人工級配碎石換填墊層工藝參數優化

李 志 亮

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

人工級配碎石換填墊層工藝參數優化

李 志 亮

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013)

針對大型基建工程對換填墊層地基較高的質量要求，結合工程實例，對人工級配碎石換填墊層的級配碎石拌合、單層虛鋪厚度、碾壓施工工藝、施工質量控制等參數進行了對比優化，并通過動力觸探及載荷試驗對優化后墊層工程特性進行了檢驗，優化后的工藝參數可作為后續大型基建工程換填墊層參考。

人工級配碎石，換填墊層，工藝參數，優化

近年來，換填墊層法以其料源廣泛、工藝簡單、工期較短和經濟性好的優勢，逐步在淺層地基處理中得到廣泛應用。本文結合某熱電廠主廠房區域換填墊層設計及施工，對人工級配碎石換填墊層碾壓施工工藝參數進行了優化設計，并綜合多種檢測手段對換填墊層碾壓效果進行了檢驗評價。

1 概述

某熱電廠場地地層巖性自上至下主要有素填土、雜填土、粉質粘土、礫石層、泥巖、砂巖等；礫石層地基承載力特征值為300 kPa；上覆土層厚度1.80 m～6.00 m，承載力特征值均不大于220 kPa。

設計擬對主廠房等重要建筑物進行換填墊層法地基處理，將上覆土層挖除，以礫石層作為換填墊層下臥層，采用人工級配碎石作為換填材料，換填厚度約1.00 m～4.00 m，人工級配碎石換填墊層承載力特征值要求不小于350 kPa。

2 換填材料

2.1 材料參數要求

根據相關規程規范要求，換填砂石料應滿足以下要求：

1)最大粒徑不宜大于50 mm；

2)細骨料成分為粗砂或礫砂，不應為粉砂、細砂；骨料成分應為抗風化硬質巖；

3)級配良好，不均勻系數大于5，曲率系數1～3；

4)不應含有耕(植)土、淤泥質土和其他雜物，有機質含量不應大于4%，含鹽量不應大于0.5%；

5)粘性土(d≤0.075 mm)含量不應超過5%。

2.2 碎石材料配比優化

據調查，項目周邊河道直接挖取的天然級配砂卵石材料匱乏，本次換填墊層需采用級配碎石材料；經對項目周邊各碎石料源進行踏勘，各碎石料場生產的碎石均為固定范圍粒徑，如達到本工程材料參數要求，需對各種粒徑原始材料進行配比拌合。

本次在預期供貨碎石料場進行三組配比拌合試驗，配比試驗結果如表1第1，2，3項所示，各項試驗配比礫砂含量均偏低，因此在推薦配比時對各項質量百分比進行了調整，調整后級配良好，各項指標滿足參數要求。后續施工可以將質量百分比換算為體積比，以便于原材料進場計量。

3 工藝參數優化

換填墊層碾壓施工前，為取得最佳虛鋪厚度、碾壓遍數等工藝參數，并確定最優工藝參數下換填墊層施工效果，選取工程場地一小片區域內進行換填墊層碾壓原體試驗。

表1 配比拌合試驗數據表

3.1 機械設備優化

換填墊層碾壓設備常規采用13 t～18 t壓路機，為增大設備碾壓影響深度及提高碾壓效果，本次采用項目當地市場具有一定保有量的20 t重型振動壓路機，為后續墊層鋪設厚度的選擇提供了更大裕度。

碾壓機械為徐工XSM220型振動壓路機，工作質量為20 t，振動頻率28 Hz，額定功率128 kW，靜線載荷435 N/cm，工作速度2.63 km/h，激振力350 kN。

3.2 虛鋪厚度優化

長期以來，換填墊層法地基處理常規單層虛鋪厚度一般選擇400 mm，考慮到為后續大面積施工提高效率，減少鋪設層數、縮短工期、降低費用，本次在單層虛鋪400 mm的同時，選取單層虛鋪600 mm作為比對方案。根據上述兩種虛鋪厚度的過程控制情況及最終檢驗結果，確定最優虛鋪厚度。

3.3 碾壓遍數優化

為取得400 mm及600 mm單層虛鋪厚度墊層最佳碾壓遍數，在試驗場地選取面積為3 m×25 m的邊緣地帶進行換填地基碎石密度試驗測試工作，試驗方法為：分別在單層虛鋪400 mm及600 mm的場地，先將第一層按預定的鋪設厚度振動碾壓10遍，然后在第二層靜壓2遍后分別再振動碾壓4遍、6遍、8遍、10遍、12遍、14遍后取3點做原位密度檢測試驗。

根據試驗結果顯示，碾壓遍數與墊層密度的關系曲線如圖1所示。

根據關系曲線趨勢分析，單層虛鋪400 mm厚墊層碾壓8遍后密度增加幅度變緩，單層虛鋪600 mm厚墊層碾壓12遍后密度增加幅度變緩，考慮到現場大面積施工的實際情況，確定本次最優碾壓遍數為：

1)單層虛鋪400 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓8遍；

2)單層虛鋪600 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓12遍。

4 換填碾壓試驗

根據換填材料優化及工藝參數優化成果，確定換填碾壓試驗工況為：

1)碾壓設備使用徐工XSM220型振動壓路機，工作速度2.63 km/h，激振力350 kN，錯距30 cm；

2)換填材料按表1推薦配比進行材料拌合、準備；

3)單層虛鋪400 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓8遍，總計碾壓6層后進行載荷試驗檢測；

