大面積地面軟土地基處理施工技術(shù)研究與應(yīng)用

□文/靖自保 向暉 榮建華 陳業(yè)林 趙寧

大面積地面軟土地基處理施工技術(shù)研究與應(yīng)用

□文/靖自保 向暉 榮建華 陳業(yè)林 趙寧

軟土地基戧灰處理方法常見的是用于市政道路的路基處理中。為滿足工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的要求，文章論述的施工方法摒棄了傳統(tǒng)的預(yù)拌然后直接進(jìn)行灰土回填的施工工藝，而是直接在原場(chǎng)地進(jìn)行布灰、拌灰、碾壓處理。軟土地基的戧灰處理能有效解決大面積地面地基承載力不足的問題，比起旋噴樁和CFG樁地基處理造價(jià)低很多，工藝也要簡(jiǎn)單高效，施工工期也大為縮短。

大面積；地面；軟土地基；戧灰

近年來隨著倉儲(chǔ)及物流業(yè)的發(fā)展，各種大型車輛在廠區(qū)內(nèi)出現(xiàn)，人們對(duì)廠區(qū)內(nèi)地面的使用功能要求也越來越高。但區(qū)別于市政道路本身，一個(gè)物流倉庫或一個(gè)倉儲(chǔ)公司的建成，人們往往更關(guān)注的是建筑物本身的施工質(zhì)量和使用功能，因此室內(nèi)外地坪就處在了一個(gè)相對(duì)尷尬的位置，人們很容易就忽略了其重要性。人們對(duì)其使用功能要求的日漸提高與其處于易忽視的地位就形成了一個(gè)不可調(diào)和的矛盾。而廠區(qū)的選址常常會(huì)考慮地基便宜，交通壓力小的問題，這樣就避免不了的會(huì)遇到軟土地基的情況。這種情況導(dǎo)致的結(jié)果就是大面積地面在設(shè)計(jì)過程中未充分考慮行車或載重的要求，在施工過程中也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，直到使用過程中出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。

1　工程概況

中建鋼構(gòu)天津鋼結(jié)構(gòu)制作廠建設(shè)工程共包含1#、2#、3#廠房、包裝車間及成品倉堆場(chǎng)室內(nèi)外地面總面積約150000m2。通過對(duì)大面積地面軟土地基的戧灰處理與CFG樁，旋噴樁處理進(jìn)行對(duì)比分析，重點(diǎn)對(duì)戧灰處理進(jìn)行研究與應(yīng)用。

中建鋼構(gòu)天津鋼結(jié)構(gòu)制作廠建設(shè)工程項(xiàng)目場(chǎng)地埋深40.00 m深度范圍內(nèi)，地基土按成因年代可分為7層，按力學(xué)性質(zhì)可進(jìn)一步劃分為13個(gè)亞層。

1）人工填土層。全場(chǎng)地均有分布，厚度0.40～2.40 m，底板標(biāo)高為2.12～0.08 m，主要由素填土（地層編號(hào)1）組成，呈褐色，軟塑狀態(tài)，無層理，粉質(zhì)粘土質(zhì)，含磚渣、石子、植物根系等，屬中壓縮性土。人工填土填墊年限＜10a。

2）全新統(tǒng)上組陸相沖積層。厚度0.90～3.60m，頂板標(biāo)高2.12～0.08 m，該層從上而下可分為2個(gè)亞層。第一亞層，粉質(zhì)粘土（地層編號(hào)4a）：厚度一般為0.30～2.20 m，呈灰黃色，軟塑～可塑狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中壓縮性土。局部夾粉土透鏡體。其中在119、120、122、123、125、128、142、145、148、162、163、168、169、180、186、197、203、209號(hào)孔附近缺失該層。第二亞層，粉土（地層編號(hào)4b）：厚度一般為0.80～2.50 m，呈灰黃～黃灰色，稍密～中密狀態(tài)，無層理，含鐵質(zhì)，屬中（偏低）壓縮性土。本層土各亞層水平方向上土質(zhì)較均勻，4a亞層局部缺失，分布不穩(wěn)定；4b亞層分布尚穩(wěn)定，見圖1。

