基于卵石與subbase料組合換填的軟基回填施工工藝研究

曹 林，譚 龍，陳建春，王成志

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024)

0 引言

從建筑自身穩(wěn)定性的角度出發(fā)，地基的狀態(tài)起到?jīng)Q定性的作用，一般情況下，地基施工也是最為基礎(chǔ)和最為重要的施工環(huán)節(jié)之一[1]。在實(shí)際的建筑施工過程中，地基的地質(zhì)狀態(tài)具有多元化的屬性特征，當(dāng)其表現(xiàn)出明顯的軟基特質(zhì)時(shí)，就需要采取針對性的施工措施對其進(jìn)行處理，以加強(qiáng)其硬度和穩(wěn)定性[2]。其中，沼澤、淤泥、軟質(zhì)粘土是較為常見的軟土地質(zhì)類型。對該類地質(zhì)的特點(diǎn)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其土質(zhì)相對較為軟弱，并且含有大量水分，土質(zhì)內(nèi)部的空隙也相對多。受上述因素的影響，其在固結(jié)性方面的表現(xiàn)明顯相對較差，整體的穩(wěn)定性也相對較低。這對于建筑而言是十分不利的。因此，一旦在施工中遇到該類地基時(shí)，無論是對施工進(jìn)度，還是對施工質(zhì)量都會產(chǎn)生極大的影響。不僅如此，一般地基承受負(fù)荷超過其極限值時(shí)，局部地面也會在其破壞力的作用下出現(xiàn)不同程度的沉降問題。因此，從建筑地基承載力要求的角度出發(fā)，在建筑施工前需對軟土地基采取相應(yīng)處理措施。

本文提出基于卵石和subbase料組合換填的軟基回填施工工藝研究，結(jié)合軟土地基的屬性特征以及卵石和subbase料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了針對性的回填施工工藝。并以實(shí)際的施工案例為基礎(chǔ)，分析驗(yàn)證了設(shè)計(jì)施工工藝的應(yīng)用效果。

1 軟基回填施工工藝設(shè)計(jì)

1.1 回填料選擇

本文設(shè)計(jì)的軟基回填施工工藝主要以卵石和subbase料為回填材料，為了最大限度保障回填效果，需對二者進(jìn)行科學(xué)選擇[3-4]。①對于卵石材料的選擇，本文設(shè)置卵石尺寸范圍分為2種，分別為6～25cm的卵石，以及5～10cm的卵石。除此之外，還對卵石的質(zhì)量加以約束，要求表面無風(fēng)化現(xiàn)象，對應(yīng)的含泥量應(yīng)控制在3.0%以內(nèi)。對于到場后的卵石，經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收后合格后方可使用。②對subbase料的選擇。由于subbase料中含有一定量的有害物質(zhì)，因此，本文從建筑和環(huán)境安全的角度考慮，首先對其有害物質(zhì)含量進(jìn)行管理，具體的選擇標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 subbase有害物質(zhì)含量選擇標(biāo)準(zhǔn)

按照表1的方式，對subbase料中有機(jī)質(zhì)、硫酸鈣水合物、可溶鹽和硫酸鹽的含量進(jìn)行控制。除此之外，對subbase料的級配情況加以管控也是十分必要的。本文設(shè)置的subbase料級配標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 subbase料級配標(biāo)準(zhǔn)

按照表2的方式，實(shí)現(xiàn)對subbase料級配的選擇，以此避免出現(xiàn)由于subbase料粒度過小導(dǎo)致的回填效果難以達(dá)到理想狀態(tài)的情況；同時(shí)也避免由于subbase料粒度過大導(dǎo)致的回填空間空隙過大，出現(xiàn)影響回填質(zhì)量的問題。

1.2 軟基預(yù)處理

在實(shí)施軟基回填施工前，需要結(jié)合地基的實(shí)際情況，對其進(jìn)行預(yù)處理，以此最大限度降低其對后續(xù)施工效果的影響。針對此，本文主要從2個(gè)方面入手。

