李永星，劉院院，王欣國

(1.中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054；2.陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

陜西延長石油巴拉素礦井水處理項目地處陜蒙地區(qū)毛烏素沙漠，毛烏素沙漠大部分區(qū)域地基土為砂土地基，黃土稀少，不適宜用灰土墊層。陜蒙地區(qū)常見的地基處理方法有砂石墊層、CFG樁、水泥土攪拌樁、振沖樁等；CFG樁、水泥土攪拌樁、振沖樁造價高且需要基樁檢測，施工周期長；砂石墊層施工速度快，但是挖填方量大，遠距離運輸砂石造價高。目前，陜蒙片區(qū)水處理項目地基處理大多選用了砂石墊層，若該片區(qū)所有建筑工程均采用砂石墊層則項目整體工程造價高，因此選擇一種價格低廉的地基處理方法成為了重點工作。對于砂土地基的處理方法，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》給出了置換法、碾壓法、振沖樁法等處理方式，但規(guī)范中并無水墜砂法方面相關(guān)的條文及施工工藝[1-3]。陜蒙地區(qū)水墜砂地基處理方法在水壩、鐵路、機場、房屋建筑中應(yīng)用廣泛，在低層房建工程地基處理中很有效且經(jīng)濟[4-7]。由于砂土級配、碾壓參數(shù)對碾壓法水墜效果有影響[8]，水墜后應(yīng)盡快進行施工上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及基礎(chǔ)墊層，防止由于水分蒸發(fā)導(dǎo)致砂土地基密實度下降[9-10]。通過水墜砂方法與強夯、密實砂樁對比，水墜砂法施工方便，能夠節(jié)約投資，縮短工期，具有一定的優(yōu)越性[11]；而在“水墜砂+碾壓”方面的研究較少，已有研究成果表明“水墜砂+碾壓”效果良好[12]，但未采用機械化施工作業(yè)的振動法水墜地基處理方法。

為此，對砂土地基的機械化振動法水墜砂+碾壓地基處理方法進行了試驗。該方法主要是將松散的砂土地基制作田字壟注水，采用振動方法將基坑內(nèi)砂土地基土液化；在振動法水墜砂施工完畢后，田字壟內(nèi)存水自然下滲，振動液化后的砂土顆粒在水及其自身重力作用下下沉，將重新形成新的密實的土體結(jié)構(gòu)；此外，水墜后的砂土地基表面浮土，采用碾壓的方法將表層砂土壓實，以達到密實的效果。

1 試驗方法

1.1 地勘數(shù)據(jù)

表1 地基土承載力特征值及壓縮(變形)模量

1.2 制作田字壟圍擋

基坑開挖至設(shè)計標高后，用人工協(xié)助小挖掘機將基坑內(nèi)砂土刨起田字壟，并將田字壟內(nèi)原土整平，以此類推制作田字壟。田字壟格子尺寸以3 m×3 m左右為準，砂土地基注水后下滲速度快，單個田字壟依次注水能夠節(jié)約用水，降低工程造價。田字壟圍擋高出基坑底標高30 cm左右，如圖1所示。

圖1 田字壟制作

1.3 注水+振動棒振動水墜

注水作業(yè)：基坑降水至設(shè)計標高及田字壟制作完成后，分別向各田字壟內(nèi)注水，注水后水位高出田字壟底面20 cm，一個田字壟注水完畢后進行下一個田字壟注水作業(yè)，注水與振動工作交叉作業(yè)連續(xù)進行。

振動水墜作業(yè)：水墜施工時田字壟內(nèi)保持0.2 m水頭以上，用電動振動棒進行振動水墜，振動棒布置間距不大于0.5 m，呈梅花形布置或者正方形布置，振動位置根據(jù)布置依次進行，試驗時振動棒插入砂土地基內(nèi)深度0.5～1.0 m，如圖2所示?，F(xiàn)場試驗時發(fā)現(xiàn)，工人容易漏振相鄰田字壟根部，實際施工時應(yīng)注意加強田字壟根部處理，避免漏振。單個田字壟振動完畢后，靜持水位不小于1 h，以便振動液化后的砂土重新沉積完成密實的新結(jié)構(gòu)。

圖2 振動棒振動

1.4 碾壓

振動水墜后田字壟靜持水位時間完畢后停止注水，田字壟內(nèi)存水自然下滲完成。用鏟車將田字壟鏟平，待地基土內(nèi)含水率基本接近最優(yōu)含水率時，砂土表面灑水，開始碾壓地基表面浮砂，要求用鏟車端土來回碾壓或者壓路機來回碾壓，肉眼觀測或者腳蹬的方式檢查壓實后的效果。碾壓完成后準備取樣送實驗室進行壓實系數(shù)試驗。

1.5 壓實系數(shù)試驗

標準擊實試驗：取基坑內(nèi)原砂土取樣，送往實驗室用標準的擊實方法，測定土的密度與含水率的關(guān)系，確定砂土的最大密度與最優(yōu)含水率。

壓實系數(shù)試驗：振動法水墜、碾壓完成后，待基坑內(nèi)砂土地基含水率至接近實際工程狀態(tài)時，由實驗室取樣做壓實系數(shù)試驗。送往實驗室用標準的擊實方法，測定土的密度與含水率的關(guān)系，確定砂土的最大密度與最優(yōu)含水率。

2 試驗現(xiàn)象與結(jié)果

2.1 試驗現(xiàn)象

砂土黏粒含量對水墜砂的影響：現(xiàn)場試驗時，有局部區(qū)域砂土地基的黏粒含量較高，采用田字壟內(nèi)注水振動，水墜后田字壟內(nèi)存水無法在短期下滲完成，無法完成水墜。因此現(xiàn)場采用了換填砂土重新水墜的方法，在黏粒含量低的區(qū)域，振動水墜+碾壓后效果良好。

