風積沙水墜地基處理試驗及碾壓法的工程應用

馬耀疆 馮發言 程 魁

(陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西靖邊 718500)

靖邊化工園區位于毛烏素沙漠邊緣，裝置界區場地表層風積松散砂層和最近整平場地填方形成的松散砂層是工程關注的重點地層，裝置界區的絕大多數裝置和建筑物基礎將置于該層松散的粉細砂中，對該層粉細砂采取何種措施對其進行地基處理是工程設計中的關鍵問題之一。

為了滿足項目設計與地基基礎施工的需要，根據風積沙地質及區域地下水淺的特性，我們在自然回填狀態下、靜水沉積砂土、浸水飽和分層碾壓砂土三種狀態下進行了探索性試驗，通過對3組試驗得到的密實度及承載力數據進行比較，得出通過水對砂子的水墜作用，再加上機械碾壓，使砂粒重新排列組合，形成密實的砂土墊層，完全可以達到較高的密實度和承載力承受建(構)筑物的作用力。由于試驗的驗證，浸水飽和分層碾壓法在靖邊化工園區的施工過程中得到了廣泛的應用。本文就這次試驗的全過程進行了介紹，并對施工過程中的施工工藝和技術指標進行了探討。

1 試驗場地工程地質條件

1.1 場地地層及其工程性質概況

靖邊化工園區裝置界區地層主要由砂土、粉質粘土和基巖(砂巖)組成，在30 m～40 m以上為粉細砂層，砂層的密實度由上至下逐漸增加。對工程建設有顯著影響的地層為粉細砂①層和粉細砂②層。粉細砂①層為表層風積松散砂層和最近整平場地填方形成的松散砂層，厚度多在現地面下5 m～6 m。粉細砂②層呈稍密～中密狀態，層底面一般位于地下水位附近，即多在現地面以下12 m～17 m附近。粉細砂②層以下的砂層均呈密實狀態。

1.2 地下水概況

靖邊化工園區裝置界區地下水位埋深一般在12 m～17 m之間，相應的標高介于1 302 m～1 307 m之間，屬潛水類型。地下水位總體呈西北高東南低的趨勢。

2 現場試驗

為了解場地在自然回填狀態下、靜水沉積砂土、浸水飽和分層碾壓砂土三種狀態下的密實度和地基承載力，本次試驗場地選擇罐區場地北側。

2.1 施工回填砂土的密實度及地基承載力

通過試驗施工回填砂土干密度平均值為1.58 g/cm3，為松散狀態。

2.2 靜水沉積砂土的密實度及地基承載力

靜水沉積砂土方法如下:先在試驗場地挖一6 m×12 m的試坑，在坑中注滿水，然后將砂土緩慢填入水中，直至將坑填滿。填砂的過程中始終保持水頭位于試坑坑口(即試坑中的水始終是滿的)。待砂土中的自由水排完后(一般至少等待48 h)即開始做載荷試驗和干密度的測試。

本次試驗選擇3種厚度的試驗體，試驗厚度分別為0.6 m，1.5 m和2.0 m，每種厚度的試驗體各取3個載荷試驗點，在每個載荷試驗點兩側采用灌水法分別進行一次砂土的干密度試驗。

2.3 浸水飽和分層碾壓砂土的密實度及地基承載力

浸水飽和分層碾壓砂土方法如下:先在試驗場地挖一6 m×12 m的試坑，在坑中分層鋪設砂土，分層厚度按0.3 m控制，然后在該層砂土上浸水直至其飽和。分層碾壓設備采用50型裝載機，碾壓遍數按7遍～10遍控制。分層碾壓達到預定厚度后，待砂土中的自由水排完(一般至少等待48 h)即開始做載荷試驗和干密度的測試。

本次試驗選擇兩種厚度的試驗體，試驗厚度分別為0.6 m和1.5 m，每種厚度的試驗體各取3個載荷試驗點，在每個載荷試驗點兩側采用灌水法分別進行一次砂土的干密度試驗。

2.4 試驗結果

根據干密度試驗曲線、載荷試驗曲線和GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范附錄C的有關規定，最終試驗結果見表1。

