砂石换填法在软弱地基处理中的应用研究

砂石换填法在软弱地基处理中的应用研究

程渊博，李阳，袁东辉

（中国建筑第七工程局有限公司，郑州，450000）

[摘要]：对于一些高层住宅等荷载较大的建筑物来说，在基础设计阶段就要依据地质勘查报告，对地基基础方案进行初步论证，首先要对天然地基适宜性进行评价，当天然地基不能满足要求时，论述采用复合地基方案，并进行论证对比，最后提出地基基础方案倾向性意见。本文依据洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目深基坑区域住宅楼软弱地基的地基处理方式，对砂石换填法在软弱地基中的应用进行综合分析，为以后的设计论证提供依据；

[关键词]：地基加固；砂石换填法；分析论证；

作者简介：程渊博，本科，学士，助理工程师，一级注册建造师，Email:34668625@qq.com。

0 引言

随着建筑业的发展，越来越多的建设项目需要在原始地貌复杂、地质及地下水文条件恶劣的场地下进行，其中有些项目由于场地地基承载力的不足，满足不了上部建筑物的正常负荷，这就需要对地基进行加固处理。

砂石换填法是进行地基加固的一种常用方法，本文依托洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目深基坑区域住宅楼软弱地基的地基处理方式，对对砂石换填法在软弱地基中的应用进行综合分析，为以后的设计论证提供依据；

1建设概况和工程地质条件

洛龙区东西霍屯棚户区工程改造项目深基坑区域共计包含五栋25~28F住宅楼，分别编号为4#~7#、14#。根据前期地质勘查报告，在勘探深度内，地基土从上至下共分为七大层，其中第④层又分出1个亚层，第⑤层又分出3个亚层。各土层的承载力特征值及压缩性评价.

2高层住宅楼天然地基及砂石换填浅基础方案论证

拟建高层住宅楼地上25层、28层、31层，基础埋深为-11.10m，各高层住宅楼均为剪力墙结构，按筏板基础进行评价，根据勘察任务书，设计条件中估算的25层、28层、31层高层住宅楼基础底面处的压力平均值Pk分别为465kPa、520kPa、550kPa。

2.1砂石换填浅基础方案论证

1、砂石换填初步方案

根据场地工程地质条件及前述分析，天然地基均不能直接满足高层住宅楼对地基土层承载力的要求，各高层住宅楼可采用砂石垫层换填法对地基进行处理，即挖除基底之下剩余的土层及砂层以及基底处不满足设计要求的⑤层中的软弱夹层，然后用砂石垫层碾压至基底标高，基础采用换填砂石垫层上的筏板基础。

砂石换填材料可采用级配良好的天然砂卵石或或人工级配砂石，不含杂质。砂石

垫层的设计、施工、检验应严格按照有关规范进行，砂石垫层的压实系数不小于0.97，其承载力特征值应根据载荷试验确定，砂石垫层的外放宽度应满足应力扩散的要求。根据洛阳地区工程经验，当砂石垫层级配良好，且压实系数大于等于0.97时，其承载力特征值可达到550kPa（砂石垫层变形模量可取40MPa）以上，砂石垫层的承载力完全可以满足设计要求。

2、软弱下卧层强度验算及砂石垫层最终换填厚度的确定

对于基底之下分布有第③层黄土状粉质粘土、第④层粉土夹粉砂或第④-1层细砂的高层住宅楼，无论从湿陷性角度，还是从承载力角度，③～④层本身必须换填，而第⑤大层承载力相对较高，因此，各高层住宅楼采用人工换填砂石垫层方案、初步确定砂石垫层换填厚度时，应首先考虑将基底下剩余的土层及砂层全部挖除换填，其次考虑将基底下的全部剩余土层及砂层换填后，垫层之下的第⑤大层中的承载力较低的软弱夹层作为下卧层是否可以满足设计要求。若第⑤大层中的软弱夹层不能满足作为下卧层对承载力的要求时，总换填厚度尚需加上需要换填处理的包含软弱夹层部分的厚度，即最终的总换填厚度需通过下卧层承载力验算确定。

在必须保证上表所列厚度，即将基底之下剩余的土层及砂层全部换填的前提下，还需使垫层之下第⑤大层中的承载力较低的软弱夹层作为软弱下卧层时，其强度验算时必须满足下式规定：

