王強 劉偉華 殷尚偉 詹祥杰

中建五局土木工程有限公司 湖南 長沙 410004

引言

軟弱地基是工程項目施工過程中，最常見的問題。因為地基為軟弱地基，若處理不當，地基承載力不滿足設計要求，就會導致不均勻沉降問題的發(fā)生，一旦不均勻沉降發(fā)生，就會給工程項目帶來影響，能引起構(gòu)筑物發(fā)生裂隙，或是傾覆的風險。基于此，本文對軟弱級配碎石墊層換填處理的設計和施工進行研究，結(jié)合具體的工程案例，體現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢，推動軟弱地基的處理效果，確保施工和使用的安全[1]。

1 工程概況

九江市八里湖區(qū)九龍學校項目由3棟多層建筑，3棟門樓和地下室組成；總用地面積約為42618㎡，總建筑面積約為38043㎡。本項目存在大面積（約10607m2左右）的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，集中在地下室及1#樓、2#樓區(qū)域，且平均深度為3m左右；淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土在場地內(nèi)部分分布，流塑～軟塑，工程性質(zhì)差，強度低，為高壓縮性土，工程性質(zhì)差，不能作為天然地基基礎持力層。

2 地基處理方法的選擇

2.1 常見淺層地基處理方法

表1 常見的淺層地基處理辦法及使用范圍分析

2.2 本項目地基處理的方法的選擇

由于本項目換填區(qū)域主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，且換填后需作為地基基礎持力層，建筑物對地基承載力要求較高。

級配碎石換填弱軟土地基，以提高地基承載力，良好的地基處理作業(yè)實施，對于工程的施工質(zhì)量控制以及工程施工中的安全性控制能發(fā)揮重要的作用，也有利于加快施工速度。

級配碎石換填是將基礎底面以下不太深的處理范圍內(nèi)的軟弱土層挖除，然后以質(zhì)地堅硬、強度較高、性能穩(wěn)定性好、具有抗侵蝕性的砂、碎石、卵石、礦渣等材料分層填筑，同時用人工或機械方法進行表層壓、夯、振動、沖擊等密實措施處理至滿足工程要求的全過程。實踐證明，以這種方法處理后的地基能夠提高地基承載力、減少或防比不均勻沉降、加速軟弱土層的排水固結(jié)、調(diào)整不均勻地基的強度、防比凍脹、消除膨脹土的脹縮作用，達到降低造價的目的[2]。

本工程實際的施工中，選擇以級配碎石墊層換填的方式，進行施工，從而保證工程的質(zhì)量，降低安全隱患。如下表2所示，為本工程在工程期間所用到的設備情況。

表2 本工程在工程期間所用到的設備情況

3 地基地質(zhì)條件

為了進一步對工程進行研究，需要率先清楚地基的地質(zhì)條件，通過查找相應的文獻資料，發(fā)現(xiàn)本工程的地層較為簡單，主要是第一層的雜填土，下面是淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，之后是粉質(zhì)黏土，之后還是卵石和粉質(zhì)黏土，再之后是全風化泥質(zhì)粉砂巖，再后來是強風化泥質(zhì)粉砂巖，最后的中等風化泥質(zhì)粉砂巖，通過測定，發(fā)現(xiàn)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土厚度為3.0m，雜填土厚度為3.5m。同時，全風化泥質(zhì)粉砂巖厚度為3.2m。

4 具體的墊層換填設計研究

為實現(xiàn)對軟弱地基的處理，做好對地基的處置工作，有效地進行基礎施工，結(jié)合地基處理的方法的選擇，所以在實際的施工中，本工程就采取級配碎石換填的方法進行施工[3]。

4.1 厚度的確定

為保證墊層換填的效果，需要對厚度進行確定。為了確定實際的厚度，需要根據(jù)墊層底部土層的承載力來確定，進而能夠得到如下公式（1）的基本情況。

上述公式中，σcz是用于描述，墊層底面處上的自重應力，而σz則是用來描述墊層底面處的附加應力，而fa則是用來描述，墊層底面處土層的承載力特征值。

結(jié)合本工程的實際數(shù)據(jù)，確認建筑物基礎地面設計的標高是多少，再按照標準高程進行相應的換算，從而得到確認的高程情況。之后再獲取地面高程。而墊層換填的厚度，則與這兩個數(shù)據(jù)有關(guān)系，結(jié)合巖土工程勘查獲取的資料，了解到地下部分，具有較好承受能力的層為卵石層，卵石層的承載力特征值為240KPa，設計地基的承載能力的特征值為180kPa，若換填厚度為3.2m時，按照公式，能夠計算得出：σcz=35.3kPa所以將所有數(shù)據(jù)帶入到公式（1）中，發(fā)現(xiàn)35.3kPa+180kPa=215.3kPa＜240kPa，由此可見，通過計算是符合相關(guān)要求和標準的。

4.2 寬度的確定

寬度同樣是墊層換填處理中的重要內(nèi)容，如果寬度不合理，就會給地基基礎帶來影響，而且這部分影響還是負面影響。所以，級配碎石墊層的寬度應該根據(jù)墊層側(cè)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得墊層具有側(cè)向擠出的趨勢，如果實際的施工中，對墊層的寬度設置不合理，而且四周的土還比較軟弱，這樣墊層可能會被壓縮，擠入四周的軟土中去，從而導致地基的承載力又一次下降。所以，寬度的設計，必須做好合理的規(guī)劃，如此才能保證地基處理的效果，進而有效控制軟土地基的影響。