2.5 試驗結果分析

表1 靖邊化工園區松散砂土地基處理方法對比表

由表1可見通過浸水飽和分層碾壓砂土的承載力平均值相當于自然施工回填砂土承載力的3.3倍，相當于靜水沉積的2.5倍。

3 工程應用

水墜砂地基是將基礎底面下要求范圍內的松散砂層挖出，用基底的砂子或分層回填(也可換填)的砂子，分層注水使砂子在飽和水情況下進行振擊或壓實而成。水墜砂地基具有一定的密實性、水穩性。

水墜砂地基不用水泥、石材，可防止地下水因毛細作用上升，地基不受凍結的影響，能在施工期間完成沉陷，用機械及人工都可使地基密實。具有施工工藝簡單，就地取材，可降低造價等特點，適用于砂土地基。

經試驗研究及技術、經濟分析，我們決定在靖邊化工園區項目廣泛應用水墜砂碾壓法進行地基處理，成果較為明顯的有在靖邊化工園區迎賓、石化大道排水工程管道基礎處理、廠區道路路基處理、二期食堂地基處理、超限廠房地基處理、裝置區設備基礎處理、裝置區整體地下管道地基處理等工程中的應用。

通過應用實踐，我們總結了一套有效可行的施工工藝技術，現將其簡單介紹如下。

3.1 施工準備

1)施工機械:50型裝載機、潛水泵、水管、手推車、鐵鍬等。

2)前期準備工作:場地已具備水墜砂施工條件;對基坑周邊已進行清理，清除草根等雜物。

3.2 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

3.3 材料要求

一般沙漠地區為細砂、粉細砂，含泥量應小于5%(用作回填等透水要求不高的可適當放寬，但不應超過10%)，不得含有植物殘體、垃圾等雜物。

3.4 施工工藝方法要點

1)水墜回填前應驗槽，將基底雜物清除干凈，兩側應設一定坡度，防止振搗或壓實時塌方。

2)水墜回填應分層鋪設，分層注水、壓實，筑壩圍擋(面積根據水量大小確定)。每層鋪設厚度、含水量控制及施工機具、方法的選用建議如下:

a.面積較小或機械無法進入地段:利用插搖法，鋪設厚度為250 mm，注水高度略超過鋪設面層(完全飽和)，用鋼叉(鋼叉分四齒，齒的間距30 mm，長300 mm，木柄長900 mm)插搖搗實，插入點間距為100 mm左右。

圖1 水墜砂施工工藝流程圖

b.寬度較小推土機無法碾壓中間部位地段(一般為寬度小于2.8 m):利用壓路機碾壓法，鋪設厚度為250 mm，含水量為10% ～14%，用小型雙驅壓路機往復碾壓;碾壓遍數以達到壓實度為準，一般不少于4遍。

c.大面積地段:利用推土機碾壓法，鋪設厚度為250 mm～350 mm，含水量飽和(盡量注水高度略超過鋪設面層)，用推土機(型號根據壓實度檢測結果確定)往復碾壓，碾壓遍數以達到壓實度為準，一般不少于4遍。

3.5 質量控制

1)施工前應檢查基底情況，不得有雜物。

2)施工過程中必須檢查分層厚度、加水量、壓實遍數、壓實度，分段施工時應注意搭接部分的施工質量。

3)壓實度按照設計要求(設計無要求的根據相應工程回填土規范要求執行)，最大干密度在試驗室進行飽水震蕩試驗確定。

4)對作為地基等有承載力要求的，施工結束后應檢查承載力。

4 結語

目前，水墜砂地基處理技術還沒有形成規范化的技術標準和施工方法，制約了這一方法在工程中的應用。本文從三種方法的試驗和施工工藝等方面對水墜砂地基處理技術進行了闡述，并結合工程實踐，證明水墜砂地基處理碾壓法在滿足工程使用要求的同時，施工方便，節約投資，縮短工期。通過本文的介紹，為毛烏素沙漠地區進行大型石油化工工程建設水墜砂地基處理技術提供了一系列科學客觀的實驗數據，并總結出了一套簡單、工期短、省投資的有效的方法手段。

［1］ GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范［S］.

［2］ 郭 東.水墜砂地基處理設計方法及工程應用［J］.山西建筑，2010，36(6):98-99.