高層建筑地基換填加固處理施工技術

摘要：為解決青島海洋活力區項目高層地基加固處理等系列技術問題，本文詳盡的論述了高層建筑的地質情況、地基加固施工工藝流程、地基換填加固處理施工操作要點等具體內容，能夠對于其他相似工程提供參考與借鑒作用。

Abstract： In order to solve a series of technical problems such as the reinforcement of high-rise foundations in the Qingdao Ocean Vigorous Zone Project， this article discusses in detail the geological conditions of high-rise buildings， the construction process of foundation reinforcement， and the key points of construction operations for foundation replacement and reinforcement to provide reference for similar projects.

關鍵詞：高層建筑;地基;加固;施工技術

Key words： high-rise building;foundation;reinforcement;construction technology

中圖分類號：TU753.8??????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0142-04

0? 引言

我國海岸線長達18000多公里，臨海區域面積遼闊，臨海區域土層與土質不均勻、地質環境條件較為復雜多變，地基處理加固問題一直困擾著我國工程項目的施工生產建設。本文以青島海洋活力區項目北區22#地塊基礎超深換填加固處理施工技術為例，通過靜壓承載力試驗檢驗了處理后的顯著效果。對其他相似工程提供參考與借鑒作用。

1? 工程與區域地質概況

1.1 工程概況

本工程位于位于青島市黃島區豆金河西、風河北路以北。場地范圍內包括8棟高層主樓地下2層（設夾層），設商業網點1-2層，地下車庫2層，總建筑面積約為18.8萬m2，其中地上建筑面積約13.2萬m2，地下建筑面積5.6萬m2。其中5#-7#，11#-13#樓開挖至設計標高，未達到設計要求持力層（強風化花崗巖層），均需繼續開挖至設計要求持力層，開挖后進行超深換填，以達到設計要求。

1.2 區域地質概況

第①層：素填土（Q4ml）黃褐色、灰褐色，局部雜色，干～飽和，松散，主要成分為粉砂、粉土，含少量黏性土，頂部見植物根系，局部為廢舊房屋基礎，夾少量碎磚塊、混凝土塊，偶見少量生活垃圾。

第②層：粉細砂（Q4m）黃褐色，松散，主要成分為長石、石英，夾少量貝殼碎屑，分選一般，磨圓差，局部相變為粉土，局部夾粉質黏土薄層。

第④層：含淤泥粉細砂（Q4mh）灰黑色，局部灰褐色，松散～稍密，主要成分為長石、石英，含少量有機質，有腥臭味，夾較多貝殼碎屑，分選差，磨圓差，夾少量卵礫石，局部相變為粉土，局部夾淤泥質粉質黏土薄層。

第④1層：含淤泥中粗砂（Q4mh）灰褐色、灰黑色，松散～稍密，主要成分為長石、石英，含少量有機質，夾較多貝殼碎屑，局部夾卵礫石，分選差，磨圓差，局部含少量黏性土，局部相變為中、細砂。

第④2層：中粗砂（Q4mh）黃褐色，松散～稍密，主要成分為長石、石英，夾少量貝殼碎屑，局部夾卵礫石，分選差，磨圓差，局部夾少量黏性土，局部相變為中、細砂。

第⑥層：粉質黏土（Q4mh）灰黑色，軟塑為主，局部流塑，含有機質，具腥臭味，韌性中等，干強度低，切面較光澤，無搖震反應，局部夾少量砂礫，局部夾粉細砂薄層。

第⑦層：粉質黏土（Q4pl+al）灰褐色、黃褐色，可塑～軟塑，干強度中等，韌性一般，切面無光澤，含約15～20%砂礫，局部相變為粉土，局部夾中粗砂薄層。

第⑨層：含黏性土中粗砂（Q4pl+al）：黃褐色，稍密～中密，主要成分為長石、石英，分選差，磨圓差，黏性土約20～25%，局部含量較多，相變為粉質黏土薄層。

第{15}層：全風化花崗巖（γ53）黃褐色，礦物蝕變嚴重，原巖風化強烈，結構構造已完全破壞，大部分礦物成分風化為粘性土，含少量風化砂，巖芯松散，手搓成砂土狀，略有黏性，干鉆易鉆進。

