級配砂石換填施工要點分析及質量控制措施

石強

（中國熱帶農業科學院環境與植物保護研究所，海南 海口 571700）

回填土地基承載力較弱，且土體固潔時間長，固潔后強度也難以達到設計要求，可通過級配砂石換填的方法解決。將一定深度的回填土地基挖除，然后，分層換填上強度較大的級配砂石，并配合以重錘夯實、強夯、振動壓實等方法，從而提高地基的整體承載能力。

1 工程概況

本工程為一個4層實驗室。框架結構，坡屋面，檐口高16.2m，屋頂高18.6m，U型平面布置，建筑占地面積約730m2。

建筑場地自然條件：50年重現期風壓=0.7kN／m2，地面粗糙度B類。地震荷載：抗震設防烈度7度（0.1g），二組，場地類別Ⅱ類，抗震等級：三級。基礎設計等級：丙級。

2 場地條件

擬建場地地勢呈南高北低，標高為63～67m，高差較大。場地平整前經地質勘察后，地層自上而下依次為：

①素填土，分布于整個場地，主要由黏性土及砂組成，欠固結，欠壓密。層頂標高為64.66～70.85m，層底埋深為0.60～1.30m，層厚為0.60～1.30m。承載力90kPa

②層粘性土，分布于整個場地，局部夾有未完全風化的花崗巖硬塊，屬于花崗巖風化殘積土。層頂標高為63.81～70.25m，層底埋深為4.40～10.20m，層厚為3.50～9.10m。承載力160kPa

③層強風化花崗巖，下伏于整個場地，巖石破碎，巖芯呈碎塊狀，層頂標高為59.91～63.18m，層底埋深為5.00～11.50m，層厚為0.50～1.70m。承載力350kPa。

④層中風化花崗巖，下伏于整個場地，粗粒結構，塊狀構造，巖石較完整，裂隙稍發育，錘擊聲脆，巖芯呈短柱狀，層頂標高為58.92～62.48m，未揭穿，最大揭露厚度5.30m。承載力2000kPa。勘察期間場地各孔均未遇見地下水。

3 地基處理方案

擬建場地地勢呈南高北低，標高為63～67m，高差較大。設計±0.000的絕對標高為68.45m，經土方回填至標高68.00m。場區填土厚度為1～5m，不均勻分布。回填用土均來自場地周邊開挖的原狀黏性土，在回填過程中分層回填、分層壓實。

該項目基礎形式為柱下獨立基礎，基礎設計埋深1650mm/1950mm，設計地基承載力180kPa。根據基礎設計埋深，可知基礎均坐落在回填土上，雖在場地回填過程中均分層回填及分層壓實，但地基承載力也無法滿足設計要求，需進行地基處理。本項目采取級配砂石換填的方案處理。

為了提高地基承載力和剛度的均勻性，減少不均勻沉降，根據下臥層的走勢，基礎底標高及換填地基頂標高均按南高北低原則確定。綜合考慮原地勢、建筑平面布置、基礎位置回填土厚度、工期、造價、施工難易程度等，將場地分成7塊區域。每塊區域開挖換填深度不一致。詳見圖1。土方開挖按1:0.75放坡。根據各基礎埋深，分層回填，分層碾壓至設計標高。換填地基每層壓實系數符合設計要求后，鋪填上層。換填地基施工完成后，進行現場靜載荷試驗確定其承載力，需滿足設計要求。

4 級配砂石換填地基的要點分析及施工質量控制

該項目地基換填采用級配砂石換填的方案，要弄清換填地基施工質量控制要點，首先，要清楚砂石換填的適用范圍及作用。

圖1 場地開挖平面布置

4．1 適用范圍。

級配砂石換填地基主要是采用砂與礫石（碎石）混合為原材料，替換①原承載力較差的如飽和、非飽和軟弱土或水下黃土地基。②小河、水塘、溝等的局部地基③深度在3m以內的軟弱、透水性強的土層地基。不適用在①地下水位較高且流量大、流速快的地基。②加固濕陷性黃土地基和滲透系數小的黏土地基。③大面積堆載、密集基礎和動力基礎的軟土地基。還需注意級配砂石換填厚度應控制在0.5～2.5m。如換填厚度小于0.5m，則難以發揮作用。如超過2.5m，則施工造價增加，施工難度也增大。綜合以上使用范圍，該項目選用級配砂石換填地基是合理的。

4．2 級配砂石換填地基的作用。

（1）提高淺層地基的承載力。地基中的剪切應力作用在基礎底面下的邊角，并隨著荷載增加，逐漸向地基深處延伸。所以，基礎底面下淺層地基換成強度大的砂石材料，可以降低剪切應力的破壞，提高地基的承載力。

（2）加速地基的排水固潔。級配砂石地基透水性大，在地基受到壓應力后可形成較好的排水效果，使下層孔隙水壓力消散。同時，還可以加快換填地基下土層的固潔，提高土層強度。

（3）減少基礎沉降。軟土地基的沉降量在基礎整體沉降量中占比較大，且土體的側向變形也是導致基礎沉降量加大的主要原因。因此，通過級配砂石換填淺層軟土，可以降低基礎的整體沉降量。

4．3 施工質量控制

（1）材料質量要求。砂石墊層原材料要有良好的級配率，在振動壓實時能有效的密實。選用顆粒級配良好、質地堅硬的中粗砂。砂中有機質與含泥量均要小于5%，并嚴格控制粉砂含量。碎石粒徑小于50mm，含泥量、有機質等雜質含量小于5%。

（2）砂石配比要求。砂石配比以能滿足設計壓實系數為基礎。有條件的地方可以根據室內實驗確定。無條件的可在施工現場按砂石3:7比例進行預壓實，達設計要求后根據實際配比量進行大面積施工。砂石混合料必須拌和均勻，沒有粗細顆粒離析現象。

（3）含水量要求。嚴格控制級配砂石的含水量，含水量過低、過大效果碾壓效果均不好。以濕潤到飽和狀態時效果最好。可在確定砂石配比時一同確定含水量。

（4）級配砂石的碾壓要求。施工過程中嚴格按分層鋪攤，分層壓實。每層砂石厚度控制在15～20cm，不大于30cm。換填地基底部如深度不同時（本項目），基土面應挖成踏步或斜坡型，搭接處應注意壓實。施工按先深后淺的順序進行。碾壓過程如發現砂窩或碎石成堆現象，應將該處砂或碎石挖出，填入級配好的砂石。在鋪攤級配砂石及在碾壓過程中，根據其干濕程度和氣候條件，適當灑水，以保持級配砂石的最佳含水量。碾壓遍數根據現場確定。

（5）質量檢驗要求。換填地基施工質量檢驗應分層進行，在每層壓實系數符合設計要求后才進行下一層鋪攤。整體換填地基施工完后，應委托具有地基檢測資質的單位進行檢測，確保換填地基承載力達設計要求。可采用現場靜載試驗，也可采用灌砂法、灌水法進行壓實系數的檢測。

（6）沉降觀測要求。在主體結構出地面后，應及時設置沉降觀測點。觀測點、觀測時間按設計要求。一般可在設置觀測點后進行第一次觀測，作為基礎數據。以后每增加一層觀測一次。項目竣工后第一年觀測4次，第二年2次，第三年后每年1次，直至沉降穩定。

5 結語

級配砂石換填地基適用于處理3m以內的軟弱地基，不僅施工工藝簡便，原材料也容易獲得，施工造價相對較低。但在施工過程中，應根據施工工藝的特點和施工過程中的技術難點，嚴格控制施工質量。