淺析水墜砂地基處理的工程應用

周慶民

摘要：本文以榆林市煤礦礦井水綜合處置工程中水墜砂地基處理的工程實例，通過介紹水墜砂地基處理的施工技術、實施效果、經濟效益分析，為類似工程的地基處理施工提供經驗和參考。

關鍵詞：水墜砂；地基處理；承載力；經濟合理

1 引言

榆林市煤礦礦井水綜合處置工程位于榆林市神木縣清水工業園區內，該地區地處陜北黃土高原與毛烏素沙漠接壤地帶，原始地貌屬風積沙丘地貌單元，地質條件較差，地基承載力低，工程特性差，需處理后方可作為建（構）筑物的地基持力層。本文通過對水墜砂地基處理進行施工總結來分析其優劣性。

2 工程概況

2.1 項目概況

榆林市煤礦礦井水綜合處置工程項目主要是修建一座日處理15萬立方米的水處理廠，水處理廠占地面積約91.089畝，主要工藝構（建）筑包括提升泵房、高密度澄清池、D型濾池、清水池、提升泵房、污泥脫水間等，下面以清水池為范例進行分析。清水池為地下式現澆鋼筋混凝土水池結構，地基面積2737.8㎡，水池容積11949.1m?，基礎為鋼筋混凝土筏板基礎，地基處理采用水墜砂，地基土主要為中砂，場地內無可濕陷性土層分布，地下水水位埋深較深。

2.2 工程地質情況

根據場地地勘報告，擬建場地勘察范圍內的地層主要為近期人工堆積素填土，第四紀全新世風積中砂、晚更新世沖洪積中砂組成。現將場地地層分為四層，自上而下依次巖土特性描述如下：

①素填土（ ）：黃褐色，稍濕，稍密，主要成份以碎石、砂土為主，土質不均，含有少量植物根系，新近人工碾壓堆積而成，密實度不均勻；層厚1.2-7.4m，層底埋

深1.2-7.4m，相應層底標高1168.53-1176.89，該層在場地范圍內分部連續，承載力特征值為110kPa；

②中砂（ ）：黃褐色，稍濕，松散-稍密，主要成份以石英、長石顆粒為主，可見云母碎屑及礦物質，砂純，顆粒均勻，級配不良；層厚1.2-6.1m，層底埋深6.3-8.6m，相應層底標高1166.33-1172.27m，該層在場地范圍內分部連續，承載力特征值為160kPa；

③中砂（ ）：黃褐色，稍濕，中密，主要成份以石英、長石顆粒為主，可見云母碎屑及礦物質，砂質純，顆粒均勻，級配不良，局部夾有細砂薄層；層厚4.9-7.8m，層底埋深12.5-15.3m，相應層底標高1166.33-1172.27m，該層在場地范圍內分部連續，承載力特征值為240kPa；

④中砂（ ）：黃褐色，稍濕-飽和，密實，主要成份以石英、長石顆粒為主，可見云母碎屑及暗色礦物質，砂質純，顆粒均勻，級配不良，局部夾有細砂薄層或透鏡體；最大揭露厚度為16.4m，承載力特征值為280kPa。

2.3 地基設計要求

清水池基礎持力層位于②中砂（ ）層，地基處理采用原狀土水墜來增加土體密實性，提高地基承載力，從而滿足施工需要。

地基設計要求水墜深度不小于1m，處理范圍為基礎外邊線外放1m。地基處理完成后壓實系數要求不小于0.97，承載力特征值要求不小于180kPa。

3 施工技術

3.1 工藝流程

水墜砂地基處理工藝流程見下圖：

3.2 適用范圍

水墜砂法適用于對松散的天然砂基進行淺層處理，基礎未見軟弱下臥層，如：軟土、淤泥等，且地下水位不高于基底下1m。國內西北沙漠地區大量工程實踐表明，其對粒度較大的中粗砂處理效果最好，其次為細砂，若為粉砂則需摻入一定量的中粗砂或細砂水墜，才能取得較好的工程效果。

