砂石垫层换土法在220kV苏州张浦变地基处理中的应

　　摘要： 本文结合220kV苏州张浦变电所主控制楼工程实例，介绍了砂石垫层换土法在建筑工程基础地基处理技术中的应用方法，施工技术与质量控制，以及优势特点和技术经济效果的分析与评价。

　　[关键词]砂石垫层, 应用,评价

　　220kV苏州张浦变电所工程，其主控制楼为二层框架结构，柱下交叉条形基础，檐高9.5m，建筑面积835.5㎡。设计地基承载力标准值fk≥90kPa。而岩土工程勘测报告表明：场区层①粉质粘土地基承载力特征值fa1=85kPa，压缩模量Es1-2,1=4.5MPa，不能满足设计地基承载力要求和沉降变形限值。层②粉质粘土地基承载力特征值fa2=200kPa，压缩模量Es1-2,2=7.0MPa，地质条件较好。经过对多种地基处理技术方案进行分析比较，决定采用以层②粉质粘土作为下卧层、上部则用级配砂石垫层换土回填进行置换的方法，换土厚度1.8米。

　　1.天然地基地质条件

　　该场区地形平坦，地势较低，自然地面高程：1.53～2.18m(1985国家高程基准)，地下水位埋深：0.80～1.50m，自上而下各层土的性状分述如下：

　　层①粉质粘土：厚度2.5～3.3m，等级中～重，湿～很湿，可塑～软塑，干强度中等，韧性中等，表层约0.5m为耕土;本层土层位较稳定，层厚小，为高压缩性、低承载力土层;压缩模量4.5 MPa，地基承载力特征值85kPa。

　　层②粉质粘土：厚度3.1～4.2m，等级中～重，稍湿，硬塑，干强度中等～高，韧性中等～高;本层土层位稳定，层厚较大，为中等压缩性、较高承载力土层;压缩模量7.0MPa，地基承载力特征值200kPa。

　　层③粉质粘土夹粉土：厚度1.2～2.6m，等级中～轻，干强度中等，韧性中等，岩性接近粉土;本层土层位较稳定，层厚较小，为中等压缩性、中等偏高承载力土层;压缩模量9.5MPa，地基承载力特征值170kPa。

　　层④粉砂：厚度1.8～3.2m，饱和，稍密，颗粒组成中等均匀，局部岩性接近或为粉土;本层土层位稳定，层厚较小，为中等偏高压缩性、中等承载力土层;压缩模量6.0MPa，地基承载力特征值140kPa。

　　2.砂石垫层换土法的参数确定

　　2.1.厚度的确定。

　　砂石垫层的厚度应根据垫层底部软弱土层的承载力来确定，即：

　　σcz+σz≤fa (1)

　　式中： σcz——垫层底面处土的自重应力;

　　σz ——垫层底面处的附加应力;

　　fa ——垫层底面处软土的承载力特征值;

　　本工程建筑物基础底面设计标高为-2.5m，按1985国家高程基准换算为0.49m，自然地面高程为1.53～2.18m，垫层换土厚度1.8m。根据岩土工程勘测报告，该处为层②粉质粘土，土的最大重力密度为19.6kN/m3，则垫层底面处土的自重应力最大值为：

　　σcz=1.8m×19.6kN/m3=35.28kPa

　　附加应力主要为建筑物基础的设计荷载：σz=90kPa，地基承载力特征值为200kPa，将以上试算数据代入公式(1)，则：

　　σcz+σz=35.28kPa+90kPa=125.28kPa<200kPa

　　试算结果满足要求。

　　2.2.宽度的确定。

　　砂石垫层宽度根据垫层侧面土的承载力来确定，因为基础荷载在垫层中引起的应力使垫层有侧向挤出的趋势，如果垫层宽度不足、四周土又比较软弱，垫层就有可能被压缩而挤入四周软土中去，使基础沉降量增大。砂石垫层底部宽度 b′由下式确定：

　　b′=b+2ztanθ (2)

　　式中：b′——砂石垫层底部宽度;

　　b ——建筑物基础宽度;

　　z ——砂石垫层厚度;

　　θ ——砂石垫层的压力扩散角;

　　如图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

　　根据上述计算结果，本工程中砂石垫层宽度设计取值为5m，满足要求;因其柱下交叉条形基础的间距较小，故内侧为平面整体回填。此外，即使宽度的计算结果较小时，垫层顶部距基础外缘距离也不应小于300㎜,以便于基础的施工。

