趙 文

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

自重濕陷性黃土在含水率變化時具有濕陷性、強度降低等不良特性，在工程建設的前期階段，應結合建筑物的地基承載力要求、基礎類型等選擇較為合理的黃土地基處理方法，確保地基承載力和變形符合建(構)筑物長期使用的安全條件[1-3]。技術人員經(jīng)研究提出了強夯法、換填墊層法、預浸水法、擠密法、化學改性法等方法[1-5]。本文結合現(xiàn)場工程實例，應用砂礫石換填墊層法，作進一步的試驗分析，確定了具體的工藝要求和技術參數(shù)，可為類似黃土地基處理工程提供參考。

1 工程概況

咸陽某電廠二期工程擬建重要建(構)筑物有：主廠房區(qū)域、爐后區(qū)域、煙囪、間接冷卻塔、循環(huán)水泵房等，主要建(構)筑物柱腳荷載在104kN～5×104kN，基底壓力在200 kN/m2～500 kN/m2之間，基礎形式主要有獨立基礎和環(huán)板基礎，基礎埋深-4.0 m～-7.0 m，地基基礎設計等級為甲級。

場地地層由上向下依次為①素填土、②黃土、③-1粉土和③圓礫，下伏地層為白堊系志丹群洛河組地層(K)，巖性主要為長石砂巖和礫巖。典型地層剖面見圖1。

擬建工程地層物理力學指標見表1。

表1 擬建工程地層物理力學指標

2 地基評價

2.1 地基土的承載力評價

結合現(xiàn)場原位試驗及室內試驗成果，綜合評定出各層地基承載力，見表2。

表2 地基承載力特征值評定表 kPa

2.2 地基土的變形特性評價

②黃土，稍密～中密，根據(jù)試驗得出壓縮系數(shù)a1-2在0.10 MPa-1～1.07 MPa-1之間，壓縮模量Es在1.9 MPa～16.4 MPa之間；屬于中等～高壓縮性土。

③-1粉土，稍密～中密，根據(jù)試驗得出壓縮系數(shù)a1-2在0.10 MPa-1～0.86 MPa-1之間，壓縮模量Es在2.2 MPa～15.9 MPa之間，屬于中等～高壓縮性土。

③圓礫，稍密～中密，根據(jù)試驗確定其壓縮模量Es為30.0 MPa，屬低壓縮性土。

2.3 地基土的濕陷性評價

根據(jù)室內試驗數(shù)據(jù)及相關規(guī)范[6]，場地內8個勘探點中有5個為自重濕陷，濕陷等級Ⅱ(中等)，3個為非自重濕陷，濕陷等級Ⅰ(輕微)。場地按自重濕陷場地考慮，濕陷等級為Ⅱ(中等)，最大濕陷深度為②黃土層底，濕陷起始壓力69 kPa。

2.4 天然地基可行性分析

①層素填土，未經(jīng)嚴格壓實，性質不均，局部呈現(xiàn)鹽漬土特征，具溶陷性，不能成為大型建(構)筑物的天然地基持力層。

②層黃土濕陷等級為Ⅱ，不能作為主要建(構)筑物和對不均勻變形限制嚴格的附屬建(構)筑物的天然地基持力層。

③-1層粉土不能成為主要建筑物和荷載較大的附屬建(構)筑物的天然地基持力層。

③層圓礫工程性質較好，為較合適的地基持力層和下臥層，由于該層中存在③-1粉土夾層，必要時需作軟弱下臥層驗算。

基巖工程性質很好，為理想的地基持力層和下臥層。

3 換填墊層法技術應用

3.1 技術方案內容

本工程鍋爐房、冷卻塔等主要構筑物采用換填墊層法處理濕陷性黃土地基，將素填土、黃土及粉土層挖除，自③圓礫層頂換填涇河漫灘砂礫石墊層至基底，回填料厚度約2 m～5 m。

