大型火電項目換填碎石地基處理技術要點

王國全

（大唐時代節能科技有限公司，北京 100068）

1 工程概況

1.1 廠區簡介

國華呼倫貝爾電廠位于呼倫貝爾市北部、陳巴爾虎旗寶日希勒鎮以西3km，北距寶日希勒露天礦5km，工程處于高緯度寒冷地區，氣候干旱少雨，年蒸發量為降雨量的十倍。

1.2 處理工藝

根據勘察結果，在對廠區可能采用的地基處理方案進行全面綜合分析比較后，確定地基處理方案采用就近碎石作為換填材料，墊層采用振動碾壓工藝，廠區第④層粘土（或③層細砂）可作為墊層下持力層。

1.3 主要施工方法

級配碎石換填碾壓墊層施工自2008年4月1日空冷區域開挖，到同年8月30日全部結束。碎石碾壓墊層施工期間現場氣溫在-5℃～25℃之間，晝夜溫差較大。工程施工時，先挖去設計基底以上的天然軟弱土層，基底原狀土層經驗槽合格后分層換填碾壓強度較高的級配碎石，因其壓縮性較低、性能穩定，按照要求的顆粒級配進行配比，400mm分層平鋪、逐層采用20t振動壓路機反復碾壓密實后取樣試驗合格再繼續施工下一層。

1.4 主要影響因素

材料的種類、強度、顆粒級配、含泥量、泥塊含量、含水率；振動壓實機械的造型，碾壓方案的工序操作及技術指標；碾壓過程中質量控制、檢驗；碾壓干密度檢測、承載力試驗等。

2 施工方法

2.1 材料選擇

2.1.1材料產地的選擇

工程附近距廠區15公里的海拉爾河一帶。海拉爾采石有限公司，生產各種規格的商品石料，石料巖性為輝巖，呈淺灰、灰黑、灰綠色，隱晶質結構，塊狀構造，致密質純，硬度大，中、微風化，節理較發育，巖性穩定。碎石的質量和儲量可滿足本工程碾壓墊層的要求，按照就近取材的原則，選定該處碎石為本次碎石地基處理的料場。

2.1.2顆粒的組成

設計要求采用一次性粉碎混合石料作為墊層材料，將一次性粉碎混合石料通過70mm篩分，小于70mm的碎石材料全部作為墊層材料使用，生產過程控制骨料粗細顆粒含量（大于5mm的顆粒含量）在80%左右，細顆粒含量（小于5mm的顆粒含量）控制在15%～20%之間，不宜低于15%，含泥量（小于0.075mm的顆粒含量）不超過3%。鋪筑過程中對粗細顆粒分布不均勻的材料需按配比人工摻合：30～70mm占50%，20～40mm占20%，10～30mm占10%，＜5mm占20%。

2.1.3 材料的指標

（1）在施工前，在料場選取有代表性的級配碎石試樣委托第三方進行檢測，主要指標有：堅固性指標、顆粒級配，最大干密度（設計采用2.3g/cm3），最優含水率，含泥量。

（2）碎石原材料為新近開采的硬質巖石，禁止采用陳年風化破碎巖石，不得混入土塊，含泥量應小于3%。天然砂礫石料應按照設計要求的顆粒級配控制，分批次按規定進行級配試驗，不達要求不能回填，防止顆粒級配不均影響回填效果，造成干密度檢測不合格。

3 碾壓機械與工藝

3.1 機械的選擇

本次施工采用的碾壓機械為徐州工程機械科技股份有限公司生產的XSM220型振動壓路機，自重20t，振動輪直徑2.178m，Ⅰ擋振動行使速度2.63km/h，激振力（高振）350kN/（低振）200kN，振動頻率28Hz。

3.2 施工工藝

換填方案采用70mm天然砂礫碎石混料（必要時人工級配碎石料）分層碾壓的辦法，對主廠房區域，基礎底標高按-7m考慮，需換填約3～5m厚的碎石（根據開挖后基底持力層土質不同挖至第④層粘土層確定換填厚度）。因此需開挖至-11m（④層頂為7～16m）后進行確認基底驗槽持力層土質是否達到設計要求，確實達到設計要求后才方可組織進行碎石回填施工。

3.2.2 根據基礎位置，施工基坑開挖后，預留0.2～0.3m厚的土層人工開挖，驗收合格后，立即進行換填碎石墊層施工，注意基底原狀土質不得人工擾動，鋪料時由一側向另一側順序鋪設，場地邊坡按規范要求放坡，坡頂做好擋水圍堰，防止地表水流入基坑影響承載力。

在基坑內分層鋪筑時，控制每層虛鋪厚度為400mm，碾壓前用鏟車推平，并抄測平整，每層鋪筑厚度允許偏差±50mm；根據天氣及材料含水率情況，在表面適當灑水后先平碾三遍，然后再振動碾壓10遍，碾壓搭接寬度為1/4，墊層最后一層施工找平需水準儀抄平，使墊層表面標高偏差小于50mm。

