砂石墊層承載力的初步探討

王海奧

洛陽洛南新區(qū)地貌單元屬于洛河河漫灘或一級(jí)階地，上部地基土層承載力較低，下部卵石層承載力較高，而砂石墊層具有承載力高、變形小、施工周期快、與下部卵石層材質(zhì)一致等特點(diǎn)，因此建筑物常常采用砂石對(duì)基底下淺部承載力較低的土層進(jìn)行換填處理，砂石墊層的應(yīng)用越來越廣泛。但砂石墊層的承載力難于通過計(jì)算準(zhǔn)確確定[1］，也無相關(guān)規(guī)范和資料可供參考，僅在JGJ 2002建筑地基處理技術(shù)規(guī)范4.2.3條條文說明中對(duì)安全等級(jí)為三級(jí)的建筑物當(dāng)施工壓實(shí)系數(shù)為0.93～0.97時(shí)，砂石墊層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按200 kPa～300 kPa取用。但高層建筑物一般平均基底壓力較大，30層以上的甲類建筑物平均基底壓力大多在500 kPa以上，砂石墊層的承載力是否能滿足要求，只能通過最終靜載荷試驗(yàn)結(jié)果確定。但在施工圖設(shè)計(jì)階段，砂石墊層的承載力如何取值、砂石墊層的現(xiàn)場(chǎng)施工如何控制就成了亟待解決的問題。本文通過工程實(shí)踐，表明只要對(duì)砂石墊層的砂石料選材和現(xiàn)場(chǎng)施工全過程進(jìn)行控制，當(dāng)施工壓實(shí)系數(shù)不小于0.97時(shí)，砂石墊層的承載力特征值可達(dá)550 kPa～650 kPa，均能滿足目前30層～33層左右的甲類建筑物的設(shè)計(jì)荷載要求。

1 工程條件及設(shè)計(jì)要求

1.1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場(chǎng)區(qū)地層分布呈河流階地“二元”結(jié)構(gòu)，上覆為黃土狀粉土及粉質(zhì)粘土層，下伏為卵石層。地基土自上而下分述如下:

1.2 砂石墊層的設(shè)計(jì)要求

擬建高層建筑物為33層，高99 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，采用筏板基礎(chǔ)，筏基荷重為550 kPa左右，基礎(chǔ)埋深為地面下6.0 m左右。根據(jù)本工程的工程地質(zhì)條件，建筑物基礎(chǔ)直接持力層為卵石層，但基底下2.0 m范圍內(nèi)分布有軟弱夾層，若直接采用卵石層作為筏基持力層時(shí)，下臥層砂層及粉質(zhì)粘土強(qiáng)度不能滿足要求，需要對(duì)其采用砂石墊層進(jìn)行換填處理，一般換填厚度2.0 m～2.5 m左右，設(shè)計(jì)要求砂石墊層應(yīng)級(jí)配良好，施工壓實(shí)系數(shù)不小于0.97，砂石墊層的承載力特征值不小于550 kPa，并應(yīng)通過載荷試驗(yàn)確定。

2 砂石墊層的選材

由于本工程基坑相對(duì)較深，而場(chǎng)區(qū)卵石層埋藏較淺，因此基坑開挖時(shí)將挖出大量的砂卵石。若按照常規(guī)做法將其廢棄將造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，因此勘察報(bào)告中建議在開挖時(shí)選取純凈的砂卵石單獨(dú)放置，對(duì)含土的卵石、砂層等另外放置，然后砂卵石墊層回填時(shí)不再按照常規(guī)做法購買人工級(jí)配的砂卵石，而采用選取的純凈砂卵石作為回填材料，這樣不僅使基坑開挖出來的多余砂卵石得到了有效利用，而且有效節(jié)約了基礎(chǔ)工程造價(jià)。

為達(dá)到較好的壓實(shí)效果，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照以下原則控制砂石料質(zhì)量:填料級(jí)配良好，砂卵石質(zhì)量比為卵石∶圓礫∶中粗砂=5∶3∶2，當(dāng)天然砂卵石配合比較差時(shí)，需采用人工適當(dāng)調(diào)配;最大粒徑不超過70 mm;含泥量低于5%。

3 砂石墊層的施工控制及質(zhì)量保證措施

為達(dá)到較好的壓實(shí)效果，本工程我院針對(duì)砂卵石墊層的施工提出了具體的施工控制參數(shù)和質(zhì)量保證措施如下。

3.1 施工參數(shù)

1)使用設(shè)備自重18 t以上振動(dòng)壓路機(jī);2)壓路機(jī)行駛速度不大于50 m/min;3)每層虛鋪厚度35 cm;4)每層先靜壓2遍，再振動(dòng)碾壓6遍～8遍。

3.2 質(zhì)量保證措施

1)控制砂石料級(jí)配，對(duì)回填的砂石料每500 m2抽檢一次，不好的砂石料可隨時(shí)抽檢。

2)基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，浮土應(yīng)清除，邊坡必須穩(wěn)定，防止塌土。