3.2 技術方案可行性分析

擬建場地附近的涇河高漫灘、一級階地儲藏有大量卵礫石料，選取天然級配砂礫石做篩分試驗，試驗數(shù)據(jù)見圖2。

通過篩分數(shù)據(jù)計算出，Cu=8.4，Cc=1.9，天然砂礫石級配良好，滿足換填材料性能要求。

采取涇河漫灘砂礫石做室內重型擊實試驗，典型曲線見圖3。

天然級配砂礫石修正后平均最大干密度是2.37 g/cm3，修正后平均最優(yōu)含水率是4.39%。

現(xiàn)場碾壓試驗共分十二層攤鋪，每一層取不少于6點檢測碾壓后的砂礫石含水率及干密度，匯總檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3 各層砂礫石試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由表3所示檢測數(shù)據(jù)可見，碾壓結束單層干密度平均值2.35 g/cm3～2.55 g/cm3。

綜合兩種試驗成果表明，天然級配砂礫石可作為換填材料，換填施工最大干密度取2.42 g/cm3，壓實系數(shù)不小于0.97。

3.3 工藝流程及技術要求

開挖基坑→檢驗砂礫石→分層鋪筑→含水率調整→機械碾壓。

1)開挖要求：采取1∶1的坡率放坡開挖，開挖至③圓礫層層頂，并確保上覆②黃土及③-1粉土完全清除。

2)換填砂礫石要求：最大粒徑不宜大于50 mm；材料應級配良好，不均勻系數(shù)Cc>5，曲率系數(shù)Cc=1～3；有機質含量不應大于4%；含粘性土量(d<0.075 mm)不應超過5%。

3)攤鋪要求：分層平攤砂礫石材料，每一層虛攤厚40 cm。

4)含水率要求：碾壓前測定含水率，若砂礫石過濕，碾壓前要翻曬。

5)碾壓要求：壓路機工作質量大于22 t，激振力不小于410 kN，初壓、終壓各靜壓一遍，中間動壓8遍，振動行駛速度不大于2.7 km/h。

3.4 技術方案質量控制

1)原位密度試驗。

嚴格執(zhí)行過程質量檢驗，每一層經(jīng)檢驗合格后再攤鋪上一層砂礫石。采用“灌砂法”做原位密度試驗，檢測結果顯示每一層砂礫石平均干密度2.37 g/cm3～2.53 g/cm3，計算得每層平均壓實系數(shù)在0.97～1.05之間，符合相關規(guī)范[6,7]及設計要求。

2)原位載荷試驗。

碾壓完成后用平板載荷試驗檢驗地基承載力，整理試驗數(shù)據(jù)，檢測點地基承載力特征值fak在720 kPa～880 kPa之間，對應沉降值11.3 mm，變形模量Es在53 MPa～64 MPa之間，基床系數(shù)1.60×105～1.95×105。換填地基承載力特征值fak≥650 kPa，壓縮模量Es≥50 MPa，滿足相關規(guī)范[6,7]及設計要求。

4 結語

1)本技術方案采用砂礫石換填濕陷性黃土地層后，地基承載力顯著提高，達到650 kPa以上，壓縮模量超過50 MPa，能夠符合主要建(構)筑物對地基承載力和變形的限定條件，可作為地基持力層。

2)經(jīng)大量的室內試驗及現(xiàn)場碾壓試驗表明，涇河漫灘天然級配砂礫石材料各項性能參數(shù)均滿足規(guī)范及設計要求，可作為換填材料。天然級配砂礫石材料修正最大干密度是2.42 g/cm3，修正最優(yōu)含水率是4.39%。

3)經(jīng)現(xiàn)場碾壓試驗表明：當選用工作質量重過22 t，激振力超過410 kN的壓路機，在單層虛鋪厚度控制在400 mm的情況下，最優(yōu)碾壓遍數(shù)為10遍，初壓、終壓各靜壓1遍，中間動壓8遍，壓實系數(shù)可超過0.97。