首先是對于地下水水位較高的基礎(chǔ)，需要對其進(jìn)行排水處理，具體采用的方法為輕型井點(diǎn)降水法。在具體的施工階段，在建筑開挖邊線周圍布設(shè)4～5個(gè)“井點(diǎn)”，將其作為排水井，對應(yīng)每個(gè)排水井的深度不宜低于7.0m。之后在排水井內(nèi)安裝護(hù)壁濾水花管，進(jìn)行為期1周的排水處理，觀察其地基土質(zhì)是否完全達(dá)到了干地施工的設(shè)計(jì)要求[5]。若未達(dá)到，則繼續(xù)進(jìn)行排水處理，并定期對排水狀態(tài)進(jìn)行巡查，直至其達(dá)到干地施工的設(shè)計(jì)要求。通過這樣的處理方式，避免出現(xiàn)因基礎(chǔ)返水，造成的集水坑重新開挖問題。

其次就是要適當(dāng)抬高建基面高程，利用這樣的方式避開地基承載力較差的地層結(jié)構(gòu)，從根本上提高地基的穩(wěn)定性。一般情況下，自然地面以下0～2m范圍內(nèi)的地基承載力有明顯提升，而2m以下地基承載力會出現(xiàn)不同程度的降低，這也是導(dǎo)致地基不能滿足設(shè)計(jì)承載力要求的主要原因之一。以此為基礎(chǔ)，在具體的處理過程中，需要根據(jù)現(xiàn)場周邊道路或已有建筑的實(shí)際情況，由專門的技術(shù)人員與監(jiān)理工程師確定施工現(xiàn)場±0.00高程的位置，并在此基礎(chǔ)上盡量抬高建基面，最大限度減少開挖的深度，并實(shí)現(xiàn)對不良地質(zhì)層的有效規(guī)避。通過這樣的方式，保證地基承載力能夠進(jìn)一步滿足設(shè)計(jì)的要求。

1.3 軟基回填施工

本文設(shè)計(jì)的軟土地基回填施工工序?yàn)闄C(jī)械拋石、整平處理、碾壓施工、回填subbase料5個(gè)階段。

首先，采用進(jìn)占法按照從中部向前的順序?qū)κ┕ぼ浲恋鼗M(jìn)行挖掘施工，挖掘的方式結(jié)合施工環(huán)境的實(shí)際情況，可以選擇向2側(cè)展開，或單側(cè)拋置。但是需要注意的是，無論選擇哪種方式，其最核心的目標(biāo)都是使淤泥向外側(cè)擠出。在完成上述的施工處理過后，在回填卵石前，需要先對地表干硬淤泥土進(jìn)行清除，之后再按照分層回填的方式進(jìn)行施工[6]。對應(yīng)的回填順序?yàn)樽云鹗级擞蓛?nèi)向外拋填，單次回填長度宜控制在20.0～50.0m范圍內(nèi)。在實(shí)施第1層卵石拋填時(shí)，其厚度未進(jìn)行具體的量化，而是以后續(xù)施工進(jìn)程的順利推進(jìn)為目標(biāo)，將可承載大型施工機(jī)械作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

其次就是對回填地基的整平施工。在該階段，首先需要利用卵石的自重，對地基進(jìn)行初步的擠淤處理，當(dāng)回填的卵石體積大于地基的開挖體積時(shí)，也就是卵石堆積高度高于原地面水平線時(shí)，需要采用裝載機(jī)對其進(jìn)行推平，同時(shí)采用自重較大的壓路機(jī)對其進(jìn)行碾壓處理[7]。上述的卵石填筑采用的材料宜選擇粒徑相對較大的卵石。在完成上述施工后，需要在拋石頂面鋪設(shè)小粒徑卵石對其進(jìn)行加固，具體的粒徑控制在5.0～10.0cm為宜，同樣對其進(jìn)行整平。為了確保攤鋪平整施工的效果，本文采用挖掘機(jī)和裝載機(jī)相結(jié)合的方式進(jìn)行，對于邊角等不規(guī)則位置，配合人工處理的方式進(jìn)行找平。

在碾壓施工時(shí)，要結(jié)合不同階段的施工要求，對具體的碾壓方式進(jìn)行差異化控制。對于拋投過程而言，首先需采用自重較大的振動壓路機(jī)對地基進(jìn)行往復(fù)碾壓，通過這樣的方式使卵石完全沉入到軟土地基中，達(dá)到基本穩(wěn)定的狀態(tài)[8]。而對于作業(yè)面展開階段而言，壓路機(jī)自重應(yīng)用控制在16T以內(nèi)，配合4～6次振動處理進(jìn)行碾壓施工，并在碾壓振動過程中用6～10cm的卵石對不平整的位置進(jìn)行適當(dāng)填充，以此確保卵石回填后的拋石層頂面平整，且無明顯孔隙[9-10]。

