摘要： 本文結合220kV蘇州張浦變電所主控制樓工程實例，介紹了砂石墊層換土法在建筑工程基礎地基處理技術中的應用方法，施工技術與質量控制，以及優勢特點和技術經濟效果的分析與評價。
[關鍵詞]砂石墊層, 應用,評價
220kV蘇州張浦變電所工程，其主控制樓為二層框架結構，柱下交叉條形基礎，檐高9.5m，建筑面積835.5㎡。設計地基承載力標準值fk≥90kPa。而巖土工程勘測報告表明：場區層①粉質粘土地基承載力特征值fa1=85kPa，壓縮模量Es1-2,1=4.5MPa，不能滿足設計地基承載力要求和沉降變形限值。層②粉質粘土地基承載力特征值fa2=200kPa，壓縮模量Es1-2,2=7.0MPa，地質條件較好。經過對多種地基處理技術方案進行分析比較，決定采用以層②粉質粘土作為下臥層、上部則用級配砂石墊層換土回填進行置換的方法，換土厚度1.8米。
1.天然地基地質條件
該場區地形平坦，地勢較低，自然地面高程：1.53～2.18m(1985國家高程基準)，地下水位埋深：0.80～1.50m，自上而下各層土的性狀分述如下：
層①粉質粘土：厚度2.5～3.3m，等級中～重，濕～很濕，可塑～軟塑，干強度中等，韌性中等，表層約0.5m為耕土;本層土層位較穩定，層厚小，為高壓縮性、低承載力土層;壓縮模量4.5 MPa，地基承載力特征值85kPa。
層②粉質粘土：厚度3.1～4.2m，等級中～重，稍濕，硬塑，干強度中等～高，韌性中等～高;本層土層位穩定，層厚較大，為中等壓縮性、較高承載力土層;壓縮模量7.0MPa，地基承載力特征值200kPa。
層③粉質粘土夾粉土：厚度1.2～2.6m，等級中～輕，干強度中等，韌性中等，巖性接近粉土;本層土層位較穩定，層厚較小，為中等壓縮性、中等偏高承載力土層;壓縮模量9.5MPa，地基承載力特征值170kPa。
層④粉砂：厚度1.8～3.2m，飽和，稍密，顆粒組成中等均勻，局部巖性接近或為粉土;本層土層位穩定，層厚較小，為中等偏高壓縮性、中等承載力土層;壓縮模量6.0MPa，地基承載力特征值140kPa。
2.砂石墊層換土法的參數確定
2.1.厚度的確定。
砂石墊層的厚度應根據墊層底部軟弱土層的承載力來確定，即：
σcz+σz≤fa (1)
式中： σcz——墊層底面處土的自重應力;
σz ——墊層底面處的附加應力;
fa ——墊層底面處軟土的承載力特征值;
本工程建筑物基礎底面設計標高為-2.5m，按1985國家高程基準換算為0.49m，自然地面高程為1.53～2.18m，墊層換土厚度1.8m。根據巖土工程勘測報告，該處為層②粉質粘土，土的最大重力密度為19.6kN/m3，則墊層底面處土的自重應力最大值為：
σcz=1.8m×19.6kN/m3=35.28kPa
附加應力主要為建筑物基礎的設計荷載：σz=90kPa，地基承載力特征值為200kPa，將以上試算數據代入公式(1)，則：
σcz+σz=35.28kPa+90kPa=125.28kPa<200kPa
試算結果滿足要求。
2.2.寬度的確定。
砂石墊層寬度根據墊層側面土的承載力來確定，因為基礎荷載在墊層中引起的應力使墊層有側向擠出的趨勢，如果墊層寬度不足、四周土又比較軟弱，墊層就有可能被壓縮而擠入四周軟土中去，使基礎沉降量增大。砂石墊層底部寬度 b′由下式確定：
b′=b+2ztanθ (2)
式中：b′——砂石墊層底部寬度;
b ——建筑物基礎寬度;
z ——砂石墊層厚度;
θ ——砂石墊層的壓力擴散角;
如圖1所示。本工程中b取2.2m，z取1.8m，θ取30°，代入公式(2)，得：
b′=b+2ztanθ=2.2+2×1.8×tan30°=4.28m
根據上述計算結果，本工程中砂石墊層寬度設計取值為5m，滿足要求;因其柱下交叉條形基礎的間距較小，故內側為平面整體回填。此外，即使寬度的計算結果較小時，墊層頂部距基礎外緣距離也不應小于300㎜,以便于基礎的施工。