Pz+Pcz≤faz

Pz=lb(Pk-Pc)/(l+2ztgθ)(b+2ztgθ)

式中符号意义详见规范GB50007-2011之5.2.7条解释。

对于第⑤大层中的软弱夹层作为下卧层时，其下卧层顶面处地基土层承载力特征值应按下式进行计算：

fa=fak+ηdγm(d-0.5)

式中：fa——修正后的地基承载力特征值（kPa）

  fak——地基承载力特征值（kPa）；

ηd——基础埋深的地基承载力修正系数；

    γm——基础底面以上土的加权平均重度；

    d——基础埋置深度。

现对⑤-1层圆砾、⑤-2层砾砂、⑤-3层中砂作为换填砂石垫层的下卧层进行承载力验算，并将距基底的最小允许距离的计算结果，以及从根据前表4中基底下初定必须换填的剩余土层及砂层厚度两个方面（取二者中的大值）共同确定的各高层住宅楼下砂石垫层的最终换填厚度。

根据各高层住宅楼基底之下第⑤大层中强度较低的软弱夹层作为软弱下卧层的分布情况，按上表5条件控制砂石垫层的最终换填厚度时，各软弱下卧层的承载力均可以满足设计要求。但⑤大层中强度较低的软弱夹层分布无明显的分布规律，挖到换填垫层底面时，应对坑底持力层进行超重型动力触探，针对垫层之下、不满足上部荷载要求的软弱下卧层进行局部处理的办法，即范围较小时可采用干硬性砼换填处理，面积较大时，可仍用砂石垫层局部换填处理。另外，砂石换填底面接近或位于地下水位面以下，须采取降水措施。

3 高层住宅砂石换填法沉降估算分析

根据设计所提荷载、±0.00标高和基础埋深，结合工程地质剖面图，按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.3.5节的公式计算楼房角点或任一钻孔处的沉降量。

经估算，将各高层建筑宽度方向地质条件差别最大、倾斜值最大的两孔的沉降量以及倾斜。

根据前述沉降量估算结果，场地内各高层住宅楼沉降量均小于规范允许值200mm，倾斜值小于规范允许值0.0025，满足设计要求。

4砂石换填的施工及质量控制

砂石垫层的设计、施工、检验应严格按照有关规范要求确定，砂石垫层的承载力应通过现场载荷试验确定。

1、垫层材料

垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45﹪），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质，含泥量小于5﹪，根据经验，碎石、卵石的最大粒径不应大于100mm，实际选材时，用级配良好的天然砂卵石或人工级配砂石均可。级配卵石配比关系可取5：2：3，即卵石5（粒径100≥d≥20mm）：圆砾2（粒径20≥d≥2mm）：中粗砂3（粒径2≥d≥0.25mm），最终必须经过室内外试验与野外试验性施工综合确定，使砂石垫层压实系数与承载力均能满足设计要求。

2、砂石垫层的施工及质量要求

砂石垫层的施工及质量要求，可依据规范要求并做好以下几方面控制：

（1）施工机械可用振动压路机。

（2）砂石垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等，宜通过试验确定。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。

（3）施工前应先将符合质量的卵石填料拌和均匀后，运至坑底虚铺至试验分层厚度，在静压前，洒水使填料处于湿润状态（含水量控制在8～12%即可）；然后用振动压路机静压两遍，再振压试验确定的每层压实遍数。碾压时，先按长度方向行驶，然后补压短边没压到的地方，以保证卵石填料均匀获得规定的遍数。

（4）砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上，如深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应碾压密实。

（5）基坑挖好后，其放坡或支护方案，必须保证边坡是稳定的，以防发生塌方等安全事故；砂石垫层铺筑前，应先将坑底浮土清除干净；对于低于基底的空洞、枯井、墓穴等，应在垫层施工前妥善处理。

（6）砂石垫层的压实标准，压实系数不小于0.97。

5结论

砂石换填法是一种常用的地基处理的方法，一部分换填材料可以就地取材节省工程造价，同时该种施工方法施工工艺简便，施工质量易得到控制，施工可行性强。

参 考 文 献

[1] 建筑地基处理技术规范: JGJ79-2012 ［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2012．

[2] 高层建筑岩土工程勘察规程：JGJ72-2004［S］．北京: 中国建筑工业出版社，2004．

[3] 建筑地基基础设计规范：GB5007-2011［S］.北京：中国建筑工业出版社，2012.