最后就是對回填subbase料施工，采用Z50型裝載機(jī)將已拌合均勻的subbase料運(yùn)輸?shù)交觾?nèi)，根據(jù)已經(jīng)測好的標(biāo)高點(diǎn)控制鋪筑厚度，采用平行推進(jìn)法進(jìn)行鋪筑。每層subbase料的鋪設(shè)厚度以250mm為宜，考慮到subbase料的級配情況，設(shè)置虛鋪系數(shù)為1.12，對應(yīng)的虛鋪厚度應(yīng)以280mm為宜。鋪筑subbase料在壓實(shí)前，按照含水率5.8%的標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)貫⑺员３稚笆淖罴押俊簩?shí)階段的振動壓路機(jī)噸位自重不宜小于18t，按照由邊到中的原則，碾壓“2+8+2”遍(靜壓2遍后開弱振2遍，然后強(qiáng)振6遍，再靜壓2遍)。直至最后2遍的平均沉降量不超過5mm，整體其平均沉降量為總沉降量的5%～10%時(shí)，結(jié)束施工。

2 應(yīng)用測試

2.1 工程概況

本文以某實(shí)際建筑工程為例，對本文設(shè)計(jì)軟土地基回填施工工藝的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。施工案例項(xiàng)目為隧道工程。對工程所在地層的構(gòu)成情況進(jìn)行分析得知，按照從上到下的順序，具體的土層結(jié)構(gòu)分別為砂質(zhì)黏土(厚度為1.6m)、粉質(zhì)黏土(厚度為0.6m)、砂巖(厚度為1.0m)以及砂土(厚度為1.9)。在0.1～6.5m的深度范圍內(nèi)，地基的應(yīng)力強(qiáng)度均值為56.56kPa，對應(yīng)的變異系數(shù)為11.233m。在此基礎(chǔ)上，采用本文設(shè)計(jì)方法對其進(jìn)行回填處理，并檢驗(yàn)其其回填效果。

2.2 測試結(jié)果與分析

在上述基礎(chǔ)上，本文隨機(jī)選擇10個(gè)測試點(diǎn)作為回填前后的驗(yàn)收點(diǎn)，在回填處理前對其應(yīng)力參數(shù)進(jìn)行采集后，標(biāo)記具體的位置信息，在回填處理后，再次對其應(yīng)力情況進(jìn)行檢測，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1所示。

圖1 施工前后地基應(yīng)力情況對比圖

結(jié)合圖1可以看出，采用本文設(shè)計(jì)施工工藝對地基進(jìn)行回填處理后，地基的應(yīng)力強(qiáng)度得到了明顯提升。在施工前，10個(gè)檢測點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度基本在60.0kPa以下，經(jīng)過處理后整體穩(wěn)定在115.0kPa以上。結(jié)合建筑項(xiàng)目施工管理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行分析，能夠滿足建筑施工要求。結(jié)合上述的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可以得出結(jié)論，本文設(shè)計(jì)的基于卵石和subbase料組合換填的軟基回填施工工藝可以起到切實(shí)提高地基穩(wěn)定性的作用，對于軟基處理工作而言，具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

對于軟土地基而言，受地基土層中含水量較高，土質(zhì)構(gòu)成較為疏松等特性的影響，難以滿足地基施工穩(wěn)定性要求。本文提出基于卵石和subbase料組合換填的軟基回填施工工藝，從回填材料的選擇、原始地基預(yù)處理及回填施工方面實(shí)現(xiàn)對施工工藝的設(shè)計(jì)。測試結(jié)果表明設(shè)計(jì)工藝在極大程度上保障了地基施工質(zhì)量。本研究中的軟基回填施工工藝還可以進(jìn)一步優(yōu)化，在資金充足的情況下研發(fā)自動化控制系統(tǒng)，對施工參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和控制，以此提高施工效率和準(zhǔn)確性。希望能夠?yàn)閷?shí)際的軟土地基處理提供參考，保障建筑的安全性和穩(wěn)定性。