第{16}層：強風化花崗巖（γ53）灰白色、肉紅色，結構大部分已破壞，節理裂隙很發育，巖芯呈砂土～角礫狀，部分巖芯呈小碎塊狀，主要礦物成分為石英、長石，沿裂隙面見鐵質浸染，礦物蝕變強烈，長石高嶺土化嚴重，干鉆難以鉆進。

第四系孔隙潛水主要賦存于第①層素填土、第②層粉細砂、第④層含淤泥粉細砂、第④1層含淤泥中粗砂、第④2層中粗砂層和第⑨層含黏性土中粗砂中，富水性好，接受大氣降水垂直入滲補給及側向風河水的逕流補給，排泄為側向逕流和蒸發排泄;基巖裂隙水主要以層狀、帶狀賦存于基巖裂隙密集發育帶中，富水性差，水位不連續，水量不大，接受第四系孔隙水補給。

2? 施工工藝流程

工藝流程：測量放線→基坑二次開挖→清槽→測量放線→支設模板→驗槽→搭設混凝土施工操作腳手架→澆筑混凝土→養護。

3? 地基換填加固處理施工操作要點

3.1 測量放線

基坑二次開挖之前按照基礎筏板邊線，每邊留置超出筏板邊線700mm寬工作面。

3.2 基坑二次開挖

基坑二次開挖采用機械開挖方式進行，根據現場情況，基坑寬度大于挖掘機有效裝土半徑，挖掘機在基坑內無法直接裝車，所以基坑內挖掘機將土先轉運至基坑邊，由大型挖掘機裝車倒運至現場指定位置。

3.3 清槽

機械開挖時應及時測量基坑標高，首先采用大型挖掘機進行大開挖，開挖至標高-6.000m處，然后采用人工配合小型挖掘機清理預留300mm厚土方，利用人工將覆土徹底清理干凈，清理至-6.300m標高處，仍為淤泥質土。如圖1所示。

根據設計圖紙要求，達到設計標高仍為淤泥質土，則需繼續開挖至強風化花崗巖層，并深入強風化巖層500mm。清槽完成后及時進行地基承載力試驗。試驗完成后及時組織驗槽并對基坑進行封閉，防止水浸和暴曬。

3.4 支設模板

清槽完成后組織測量人員，將混凝土換填邊線、電梯井基坑、集水坑邊線撒出，根據邊線支設混凝土換填邊界模板。

3.5 搭設混凝土施工操作腳手架

由于基坑寬度較大，澆筑混凝土時難以操作，需在基坑內搭設2條寬度為1.2m，高度為2.5m鋼管腳手架，腳手架立桿橫向間距1200mm，立桿縱向間距1500mm，水平桿間距1200mm，架體頂部滿鋪鋼制腳手板。基礎平面布置圖如圖2所示。

3.6 換填混凝土澆筑

本工程基礎換填澆筑類型屬于大體積混凝土澆筑，澆筑原則：由深至淺，先厚后薄，分層依次澆筑。混凝土分區段連續澆筑，澆筑過程中電梯基坑、集水坑底部處需先澆筑，待混凝土稍微凝固后，在混凝土初凝之前完成電梯井等周圍的混凝土澆筑，不得留設施工縫，混凝土澆筑沿著一個方向澆筑。混凝土澆筑時按300～500mm控制，并確保混凝土層與層之間不會有冷縫現象的存在。

3.7 大體積混凝土澆筑

3.7.1 混凝土澆筑工藝

基礎換填混凝土應分層分段、連續澆筑，澆筑過程電梯基坑及集水坑底部處需要先澆筑，待混凝土稍微凝固后，在混凝土初凝之前完成電梯井等周圍的混凝土澆筑，不得留設施工縫。

3.7.2 混凝土澆筑原則

①混凝土澆筑過程中采用分層分段、薄層澆筑振搗、自然流淌、循序漸進、一次到位的連續澆筑方式。基礎換填混凝土澆筑采用階梯式推進，澆筑時間間隔不得超過混凝土初凝時間。

混凝土澆筑振搗斜面分層坡度一般為1：6左右，混凝土澆筑振搗斜面分層厚度控制以覆蓋上層混凝土澆筑時間不大于2小時為原則，本工程按500mm控制，并確保混凝土層與層之間不會出現冷縫現象。斜面分層如圖3所示。