3)在基坑開挖過程中，下部地基土難免受到擾動(dòng)，因此在鋪第一層墊層前須對(duì)原地層進(jìn)行適當(dāng)碾壓。

4)墊層施工要嚴(yán)格控制每層的鋪設(shè)厚度、水平度，碾壓遍數(shù)及振動(dòng)碾的行駛速度。在振動(dòng)前應(yīng)預(yù)先用水灑濕但基坑應(yīng)保持無積水狀態(tài)。

5)振動(dòng)碾壓輪跡應(yīng)相互搭接，防止漏壓，保證地基均勻獲得規(guī)定遍數(shù)的壓實(shí)功能。

6)墊層的質(zhì)量檢驗(yàn)必須分層進(jìn)行。每壓完一層，應(yīng)檢驗(yàn)該層的平均壓實(shí)系數(shù)。當(dāng)壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，才能鋪墊上層。

4 砂石墊層的試驗(yàn)結(jié)果

4.1 壓實(shí)系數(shù)的檢驗(yàn)結(jié)果

為確保墊層施工質(zhì)量，相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)貫穿整個(gè)施工全過程，檢驗(yàn)檢測(cè)的主要內(nèi)容如下:

1)對(duì)砂石料進(jìn)行顆粒分析試驗(yàn)，確定其顆粒級(jí)配。2)對(duì)試驗(yàn)用砂做擊實(shí)試驗(yàn)，確定其最大干密度。3)測(cè)定高程及水平位置，測(cè)定壓實(shí)度(由施工單位負(fù)責(zé))。4)分層測(cè)定干容重、壓實(shí)系數(shù)。檢驗(yàn)墊層質(zhì)量時(shí)，基坑內(nèi)每100 m2面積取1處檢驗(yàn)點(diǎn)，各層采用埋設(shè)純砂點(diǎn)(應(yīng)使用純凈的中砂，埋砂點(diǎn)直徑不小于20 cm)的方法測(cè)定其干容重、壓實(shí)系數(shù)，最后一層采用注水法與埋砂法相結(jié)合的方法測(cè)定。

檢測(cè)結(jié)果表明:砂卵石墊層的壓實(shí)系數(shù)全部在0.97以上，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果

本工程我院對(duì)砂石墊層按每100 m2面積取1處檢驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行了超重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，各試驗(yàn)點(diǎn)的檢測(cè)深度為2.0 m～2.5 m左右，檢測(cè)結(jié)果表明各動(dòng)探檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)情況基本一致，動(dòng)探試驗(yàn)錘擊數(shù)正常，各點(diǎn)試驗(yàn)平均錘擊數(shù)一般在10.8擊～15.5擊之間，砂石墊層水平方向和垂直方向均勻性較好。

根據(jù)各動(dòng)探檢測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)錘擊數(shù)，結(jié)合我院及《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第4版)根據(jù)動(dòng)探擊數(shù)確定地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式[2］，各動(dòng)探檢測(cè)點(diǎn)地基承載力特征值在550 kPa以上。

4.3 載荷試驗(yàn)結(jié)果

本工程采用淺層平板靜載荷試驗(yàn)對(duì)砂石墊層的承載力進(jìn)行了檢測(cè)，經(jīng)靜載荷試驗(yàn)驗(yàn)證，天然地基承載力特征值為650 kPa，與勘察報(bào)告一致;而砂卵石墊層的承載力特征值不僅滿足設(shè)計(jì)要求的550 kPa，而且為了與天然地基做比較，有意在3號(hào)樓區(qū)域(即7，8號(hào)試驗(yàn)點(diǎn))對(duì)砂卵石墊層加荷到了1 300 kPa，其承載力特征值達(dá)到了650 kPa，與天然地基差別不大，承載力完全滿足設(shè)計(jì)要求。各點(diǎn)載荷試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果表

檢測(cè)過程中，各試驗(yàn)點(diǎn)在加荷至設(shè)計(jì)要求壓力的2倍時(shí)均未出現(xiàn)極限荷載，滿足終止加荷條件，分級(jí)卸載后終止試驗(yàn)。

5 結(jié)論及建議

砂石墊層的承載力主要取決于現(xiàn)場(chǎng)施工全過程控制，應(yīng)從砂石料選材、施工參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)施工管理進(jìn)行全過程控制，只要選材合理、施工控制嚴(yán)格，當(dāng)施工壓實(shí)系數(shù)不小于0.97時(shí)，砂石墊層的承載力特征值均可達(dá)550 kPa以上，能夠滿足目前30層～33層左右的甲類建筑物的設(shè)計(jì)荷載要求。并且根據(jù)載荷試驗(yàn)成果，最大加荷到1 100 kPa～1 300 kPa時(shí)，基本上還處于彈性變形階段，由于沒有加荷至極限荷載，砂石墊層的承載力尚有很大的富余度，有待于今后進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證。

[1]JGJ 2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S］.

[2]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M］.第4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[3]周衛(wèi)華.粉質(zhì)黏土中樁承載力試驗(yàn)研究[J］.山西建筑，2009，35(1):107-108.