3.3 施工方法

1）根據清水池設計要求開挖基坑，基坑挖深5m，基坑長78m，寬35.1m，基坑邊坡按1：1.5放坡。基坑底應預留300mm厚土層用于水墜下降高度。2）組織建設單位、監理單位、地質勘測單位、施工單位共同驗槽，確認基坑的位置、平面尺寸、坑底標高及基底土質。3）采用裝載機進行粗平，整平必須采取邊上土邊整平的方式。4）粗平后，人工分格培砂土圍堰，分格宜為5m*5m，圍堰高度不低于30cm，寬度也不小于30cm。5）圍堰設置好后開始放水，放水應連續進行，放水時水流流速應稍大，砂基頂面上的水深應不小于20cm。6）待水儲滿整個分格，目測水面下沉緩慢，不再有細微氣泡冒出時，即可停止給分格進水。7）當分格內砂土層不見明水，一般悶水（分散水分）約1至1.5小時后，可以開始檢測含水率，每半小時測一次，比對各區塊最優含水率，待其略高于最優含水率時（約3%），可以開始組織碾壓。8）采用裝載機端土碾壓，碾壓原則：先輕后重、先慢后快、輪跡重疊，壓實遍數保證在6至8遍，輪痕較明顯時，盡量消除輪痕，保證表層碾壓密實。9）碾壓完畢（一般以壓至輪子下沉量，不超過1厘米至2厘米為度），立即進行壓實度試驗，如試驗不合格時應加遍碾壓。

3.4注意事項

1）施工前應進行試驗段測試，通過試驗確定預留水墜厚度、碾壓遍數、含水量的區間范圍，指導后續施工。2）水墜過程中，應時刻注意邊坡穩定性，必要時采用相應防護措施，以防侵泡坡腳造成邊坡失穩。3）碾壓過程中，裝載機輪胎邊距基坑邊緣應大于50cm，以防發生溜坡倒角。4）對于裝載機無法碾壓的邊角，可適當灑水后，采用打夯機夯實，首遍各夯位宜靠緊，如有間隙，則不得大于15cm，次遍夯位應壓在首遍夯位的縫隙上，防止漏夯。

4試驗檢測

4.1 靜載荷試驗

試驗采用慢速維持荷載法，加載采用堆重平臺及50t、100t油壓千斤頂，分級加載，沉降觀測系統由16個量程為30mm的百分表和6根基準梁組成，百分表的量測精度為0.01mm。靜荷載試驗采用圓形壓板，直徑d=1.13m，面積A=1㎡，承壓板下鋪設2cm中粗砂找平。試驗分8級加壓，每級45kPa，最大加載量為360kPa，為設計值的2倍，每級加載后按間隔10、10、10、15、15min測讀，以后每隔30min測讀一次。

該水墜砂地基3個檢測點，在最大加載量P=360kPa下的沉降量均較小，且P-S曲線均呈緩變型，無明顯拐點。在最大荷載一半P=180kPa的作用下3個點最大沉降量為2.79，相對沉降量s/d=0.003<0.006，按規范取s/d=0.006所對應荷載為墊層的承載力，但其值不應大于最大加載量的一半。故可判定該水墜砂地基承載力特征值≥180kPa，安全系數≥2，滿足設計和規范要求。

4.2干密度試驗

試驗采用環刀法跟蹤檢測，烘干法測定其含水量及干密度，然后根據擊實試驗報告的最大干密度，通過計算測出干密度計算地基的壓實系數。

干密度試驗結果

該水墜砂地基壓實系數介于0.97-0.98之間，每層平均壓實系數均為0.98，均不小于0.97，滿足設計要求。

5 經濟效益分析

通過工程實踐證明，水墜砂地基處理在滿足工程使用的同時，施工機械要求不高，工藝流程簡單，施工成本低，施工速度快，在處理砂質地基時，經濟合理。榆林地區水墜砂綜合單價在10元/㎡左右，相比其他地基處理方法更加經濟實用，在該地區已被廣泛使用。

6 結語

目前，水墜砂地基處理技術還沒有形成一套規范化的技術標準和施工方法，制約了這一施工方法在工程中的應用。本文通過介紹水墜砂地基處理的施工技術、實施效果、經濟效益進行分析，證明水墜砂地基處理是一種切實可行且經濟合理的地基處理方法，希望能為類似工程的地基處理提供經驗與參考。

參考文獻

[1]《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）

[2]《建筑地基基礎設計規范》 GB50007-2011）

（作者單位：中鐵十四局集團第五工程有限公司）