②混凝土澆筑過程中，需要先澆筑較深部位的混凝土，注意澆筑厚度，對電梯井等較深部位的混凝土需要進行兩側對稱澆筑，控制澆筑高差，避免模板發生移位。

3.8 特殊部位澆筑工藝

現場采用的是預拌混凝土，在混凝土罐車卸料前罐車必須時刻保持慢速轉動狀態，混凝土卸料前罐車需要高速旋轉20s，從而保證罐車內混凝土不發生凝固，改善其流動性。

混凝土澆筑過程中對局部深度較深、坡度較大的電梯井，要先澆筑電梯井底部，采取分層連續澆筑，并要分層進行振搗，振搗上層混凝土時需要將振搗棒插入到下一層混凝土內50～100mm，以保證混凝土的整體性。待坑底混凝土澆筑結束后，對邊坡混凝土由下至上進行澆筑，電梯井邊坡混凝土要對稱澆筑，并控制兩邊的澆筑高差在500mm以內。

3.8.1 混凝土的振搗工藝

①混凝土振搗方法。

根據混凝土的澆筑與振搗原則，混凝土在澆筑與振搗時要嚴格控制混凝土分層厚度，均勻布料，覆蓋完全。澆筑過程中應加強混凝土的振搗以利于加強混凝土的密實性及與鋼筋的握裹力，減少混凝土的收縮。振搗時應采用插入式振搗器，振搗完成情況應以混凝土表面泛漿，骨料下沉，表面不再出現氣泡為原則。振搗時，振搗間距為1.5倍振動棒的作業半徑。采用由后向前，依次振搗的順序，振搗器應垂直于混凝土面向下插入，并深入至下層已完成混凝土50～100mm，確保上、下層混凝土完全融合。

②混凝土在振搗過程尤其注意混凝土輸送交接部位的振搗，結合部位應注意避免出現漏振現象。應控制每一次混凝土輸送時振搗范圍應振搗至結合處以外500mm以上，現場值班質檢人員應加強結合部位振搗檢查，防止漏振，保證整個基礎底板混凝土能夠振搗密實。

③振搗工作從澆筑部位開始逐層上移，以確保分層澆筑混凝土間的振搗施工質量。

④混凝土振動棒的操作要領是做到快插慢拔，在振搗過程中宜將振動棒上下抽動，使上下混凝土完全融合，每次振搗時間以20～30秒為宜（混凝土表面無氣泡現象出現、泛出混凝土漿為準）。

⑤混凝土的二次振搗。混凝土澆筑完成一個平面后，為防止泵送混凝土表面因水泥漿過多、水份散失過快，導致表面產生收縮裂縫，由于混凝土在振搗過程中粗骨料會下沉，故需要混凝土初凝前（基礎頂面收面前）進行二次振搗。振搗應注意振搗時間，以振搗后振搗棒抽出時無振搗眼，混凝土自然閉合為宜。排除混凝土由于泌水原因導致在粗骨料、水平鋼筋下部產生水分及孔隙，提高混凝土的密實度，減少混凝土內部微裂縫、加強混凝土強度，提高抗裂性。振搗完成后及時用滾筒碾壓，并用木槎打磨、壓實，以閉合收水裂縫。

3.8.2 混凝土的泌水處理

由于商品混凝土具有較大流動性，經振搗后混凝土可能會泌出游離水，為使混凝土泌水能夠完全、順利排出，混凝土在澆筑振搗時，采用由中間向四周輻射的施工方式，使混凝土的前端形成一定梯度，以確保中間部位的泌水能盡快完全、順利排出。

3.8.3 大體積混凝土表面處理

由于大體積混凝土澆筑過程中坍落度大，需要在混凝土初凝前采用二次收面施工工藝，并及時采用塑料薄膜覆蓋，可避免混凝土表面水分散失過快而出現收縮裂縫，能有效控制混凝土表面細小裂縫的產生，必要情況下可在混凝土終凝前1～2h進行再次抹壓收面處理。

