“鋸齒形”灰土墊層設計與施工

張菁宇，徐國明

（山西天脊集團建筑工程有限公司，山西 長治 047507）

1 工程概況

某新建辦公樓位于山西省長治市潞城區天脊大道南側（以下簡稱“新樓”），其北側緊靠既有建筑備件處辦公室（以下簡稱“既有建筑”）。辦公樓長50.9m，寬13.7m，層高3.6m，室內外設計高差為0.45m，總高11.25m，總建筑面積2 143.24m2，于2017 年7 月開工建設，2019 年1 月竣工使用。

與新樓北外墻凈距僅2m 的1 層原備件處辦公用房建于1982 年，是建廠前期設備處的倉庫臨建工程，長89.61m，寬8.00m，層高3.70m，室內外高差0.30m，總高4.80m，總建筑面積716.88m2。該既有建筑正在使用，新樓竣工后，辦公人員搬到新樓騰出既有建筑，然后按計劃將其部分拆除。

由于新樓在地基處理的灰土墊層施工中，受鄰近既有建筑基礎的影響，施工空間窄小，按常規應采用基坑支護。但受辦公使用、施工機械和造價的影響，難以實施。后經設計、施工和管理單位相關人員研究討論進行了技術革新，采用“鋸齒式”施工方法，解決了場地窄小的困難，節約了支護費用，保證了工期，值得總結推廣應用。

2 設計做法

根據《天脊集團新建采供中心辦公樓巖土工程勘察報告（詳勘）》，建設場地為Ⅰ級非自重濕陷性黃土，持力層為Q4la+pl粉質黏土，地基承載力特征值為105kPa。地基處理設計采用“墊層法”，具體做法為：在基礎混凝土墊底面以下設置3∶7灰土整片墊層，地基處理厚度為1.00m，寬度為基礎軸線向外1.80m，要求分層壓實，壓實系數≥0.97，處理后的復合地基豎向承載力特征值≥150kPa，地基處理如圖1，2 所示。

圖1 地基處理布置（單位：m）

墊層承載力需通過現場試驗確定，當無試驗資料時，可參考表1 選用，并驗算下臥層的承載力。

3 施工方案

圖2 1-1 剖面

表1 素土、灰土的承載力

根據灰土墊層的地基處理設計做法，新樓基礎外邊緣距既有建筑基礎側邊的凈距離只有1.155m，而需新開挖的基坑底面與既有建筑基礎的底面高差為0.830m。若直接開挖，肯定會影響既有建筑安全，為此提出以下解決方案。

3.1 短樁支護

在既有建筑側邊打短樁支護，材料為型鋼。經計算，頂標高為-1.370m，向下打3.20m，間距為1.65m（每開間2 根）。該方法的優點是先打樁，后開挖，基本不影響施工灰土墊層和工程進度；缺點是緊靠既有建筑，施工機械受限，特別是施工噪聲大，影響辦公，需采取特殊措施。

3.2 “鋸齒形”基坑

在新樓竣工投入使用之前，既有建筑仍需保留使用，故對控制施工噪聲要求非常嚴格。針對現場實際情況，經多次研究討論后進行技術革新，提出“鋸齒式”灰土墊層施工方法。優點是可解決場地窄小的困難，噪聲也能得到控制，并節約支護費用；缺點是灰土墊層需要進行二次局部開挖施工，人工費用和工期略有增加。經技術、經濟、環境等多方面比較，最后決定采用“鋸齒形”施工方案，如圖3～5 所示。

圖3 基坑開挖平面

圖4 2-2 剖面（大面積施工灰土墊層）

圖5 3-3 剖面（局部施工“鋸齒形”灰土墊層）

4 “鋸齒形”灰土墊層施工

4.1 材料要求

1）灰土土料 可采用黏土或粉質黏土，不應使用塊狀黏土和砂質粉土，不應夾有磚、瓦、石塊或含有凍土、膨脹土；有機物含量不應大于5%，并應過篩，其顆粒不得大于15mm；嚴禁采用地表耕植土、淤泥、淤泥質土、雜填土等土料。

2）石灰 宜采用新鮮的消石灰，含氧化鈣、氧化鎂越高越好，越高其活性越大，膠結力越強。使用前1～2d 消解并過篩，其顆粒不得大于5mm，且不應夾有未熟化的生石灰塊粒及其他雜質，也不得含有過多水分。

4.2 基坑開挖

根據已審批的“鋸齒形”灰土墊層專項施工方案，按照圖3 所確定的平面尺寸，特別是圖4 所示的基坑北邊“鋸齒形”開挖邊線進行開挖。保留凸出基坑北邊緣線的土墩尺寸為：縱向東西長3.30m，間隔3.00m；南北橫向寬1.80m，平均高1.25m。