靜持水位對水墜的影響：現(xiàn)場試驗時，個別田字壟內(nèi)砂土表面未整平，注水后田字壟內(nèi)部分區(qū)域水頭較小，振動法水墜后砂土未充分液化、沉積，處理后砂土地基中留有孔洞，如圖3所示。田字壟內(nèi)水位保持對水墜效果影響較大，實際工程中應(yīng)足夠重視?，F(xiàn)場采取了重新整平田字壟內(nèi)砂土水墜的方法，水墜后效果良好。

圖3 田字壟內(nèi)未整平水墜后殘留孔洞

碾壓對表面浮土的影響：水墜后砂土地基部分區(qū)域表面，用大拇指用力按下后留有手印，初步判斷部分區(qū)域地基土表層砂土不夠密實，主要原因可能有以下3個方面。①因為同一場地砂土級配略有不同，砂土顆粒級配差的砂土地基水墜后密實度差；②表層砂土水頭小，水墜后表層砂土密實度不足；③基坑表層土上部已無覆土，負擔(dān)的載荷小。

碾壓對表面松散砂土的影響：對表層松散砂土，現(xiàn)場采用裝載機端土碾壓的方法，碾壓工作的主要影響因素為碾壓機械重量和灑水。灑水對表層砂土碾壓效果有影響，取一塊場地進行了灑水碾壓試驗。地基土表面干燥而未灑水時，碾壓后表層砂土變得松散，不如原土密實；灑水碾壓后，表層砂土壓實度較好。為了避免表層砂土含水率不足碾壓時散開，對砂土表面進行人工灑水，然后對整個水墜區(qū)域用裝載機端土或者壓路機來回碾壓后，碾壓后效果良好，用腳蹬后未見陷下去的腳印，如圖4所示。

圖4 水墜+碾壓后地基效果

振動深度對水墜砂的影響：電動振動棒插入深度0.3～0.4 m時水墜效果好，但施工效率低。振動棒插入地基深度1.0 m時，0.5～0.6 m范圍內(nèi)砂土能夠充分液化，0.6 m以下部分未能充分液化。輕型動力觸探檢測表明，插入深度較大時，水墜對較深部分地基未起到效果，錘擊數(shù)未提高。究其原因，主要是因為砂土地基無法實現(xiàn)充分液化，未形成新的密實土體結(jié)構(gòu)。根據(jù)試水墜效果，現(xiàn)場4個廠房地基施工時均選用了振動棒插入深度0.5～0.6 m，水墜后工程效果良好。

振動棒布置間距對水墜砂的影響：振動棒的布置間距對水墜影響較大，間距小時，水墜效果好，但是施工效率低。振動間距過大時，田字壟內(nèi)砂土無法充分液化，無法得到密實的效果，通過現(xiàn)場實測，0.4～0.5 m間距的實際效果良好。

2.2 試驗結(jié)果

擊實試驗：本工程基坑內(nèi)砂土地基現(xiàn)場取樣后，實驗室依據(jù)GB/T 50123—1999測得最大干密度1.75 g/cm3，最優(yōu)含水率為10.6%，砂土干密度與含水率關(guān)系，如圖5所示。

圖5 干密度與含水率關(guān)系

壓實系數(shù)：“水墜+碾壓”完畢后砂土地基試驗數(shù)據(jù)見表2，水墜+碾壓后砂土地基壓實系數(shù)均達到了0.96，該組壓實系數(shù)數(shù)據(jù)中共12個點，其中3個點壓實系數(shù)為0.96，6個點壓實系數(shù)為0.97，3個點壓實系數(shù)為0.98，全部點位壓實系數(shù)均能滿足設(shè)計壓實系數(shù)0.96的要求，詳見表2。對于實際工程中水墜深度較大的場地，砂土地基壓實系數(shù)試驗應(yīng)該分層檢測，水墜一層做一層，不合格的區(qū)域分析原因，采用參入大顆粒砂土重新灑水碾壓或者采用更大噸位機械繼續(xù)灑水碾壓，直至滿足要求。

表2 壓實系數(shù)

地基承載力靜載試驗：水墜+碾壓后，現(xiàn)場進行了地基承載力靜載試驗。根據(jù)試驗報告，處理后地基承載力不小于180 kPa，滿足設(shè)計要求。設(shè)計時對下臥層進行了核算，均能滿足設(shè)計要求。

3 結(jié)論

(1)田字壟靜持水位及時間、振動棒布置間距、電動振動棒插入地基深、灑水后碾壓均對水墜砂地基處理有影響，實際工程中可根據(jù)現(xiàn)場具體情況進行試水墜確定振動棒布置參數(shù)。試驗表明，振動法水墜+碾壓處理后砂土地基壓實系數(shù)能夠達到0.96，靜載試驗承載力能夠達到180 kPa。

(2)黏粒含量較高的沙土地基，建議先換填黏粒含量較低的砂土，然后分層進行水墜。

(3)振動法水墜+碾壓砂土地基處理，采用了現(xiàn)代化機械，相比傳統(tǒng)水墜，施工速度快，相對于樁基復(fù)合地基能夠加快施工進度一個月，為礦井水處理項目投產(chǎn)贏得了時間。

(4)“振動法水墜砂+碾壓”地基處理方法適合巴拉素等毛烏素沙漠地區(qū)，該方法豐富了砂土地基處理方法。砂土就地取材，造價低，節(jié)能環(huán)保，綜合經(jīng)濟性好，值得在實際工程中推廣應(yīng)用。