圖1　土層分布

場(chǎng)地內(nèi)不良地質(zhì)作用主要為地面沉降，因過量抽取地下水引起。所在區(qū)域1985—2010年，累計(jì)地面沉降近800mm，2010年度平均沉降量55 mm，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起注意。擬建廠房、堆場(chǎng)內(nèi)均分布有吊車，地面荷載約3.2 t/m2，需進(jìn)行地面處理，可考慮采用復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)。復(fù)合地基可采用旋噴樁或采用CFG樁，樁基礎(chǔ)可采用預(yù)應(yīng)力管樁。

在充分了解軟土地基處理的施工方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程特點(diǎn)，確立了“大面積軟土地基戧灰處理施工技術(shù)研究與應(yīng)用”這一攻關(guān)內(nèi)容。

2　研究?jī)?nèi)容

1）CFG樁的實(shí)施效果。CFG樁由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的可變強(qiáng)度樁。通過調(diào)整水泥摻量及配比，其強(qiáng)度等級(jí)在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成CFG樁復(fù)合地基共同工作，故可根據(jù)復(fù)合地基性狀和計(jì)算進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。CFG樁一般不用計(jì)算配筋并且還可利用工業(yè)廢料粉煤灰和石屑作摻和料，進(jìn)一步降低工程造價(jià)。

2）旋噴樁的實(shí)施效果。旋噴樁是利用鉆機(jī)將旋噴注漿管及噴頭鉆置于樁底設(shè)計(jì)高程，將預(yù)先配制好的漿液通過高壓發(fā)生裝置使液流獲得巨大能量后，從注漿管邊的噴嘴中高速噴射出來，形成一股能量高度集中的液流，直接破壞土體，噴射過程中，鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使?jié){液與土體充分?jǐn)嚢杌旌?，在土中形成一定直徑的柱狀固結(jié)體，從而使地基得到加固。

3）軟土地基戧灰處理的實(shí)施效果。軟土地基戧灰處理就是直接在原場(chǎng)地進(jìn)行拌灰處理的一種施工方法，此方法常見的是用于市政道路的路基處理中。由于本工程大面積地坪的施工做法與道路類似且場(chǎng)地載荷較大，均在1 t/m2以上，故可以借鑒采用此方法進(jìn)行地基處理。雖然戧灰處理最終的承載力不及旋噴樁或CFG樁的處理，但其施工工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)也十分低廉，非常適合大面積地面地基的處理。地基處理完成后也完全滿足地面地基承載力的要求。

4）軟土地基戧灰處理施工工藝。本工程為滿足工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉的要求，在大面積戧灰處理的施工工藝上做了一定的創(chuàng)新，摒棄了傳統(tǒng)的預(yù)拌然后直接進(jìn)行灰土回填的施工方法，直接在原場(chǎng)地進(jìn)行布灰，拌灰、碾壓處理。這樣一來整個(gè)施工工藝就非常簡(jiǎn)單，實(shí)施起來省時(shí)省力。

5）軟土地基戧灰處理施工質(zhì)量控制措施。軟土地基戧灰處理的關(guān)鍵就是要測(cè)量拌和土方量，明確拌灰范圍、拌和深度并明確所需拌入石灰量，保證戧灰量滿足要求且拌和均勻。施工過程中也需要加強(qiáng)監(jiān)控，測(cè)定石灰計(jì)量，滿足略大于最佳含水量的要求。

3　關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

3.1軟土地基戧灰處理

石灰是氧化鈣（生石灰）和氫氧化鈣（消石灰）的統(tǒng)稱。不論生石灰、消石灰，水化后和土壤中的二氧化硅或三氧化二鋁以及三氧化二鐵等物質(zhì)結(jié)合，即可生成膠結(jié)體的硅酸鈣、鋁酸鈣以及鐵酸鈣，將土壤膠結(jié)起來，使灰土有較高的強(qiáng)度和抗水性?；彝林饾u硬化，增加了土壤顆粒間的附著強(qiáng)度。