　　3.砂石垫层换土回填施工的控制措施

　　3.1.施工材料质量控制

　　本工程中地基处理采用配比3：7(砂：石)的砂石混合料置换原土，分层压实进行回填。砂选用中粗砂，碎石选用级配良好、质地坚硬的材料，且碎石的最大粒径不大于每层铺筑厚度的2/3，以保证压实度;砂与碎石材料的含泥量均应控制在3%以内。砂石材料进场时应进行外观质量检查，不得含有草根、树叶、纸片、塑料袋等有机杂物和垃圾;并应按要求取样送检，经检测质量符合要求后方准许使用。

　　3.2.基坑开挖和边坡维护

　　进行砂石垫层换土施工时，根据现场实际情况和地质条件，按要求分层进行开挖和支护，同时要做好开挖基坑的边坡维护和采取必要的防坍塌措施;并需注意防止基坑周边有土块和杂物滚落混入基坑内，影响砂石垫层施工质量。施工期间需观测基坑周边地形的变形情况，保证边坡的稳定性。基坑开挖至底部时，应保留坑底约200㎜厚土层，待砂石铺填前再由人工挖除，以保证开挖基坑底面的平整度。施工期间，基坑内积水需及时排除。

　　3.3.砂石垫层回填压实过程控制

　　砂石垫层回填应按均匀拌合、分层铺筑、分层压实的工艺进行。施工时，先于垫层最下面一层铺设150㎜厚的粗砂作为倒滤层;然后按照每层200㎜～300㎜厚度分层铺筑砂石混合料并压实，分层时应保证面层上的平整;各层面上使用10t压路机往复碾压，每层需压实4遍以上，碾压时适当洒水润湿砂石，使其施工含水量保持在8～12%。每铺筑和压实好一层后，需现场取样进行密实度检测，满足设计要求后，方可进行上一层施工;最后一层砂石压实完成后，应对砂石垫层的表面进行拉线找平，并要符合设计规定的标高。施工时，施工质检人员和监理人员负责全过程的质量控制和检查验收工作，监控分层厚度、压实情况、洒水量、压实遍数、压实系数等。

　　4.试验检测和建筑物基础沉降观测

　　砂石垫层的土工试验采用灌砂法，分层进行取样;检测项目为砂石垫层压实后的含水率、干密度和密实度。经试验测得的各组数据如下：含水率为4.7%～5.6%，干密度为1.99～2.06t/m3，密实度为95%～98%;各项指标均满足设计和规范的技术要求。

　　砂石垫层上部的建筑物于2010年4月20日开始施工，从4月25日起，专业检测单位对建筑物的沉降过程进行了详细的观测，根据观测数据绘制成的沉降量与时间关系曲线如图2所示。

　　沉降观测结果和沉降量与时间关系曲线表明：建筑物基础的沉降量很小，基础沉降在主体完工和设备安装后即趋于平稳;实测沉降量数据完全满足规范所允许的沉降变形要求，而且在设备安装完成四个月后就不再有沉降，本工程砂石垫层所提供的地基承载力稳定、可靠。

　　5.技术总结与评价

　　本工程地基处理采用砂石垫层换土法，具有以下优点：1、施工简便，能可靠控制施工质量，砂石垫层施工不需要特殊的机械设备，普通挖机、推土机即可操作;2、较大地降低了工程造价，本工程所在地区域盛产砂石材料，砂石垫层施工原材料仅为砂与碎石，价格便宜，并可就地取材;3、有效地缩短了工期，砂石垫层施工工艺简单，不需要预制和养护，且试验过程基本与施工同步进行，不占用时间;4、砂石垫层能提供足够的地基承载力，设计验算和检验试验数据表明，砂石垫层换土后作为基础下卧层完全可以保证上部建筑物的稳定性和结构安全;5、能够加速软土的固结、改良土层性状，作为垫层的砂石混合料透水性大，软土中的水分可以部分地通过垫层排出;6、砂石垫层的材料特性，具有较好的抗震效果和防止土的冻胀作用。

　　本文的工程实践表明，在建筑工程中的软弱地基处理中采用砂石垫层换土法换土回填，能够较好地控制施工质量、节省工程造价、节约工期，效果显著。

　　参考文献

　　[1]王成华主编.基础工程学.天津：天津大学出版社，2002

　　[2]建筑施工手册(第四版)编写组编，建筑施工手册(第四版)，北京：中国建筑工业出版社，2009

　　[3]江苏省建设厅编，江苏省建筑与装饰工程计价表，北京：知识产权出版社，2004

　　[4]全国造价工程师执业资格考试培训教材编审委员会编，工程造价计价与控制，北京：中国计划出版社，2007

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文章名称： 砂石垫层换土法在220kV苏州张浦变地基处理中的应

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