3.砂石墊層換土回填施工的控制措施
3.1.施工材料質量控制
本工程中地基處理采用配比3：7(砂：石)的砂石混合料置換原土，分層壓實進行回填。砂選用中粗砂，碎石選用級配良好、質地堅硬的材料，且碎石的最大粒徑不大于每層鋪筑厚度的2/3，以保證壓實度;砂與碎石材料的含泥量均應控制在3%以內。砂石材料進場時應進行外觀質量檢查，不得含有草根、樹葉、紙片、塑料袋等有機雜物和垃圾;并應按要求取樣送檢，經檢測質量符合要求后方準許使用。
3.2.基坑開挖和邊坡維護
進行砂石墊層換土施工時，根據現場實際情況和地質條件，按要求分層進行開挖和支護，同時要做好開挖基坑的邊坡維護和采取必要的防坍塌措施;并需注意防止基坑周邊有土塊和雜物滾落混入基坑內，影響砂石墊層施工質量。施工期間需觀測基坑周邊地形的變形情況，保證邊坡的穩定性。基坑開挖至底部時，應保留坑底約200㎜厚土層，待砂石鋪填前再由人工挖除，以保證開挖基坑底面的平整度。施工期間，基坑內積水需及時排除。
3.3.砂石墊層回填壓實過程控制
砂石墊層回填應按均勻拌合、分層鋪筑、分層壓實的工藝進行。施工時，先于墊層最下面一層鋪設150㎜厚的粗砂作為倒濾層;然后按照每層200㎜～300㎜厚度分層鋪筑砂石混合料并壓實，分層時應保證面層上的平整;各層面上使用10t壓路機往復碾壓，每層需壓實4遍以上，碾壓時適當灑水潤濕砂石，使其施工含水量保持在8～12%。每鋪筑和壓實好一層后，需現場取樣進行密實度檢測，滿足設計要求后，方可進行上一層施工;最后一層砂石壓實完成后，應對砂石墊層的表面進行拉線找平，并要符合設計規定的標高。施工時，施工質檢人員和監理人員負責全過程的質量控制和檢查驗收工作，監控分層厚度、壓實情況、灑水量、壓實遍數、壓實系數等。
4.試驗檢測和建筑物基礎沉降觀測
砂石墊層的土工試驗采用灌砂法，分層進行取樣;檢測項目為砂石墊層壓實后的含水率、干密度和密實度。經試驗測得的各組數據如下：含水率為4.7%～5.6%，干密度為1.99～2.06t/m3，密實度為95%～98%;各項指標均滿足設計和規范的技術要求。
砂石墊層上部的建筑物于2010年4月20日開始施工，從4月25日起，專業檢測單位對建筑物的沉降過程進行了詳細的觀測，根據觀測數據繪制成的沉降量與時間關系曲線如圖2所示。
沉降觀測結果和沉降量與時間關系曲線表明：建筑物基礎的沉降量很小，基礎沉降在主體完工和設備安裝后即趨于平穩;實測沉降量數據完全滿足規范所允許的沉降變形要求，而且在設備安裝完成四個月后就不再有沉降，本工程砂石墊層所提供的地基承載力穩定、可靠。
5.技術總結與評價
本工程地基處理采用砂石墊層換土法，具有以下優點：1、施工簡便，能可靠控制施工質量，砂石墊層施工不需要特殊的機械設備，普通挖機、推土機即可操作;2、較大地降低了工程造價，本工程所在地區域盛產砂石材料，砂石墊層施工原材料僅為砂與碎石，價格便宜，并可就地取材;3、有效地縮短了工期，砂石墊層施工工藝簡單，不需要預制和養護，且試驗過程基本與施工同步進行，不占用時間;4、砂石墊層能提供足夠的地基承載力，設計驗算和檢驗試驗數據表明，砂石墊層換土后作為基礎下臥層完全可以保證上部建筑物的穩定性和結構安全;5、能夠加速軟土的固結、改良土層性狀，作為墊層的砂石混合料透水性大，軟土中的水分可以部分地通過墊層排出;6、砂石墊層的材料特性，具有較好的抗震效果和防止土的凍脹作用。
本文的工程實踐表明，在建筑工程中的軟弱地基處理中采用砂石墊層換土法換土回填，能夠較好地控制施工質量、節省工程造價、節約工期，效果顯著。
參考文獻
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