3.8.4 大體積混凝土的養護

由于混凝土的導熱系數很低，澆筑混凝土后，水泥發生水化反應產生的熱量得不到有效散發，導致混凝土內部溫度升高，混凝土內外溫差達到一定極限就會在其表面產生裂縫。同時在對混凝土降溫養護時出現收縮性貫穿裂縫，為了避免裂縫的產生及開展，就必須嚴格控制混凝土在養護階段的里表溫差及延緩混凝土的降溫速率。

①混凝土養護。

大體積混凝土養護是個嚴重問題，養護達不到目的容易產生收縮裂縫或溫差裂縫。養護目的是降低混凝土內外溫差，減少混凝土與外界熱交換，即將已完成的混凝土封閉，以減少內外溫差，在降低溫差條件下，使混凝土得以達到設計強度。本工程采用保濕保溫法養護。

②養護時間。

本工程為基礎換填混凝土，開始養護時間為混凝土終凝后進行養護，一般混凝土終凝時間為8～10h。大體積混凝土養護采用保濕保溫法養護，養護天數至少14天，并根據測溫數據判定是否需要繼續養護。

③養護材料。

混凝土澆筑完成后在混凝土表面鋪設一層聚氯乙烯塑料薄膜，然后鋪設一層毛氈。混凝土澆筑后應實時監測內外溫差，用以指導混凝土養護工作，若中心溫度處于平穩階段，且內外溫差又可以控制在規定的20℃范圍內，但此操作必須在溫度實時監測下進行，并隨著測溫顯示混凝土內外溫差過大時，需要適當加強養護。

④保溫保濕法養護。

混凝土澆筑完成后，應及時對混凝土進行養護，并且要在混凝土內部及外部合理布置測溫線，以便能時刻對混凝土內外溫度變化進行監控，定性、定量地指導混凝土養護，控制混凝土的內外溫差、降溫速率，防止大體積混凝土開裂現象的出現。混凝土終凝后立即覆蓋塑料膜和保溫層。

⑤混凝土養護注意事項。

1）現場根據測溫儀測得結果對基礎底板進行指導養護，當混凝土表面溫度與環境溫度的最大溫差小于20℃時且趨于穩定后，可減少灑水次數。

2）底板混凝土強度小于1.2MPa時，不得上人作業。

3）當里表溫差超過25℃時，需要對其進行加強養護，增加保溫層厚度。

4）定期對基礎灑水養護，使基礎表面保持濕潤狀態，干燥天氣時可頻繁灑水養護。

5）混凝土終凝后進行灑水養護。

6）混凝土澆筑體的內外溫差不宜大于25℃。

7）混凝土澆筑體的降溫速率不宜大于2.0℃/d。

8）混凝土澆筑體表面溫度與環境溫度溫差不宜大于20℃。

4? 工程實例

本工程5#、6#、7#、11#、12#、13#樓采用天然地基，取第16層強風化花崗巖作為持力層，基礎采用平板式筏板基礎，基礎設計等級為甲級，地基承載力特征值為600/350kPa。基坑開挖后墊層澆筑前應及時通知勘察、設計現場驗槽。若現場地質情況與地質報告不一致，應及時通知設計院并做相應的變更處理。若開挖至設計標高未達到上述巖層，應挖至上述巖層，超深部分以C15素混凝土墊至設計標高。

5? 結論

作為建筑工程的一部分，沿海地區淤泥質土、軟土地基處理比較常見。在淤泥質土、軟土地基的處理過程中，如果發生技術錯誤，將會對整個建筑工程質量造成嚴重影響。所以，與工程施工實際情況相結合，運用合理、有效的地基處理技術，降低沉降發生幾率，能夠促進保證工程質量，減少經濟損失，促進建筑業的發展和進步。本工程通過超深換填基礎加固方式，有效合理的降低沉降發生概率，有利保證本工程質量，同時對淤泥質土軟土地基處理提供了一定的參考與借鑒意義。

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作者簡介：杜騰宇（1991-），男，山東滕州人，本科，土建工程師，研究方向為土木工程。