影響建筑的使用。通過對各點的平均沉降量與觀測時間建立坐標關系,可以很直觀地看出各階段的沉降情況,沉降變形曲線見圖2。

圖2 建筑物各階段實測平均沉降示意圖

4.結論

從本工程的理論到實際的數據來分析,至少有這樣幾種結論：

4.1.建筑物的實際沉降量比理論值要小,從多年的實際工程經驗來看,都是實際沉降量小于理論沉降量,即便是本工程這種存在較厚的中等壓縮土層、換填土的情況下,這種規律依然符合。

4.2.換填土的實際沉降量要大于理論值通過前面的說明可以看出,在換填過程中,無論是施工還是檢測都細致、到位,施工單位甚至動用壓路機而不是普通的蛙式夯等簡單機械進行逐層碾壓夯實,對換填土層的逐點檢測也證實該部分土層是密實的。依據《建筑地基處理技術規范》(JGJ79-2002),換填土的壓縮模量Es可取到20～30之間,本工程理論計算時取Es=20,結果很理想,但實際測量該部位沉降依然大于原狀土層,且隨換填厚度由薄到厚呈加大趨勢。也就是說,在實際工程中,換填土的沉降變形要引起足夠的重視,不能過分依賴于理論計算。

4.3.建筑物的沉降變形時間符合正常規律

通過對幾次的沉降變形觀測結果的分析可以看出,如果以竣工一年后的變形為基準,那么建筑物的沉降在主體混凝土封頂后的沉降量僅僅能達到總變形的13.7%,大量的沉降變形是在竣工后一年內產生的?？紤]主體結構封頂觀測時內部填充墻、樓面抹灰等工作尚未完成,這對于中壓縮性土層來講,那么實際變形的階段比例和規范及其它工程經驗還是能夠吻合的。

結束語

通過本工程實例可以看出,對于工程中的地基土的換填工作,既可以把它作為一種常規的地基處理手段,也不能掉以輕心。應該以本地區的工程經驗為依托,結合當地的施工手段,理論與實踐相結合,恰當地選擇使用。

[1]GB50007-2002.《建筑地基基礎設計規范》[S].

[2]JGJ79-2002.《建筑地基處理技術規范》[S].