實際的設計時，需要以級配碎石墊層底部寬度為B，從而能夠得到公式（2），公式（2）具體情況如下所示。

上述公式中，B為級配碎石墊層底部寬度，b則是用于描述建筑物基礎的寬度，z是級配碎石墊層的厚度。最后一個θ是用于描述級配碎石墊層的壓力擴散角。

根據(jù)上述公式，可以理解到寬度與厚度之間還是有聯(lián)系的，所以在計算好厚度之后，才能對寬度進行計算。如下圖1所示，為級配碎石墊層示意圖。

圖1 級配碎石墊層示意圖

通過上圖中，可以發(fā)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)分布情況，所以實際的計算中，只需要根據(jù)公式中字母所代表的位置進行確認，如此一來，才能保證寬度的合理選擇。

本工程中，對b值進行取值，b值為2.2，z值則為級配碎石墊層的厚度，應為3.2m，θ是一個夾角，可以選擇30°，如此一來，就可以將具體的數(shù)值帶入到公式中，就能實現(xiàn)對B的計算，從而獲取實際的寬度值。

經(jīng)過計算后，獲取到了實際的寬度值，所以實際的施工中，只需要按照這一數(shù)值進行施工就可以保證地基的穩(wěn)定，就不會受到周邊軟弱土的影響。但是，實際的施工中，為了避免意外，需要適當?shù)念A留空檔，比如，本工程實際施工中，為了避免部分問題的發(fā)生，本工程在實際的寬度設計中，將寬度設置為6.5m，從而展開了施工，而在寬度確定之后，還要對寬度是否滿足設計要求進行檢測。另外，即使寬度計算結(jié)果相對較小時，級配碎石墊層頂部距離基礎外緣的距離也不該小于的300mm，從而保證施工能夠順利進行。

5 軟弱地基級配碎石墊層換填處理的施工研究

5.1 施工材料的準備工作

為了保證施工的質(zhì)量，需要做好前期的材料準備工作，因為本工程選擇級配碎石用于墊層換填。所以首先，就要做好對碎石級配的檢查，采用配比為3∶7的級配碎石混合填筑于預定的位置，便能實現(xiàn)墊層換填處理。所以，必須做好級配控制，選用級配良好、質(zhì)地堅硬的材料，且值得注意的是，碎石的最大粒徑不應該大于10cm，從而保證壓實度。砂與碎石材料的含泥量，也要有效地控制，要將具體的數(shù)值穩(wěn)定在3%以內(nèi)，如此，才能保證級配碎石墊層的可靠。同時，還要做好級配碎石墊層的外觀檢測，通過檢測工作，及時發(fā)現(xiàn)外觀中是否有質(zhì)量問題，不得含有草根，樹葉、塑料袋等內(nèi)容物，并且，還要對級配碎石進行相應的檢測工作，確認合格才能繼續(xù)施工。另外，還要對施工用的機械設備進行檢修，確保機械設備處于較好的工作狀態(tài)，可有效避免安全隱患。

5.2 開挖作業(yè)

由于墊層換填處理的方法相對比較簡單，所以實際開工中，主要選擇機械開挖的方式進行，由于開挖深度相對較深，所以要注意開挖基坑的控制，并避免出現(xiàn)邊坡塌方的問題，所以要結(jié)合實際情況和地質(zhì)條件進行控制，按照規(guī)范進行開挖作業(yè)。除此之外，還要做好開挖基坑的邊坡防護工作，必要時采取有效的防護措施，避免給開挖人員帶來生命安全威脅。開挖基坑的過程中，是必須做好邊坡的防護，因為區(qū)域本就是軟弱地層，所以邊坡的強度也不是很高，如果不能對邊坡進行有效的防護，就可能導致邊坡塌方問題。施工期間，主要以機械開挖為主，人工起到輔佐的作用，進行級配碎石墊層施工的過程中，應做隨時做好邊坡的檢查工作，避免墊層時，引起邊坡的塌方。除此之外，還要注意基坑開挖的過程中，應在基坑底部預留200mm厚土層不挖，待級配碎石鋪填前再進行開挖，施工時，還要注意確保開挖的平整度，并且做好相應的排水措施，確保最后基坑內(nèi)無積水殘留。

5.3 填筑、回填

級配碎石墊層運送到現(xiàn)場后，要按照計劃，一輛輛達到指定位置并于準確位置進行卸級配碎石，將這些級配碎石，全部投入到挖好的基坑中。施工時，實施分層鋪筑，分層壓實的方式，先壓實一部分，再填筑一部分，最后實現(xiàn)全部壓實。填筑時，應分層填筑，分層厚度應按50cm/層分層，再使用12t壓路機進行碾壓，每層需壓實4～6遍以上，同時，還要注意對施工含水量的控制，使之保持在8～12%，并且還要做好基坑內(nèi)的排水工作。

填筑完成之后，需要對地基進行相應的密實度檢測，本工程經(jīng)過檢測后，確認符合實際要求，確認施工基本符合要求。但是此時，還需要進一步做試驗檢測和建筑物基礎沉降的監(jiān)測，配合灌砂法，從鋪筑和壓實層取樣，并進行有效的土工試驗，經(jīng)過結(jié)果確認是符合施工要求的。另外，建筑物基礎沉降觀測中，確認沉降量與時間的關(guān)系，最后結(jié)果表明，經(jīng)過墊層換填之后，本工程的建筑物地基沉降量很小，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，說明級配碎石換填完全符合要求。

6 結(jié)束語

本文對軟弱地基級配碎石墊層換填處理的設計與施工進行研究，以本工程為基礎，合理地對軟弱地基級配碎石墊層換填處理的設計與施工進行研究，先對工程情況進行介紹，再分析實際的深度和寬度設計，最后對施工進行合理控制，從而保證軟弱地基級配碎石墊層換填處理的質(zhì)量，確保建筑物的安全與可靠，同時加快項目施工進度。