4)單層虛鋪600 mm厚墊層采用靜壓2遍、振動碾壓12遍，總計碾壓4層后進行載荷試驗檢測；

5)施工期間地下水位保持在基坑底面以下；全部墊層碾壓施工結束后，停止降水，使地下水恢復至初始地下水位。

5 換填墊層檢測

本次采用原位密度試驗、平板載荷試驗及超重型動力觸探試驗對換填墊層進行過程控制檢測及最終效果檢測。

5.1 原位密度試驗

本試驗用以確定換填墊層的干密度，對施工碾壓進行施工質量控制；因碎石室內擊實試驗與現場重型壓路機振動碾壓工況有較大差異，室內擊實試驗取得的最大干密度無法準確指導現場施工，因此本次不采用最大干密度及壓實系數進行過程控制，直接采用干密度進行過程控制。每個試驗區自第二層開始每層布置3個測試點，分別計算兩試驗區換填墊層干密度，因試驗用料較干燥，含水率取0；單層虛鋪400 mm、振動碾壓8遍場地干密度范圍值為2.08 g/cm3～2.40 g/cm3，平均值為2.24 g/cm3；單層虛鋪600 mm、振動碾壓12遍場地干密度范圍值為2.17 g/cm3～2.40 g/cm3，平均值為2.29 g/cm3。

5.2 超重型動力觸探試驗

本試驗用以檢測碾壓層在水平及垂直方向上密度的變化規律；每個試驗場地各布置6個點，試驗成果曲線見圖2，圖3。

從曲線中可以看出，單層虛鋪400 mm厚場地超重型動力觸探試驗測試值在水平方向上的擊數較均勻，單層虛鋪600 mm厚場地超重型動力觸探試驗測試值在水平方向上的擊數相對較分散；在垂直方向上兩個場地的試驗擊數隨深度的增加呈現規則的增減性；同一深度上比，單層虛鋪400 mm厚場地擊數明顯高于單層虛鋪600 mm厚場地，兩場地表層40 cm以下超重型動力觸探擊數均不小于5擊，屬于中密～密實狀態，依據經驗初步判斷，墊層承載力特征值均不低于350 kPa；其中所有試驗點40 cm以上擊數較低是因墊層表面側向擠壓較小導致。

5.3 平板載荷試驗

本試驗用以確定換填墊層承載力特征值；每個試驗區各布置3個點。采用堆載提供反力，壓力源采用油壓千斤頂，千斤頂置于試驗壓板的中心，承壓板采用圓形承壓板，承壓板面積為1.00 m2。

本次未加載至墊層破壞，最大加載量不小于設計承載力特征值期望值的2倍，本次加載至720 kPa；載荷試驗p—s代表性曲線見圖4，圖5，根據試驗曲線分析，隨著荷載的增加曲線斜率緩慢增大，曲線均無明顯拐點，當荷載增加到720 kPa時，曲線未出現陡降段，單層虛鋪400 mm厚承壓板沉降量范圍為4.57 mm～5.45 mm，單層虛鋪600 mm厚承壓板沉降量范圍為6.39 mm～10.51 mm，沉降量均較小。因加載至720 kPa所對應地基承載力特征值已滿足設計任務書不小于350 kPa的要求，因此停止加載。根據載荷試驗情況，兩種工況下換填墊層承載力特征值均不小于350 kPa。

6 參數優化建議

1)兩種工況下(單層虛鋪厚度400 mm，600 mm)人工級配碎石換填墊層承載力特征值均不小于350 kPa，根據載荷試驗p—s曲線分析，特征值按350 kPa設計仍有較大裕量。

2)碎石換填材料可以通過人工配比拌合試驗進行級配調整，以取得最優配比，從源頭上確保換填墊層的處理效果。

3)換填墊層常規單層虛鋪厚度400 mm可以優化調整為400 mm～600 mm，最佳碾壓遍數應進行相應調整，最優單層厚度及最佳碾壓遍數可以根據總換填厚度、工期要求、經濟性比較等進行合理取值。

4)人工級配碎石換填墊層在水平方向上密度是均勻的；對于表層約40 cm深度范圍內動力觸探擊數偏低的問題，上部基礎施工完畢后將提供較高的上覆壓力，因此可以不考慮此問題對工程的影響。

[1] 山東電力工程咨詢院有限公司.華電淄博熱電機組擴建工程施工圖設計換填地基原體試驗報告書[Z].2014.

[2] DL/T 5024—2005，電力工程地基處理技術規程[S].

Optimization of technics & parameters in graded gravel replacement cushion layer

Li Zhiliang

(ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCorp.,Ltd,Jinan250013,China)

As the requirements for replacement cushion foundation are strict in major infrastructure projects, optimization were made on the parameters of mixing, thickness of each layer, technics of rolling compaction and quality control according to project cases. The engineering characteristics of optimized layers were tested by the dynamic penetration test and the load test. The optimized technics and parameters could be used for reference on subsequent major infrastructure projects.

graded gravel, replacement layer, technics & parameters, optimization

2015-02-26

李志亮(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0074-03

TU472

A