石料在虛鋪中需防止顆粒分離，如出現粗細顆粒不均，則需人工摻合，并達到規定的級配要求。灑水應均勻，含水量按4%～5%進行控制。

每層碾壓完成后，按面積取樣檢測的干密度、含水量、計算壓實系數等指標。密度試驗可采用傳統灌水法或新型核子密度儀法檢測，檢測合格后，再進行下一層的鋪筑碾壓。

3.3 碾壓技術控制要點

墊層碾壓順序為：第一層虛鋪時從基坑邊由邊緣向坑里逐漸擴展，嚴禁施工機械在底部原狀土上作業。每層虛鋪時要注意控制分層平整度偏差在50mm以內。每次碾壓壓茬按1/4進行控制。基坑開挖好后應立即施工，防止表層原土風化擾動，如原土有風化擾動現象，則需人工全部清除。每層碾壓施工結束后，應對墊層的碾壓質量進行檢測，檢測時基準最大干密度ρd取2.30g/cm3。壓實系數不小于0.97。碎石碾壓墊層的承載力特征值可按700kPa考慮。

4 碾壓效果檢測

本次換填碎石墊層碾壓效果檢測方法采用靜載試驗，按面積大小分區域確定靜載試驗點數，逐級加載進行靜載試驗。

試驗承壓板采用面積為0.5m2的圓板（直徑0.798m），堆載平臺作反力，加載系統由100t千斤頂手動加荷，荷載通過承壓板傳至碎石碾壓墊層，由并聯于千斤頂油路的壓力傳感器測定油壓，換算荷載值。沉降觀測采用RS-JYB靜載荷測試分析系統自動記錄對稱安裝于承壓板周圍的50mm行程位移傳感器所量測的沉降值。相對穩定法加荷，最大加載1400kPa，分10級施加，每級140kPa。

沉降觀測、穩定標準按《建筑地基基礎設計規范》（GB50007－2002）附錄C和《巖土工程勘察規范》（GB50021－2001）的試驗要點進行。

最大加載壓力為1400kPa，約為設計要求荷載的2倍，從試驗結果看均未進入墊層承載力極限狀態，按相對變形值確定的承載力特征值700kPa，換填碎石墊層技術指標均可滿足設計要求。

5 工藝效果

碎石碾壓墊層的地基承載力較高（500kPa以上），變形模量較大，可降低地基土的總壓縮量（地基土總沉降量）；處理后的地基較均勻，可有效減少差異沉降的出現；該方案施工簡單、效果好，當基礎位置確定后便可展開施工，所需施工周期短，質量好控制，受氣候影響小；若需冬季施工時，采取相應的施工措施，可達到設計要求；為確保壓實質量，要求每碾壓一層及時進行密度和含水率測試，檢測合格后方可鋪筑下一層。通過載荷試驗，碎石碾壓墊層的地基承載力達到700kPa，沉降滿足設計要求。碎石回填效果通過干密度指標控制，采用灌水法進行干密度試驗；也可采用核子密度儀，但需對檢測結果進行對比分析，才能確認檢測效果是否滿足設計要求。

6 技術特點及經濟效果分析

換填碎石法是在綜合考慮技術經濟比較、市場競爭力、進度控制和冬季施工等幾方面的因素后得出的最佳方案；其社會效益明顯，碎石碾壓墊層法與其他方法相比，工程周期短，對環境無噪聲影響，且材料來源廣，運輸方便，造價低，有利于環境保護，綜上所述，其技術經濟效果顯著。

7 結語

由于換填作業中預先嚴格進行換填材料的取樣試驗結果，保證了原材料的質量；施工過程中選擇恰當的施工機械，嚴格控制施工工藝，嚴格控制含水率、碾壓遍數，檢測結果均能符合《建筑地基基礎處理技術規范》和《電力工程地基處理技術規定》的要求，滿足地基承載力特征值fak=700kPa的設計指標。

本地區蘊藏大量工程性能較好的天然巖石、砂礫石等材料，采取換填碎石方法進行地基處理，對于最大限度地保護草原生態環境，充分利用天然地材，有效控制工程概算投資意義重大，符合國家的科技、環保、節能的綠色施工導則的相關要求，對電力建設工程施工技術方案的選擇有較好的借鑒作用。

[1]建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002 J220-2002）[S].中國建筑工業出版社.

[2]建筑地基基礎設計規范（GB50007-2002）[S].中國建筑工業出版社.

[3]建筑結構荷載規范（GB50009－2001）[S].中國建筑工業出版社.

[4]電力工程地基處理技術規定（DL/T5024-2005）[S].中國電力出版社.

[5]建筑施工手冊（第四版）[M].中國建筑工業出版社.

[6]西北電力設計院.主廠房、鍋爐等地段碎石碾壓墊層檢測報告（60F4871S-G0301）[S].