4.3 現場施工

4.3.1 施工設備

大面積壓實采用6～10t 壓路機，壓不到的邊緣采用平板振動器或蛙式夯，不易夯到的角部采用立夯。

4.3.2 施工工序

機械開挖基坑時，先保留200mm 厚土層不挖，待人工整平，將基底平整度高差控制在50mm 以內，并按設計要求進行釬探、驗槽，合格后方可鋪設灰土墊層。場地有積水應晾干；局部有軟弱土層或孔洞應及時挖除后用灰土分層回填夯實；若出現“橡皮土”現象，則應暫緩壓實，采用開槽、翻開晾曬、換填灰土、壓入片石等方法處理。

灰土體積配合比為3∶7，墊層強度隨含灰量的增加而提高。但含灰量超過一定值后，灰土強度增加很慢。多用人工翻拌，不少于3 遍，使其達到土灰均勻，顏色一致。并適當控制含水量，一般控制在最優含水量WOP±2%的范圍內，最優含水量可通過擊實試驗確定，也可按施工經驗取用：現場以手握成團，兩指輕捏即散為宜。如含水過多或過少時，應稍晾干或灑水濕潤，如有球團應打碎，要求隨拌隨用。

墊層應分層隨鋪填隨碾壓，虛鋪厚度為200～300mm，平均250mm，如表2 所示。采用機械攤鋪，整平后用6～10t 壓路機碾壓。施工時須一輪壓1/3～1/2 輪往復碾壓，后輪必須超過2 個施工段的接縫。碾壓次數一般為4～6 遍，碾壓至設計密實度要求。

表2 灰土最大虛鋪厚度

基坑周邊壓路機碾壓不實之處，在整平后用平板振動器或蛙式打夯機進行壓實。施工時須一板壓1/3～1/2 板往復壓實，由外圍向中間進行，直至達到設計密實度要求。特別是“鋸齒形”基坑邊緣，在整平后用平板振動器或蛙式打夯機仍無法夯實的局部處，必須用立夯夯實，直至達到施工驗收規范要求。

4.3.3 注意事項

灰土分段施工時，不得在墻角及承重窗間墻下設置接縫，上下2 層接縫距離不得小于500mm，接縫處應夯壓密實。當灰土地基高度不同時應做成階梯形，每階寬度不少于500mm；同時注意接縫質量，每層虛土從留縫處往前延伸500mm，夯實時應夯過接縫300mm 以上；接縫時，用鐵锨在留縫處垂直切齊，再鋪階段夯實。

灰土應當日鋪填夯實，入槽（坑）灰土不得隔日夯打。夯實后的灰土3d 內不得受水浸泡，并及時進行基坑回填，或在灰土表面進行臨時性覆蓋，避免日曬雨淋。雨季施工時，應采取適當防雨、排水措施，以保證灰土在基槽（坑）內無積水狀態下進行施工。剛打完的灰土，如突遇暴雨，應將松軟灰土除去，并補填夯實；稍受濕的灰土可在晾干后補夯。

冬期施工必須在基層不凍的狀態下進行，土料應覆蓋保溫，凍土及夾有凍塊的土料不得使用；已熟化的石灰應在次日用完，以充分利用石灰熟化時的熱量；當日拌合灰土應當日鋪填夯實，表面應用塑料膜及草袋覆蓋保溫，以防灰土墊層早期受凍強度降低。

5 質量檢驗

5.1 施工前質量檢驗

施工前應檢查粉質黏土、石灰等原材料質量，以及灰土配合比和灰土拌合均勻程度，還包括基槽清底狀況和地質條件。

5.2 施工過程質量檢驗

施工過程中應檢查分層鋪設厚度，分段施工時上下2 層的搭接長度、施工含水量控制、夯壓遍數等。墊層的壓實系數應分層檢驗，可采用環刀法、貫入儀、靜力觸探、輕型動力觸探或標準貫入試驗等方法。若采用環刀法，用容積不小于200cm3的環刀壓人每層2/3 的深度處取樣，測定其干密度（不應小于該灰土在中密狀態的干密度值），再將其換算成壓實系數。壓實系數γc為土的控制干密度ρd與最大干密度ρmax的比值（最大干密度宜采用擊實試驗確定）。

檢驗點數量設置方面，對于整片墊層，每層每200m2面積內應有1 個檢測點，且每層不應少于3 點；對寬度小于6m 的基槽，每層每10～20m 不應少于1 點，且每層不應少于3 點；對局部處理的獨立柱基，每柱基每層不應小于1 點。

6 質量驗收

竣工驗收采用載荷試驗檢驗墊層承載力，每個單體工程不應少于3 點，單體墊層面積超過1 500m2時超出部分每500m2增加1 點，不足500m2的按500m2計。灰土地基質量檢驗標準如表3 所示。

7 結語

在緊鄰既有建筑物基礎邊緣開挖基坑，采用“鋸齒形”墊層法進行地基處理，分段施工，可免除基坑支護，加快施工進度，降低工程造價。經過2 年多的實踐使用，新建樓未發現異常。

表3 灰土地基質量檢驗標準