密實(shí)度高的灰土強(qiáng)度高，水穩(wěn)定性也好。密實(shí)度可用干重度控制。28d齡期的灰土抗壓強(qiáng)度可達(dá)到0.5～0.7 MPa，200～300 a齡期的灰土抗壓強(qiáng)度可高達(dá)8～10MPa。用亞粘土或粘土制作的三七灰土，在室內(nèi)養(yǎng)護(hù)7 d后浸水48 h的形變模量為10～15 MPa，養(yǎng)護(hù)28 d浸水48h的形變模量為32～40MPa。

軟土地基戧灰處理雖然最終的承載力不如旋噴樁或CFG樁，但其可直接在原場(chǎng)地，用原挖土機(jī)械進(jìn)行，施工周期相對(duì)較短，不需要重新購置新機(jī)械，施工完成后，灰土固結(jié)速度較快，提升承載力效果明顯，能滿足天津地區(qū)除靠海碼頭外大部分室內(nèi)外地坪的地基承載力要求。

3.2施工工藝

軟土戧灰處理直接先將素土填筑至基底，經(jīng)攤鋪整平后采用輕型壓路機(jī)先穩(wěn)壓1～2遍，使其表面平整。然后用石灰在土層上打上方格網(wǎng)（方格網(wǎng)根據(jù)地基寬度變化現(xiàn)場(chǎng)確定），同時(shí)劃出攤鋪石灰的邊線，根據(jù)設(shè)計(jì)的灰劑量準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)方格網(wǎng)內(nèi)所需石灰質(zhì)量來進(jìn)行均勻布灰。布灰后用刮板將石灰均勻攤開，石灰攤鋪完后表面應(yīng)沒有空白位置，攤鋪厚度均勻。然后量測(cè)石灰的攤鋪厚度，根據(jù)石灰的含水量和松密度，校核石灰用量是否合適。布灰完成后立即進(jìn)行拌和，按拌和2遍考慮，拌和過程中不得留有素土夾層，要拌入到下一層約30cm深。在拌和過程中及時(shí)檢查含水量，含水量應(yīng)略大于最佳含水量，拌好后及時(shí)進(jìn)行灰劑量檢測(cè)，使灰劑量必須滿足要求。

3.3施工質(zhì)量控制措施

土壤和石灰是組成戧灰處理灰土的兩種基本成分。粘性土壤顆粒細(xì)、活性大，因此強(qiáng)度比砂性土壤高。一般情況下，以粘性土配制的灰土強(qiáng)度比砂性土配制的強(qiáng)度高1～2倍。房渣土作為灰土的土料也是可用的，但必須過篩，用它配制的灰土強(qiáng)度并不比其他土壤配制的低，有時(shí)反而較高，因房渣土中含有較多的活性礦物質(zhì)?；彝翉?qiáng)度在一定范圍內(nèi)隨含灰量的增加而增加。但超過限度后，灰土的強(qiáng)度反而會(huì)降低。這是因?yàn)橄以阝}化過程中會(huì)析水，增加了消石灰的塑性?；彝劣玫氖易詈眠x用磨細(xì)生石灰粉，或塊灰澆以適量的水，經(jīng)放置24h成粉狀的消石灰。

戧灰用石灰必須過篩，灰?！? mm，須拌和均勻并控制最佳含水量作為戧灰時(shí)的含水標(biāo)準(zhǔn)。戧灰處理前后的基底必須整個(gè)都夯打或碾壓2遍。尤其是戧灰處理后的碾壓是保證地基處理質(zhì)量的關(guān)鍵。碾壓的遍數(shù)以使灰土的干重度達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的數(shù)值為準(zhǔn)。

因此每次戧拌前測(cè)量預(yù)計(jì)拌和土方量，用石灰撒線，明確拌灰范圍、拌和深度并明確所需拌入石灰量，做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，保證戧灰量滿足要求且拌和均勻。施工時(shí)采用挖掘機(jī)翻拌，拌和過程中安排專人值班，全過程監(jiān)控并安排專門的試驗(yàn)人員進(jìn)行灰劑量檢測(cè)，確定是否滿足要求，若石灰衰減前的灰劑量小于設(shè)計(jì)灰劑量則須第二次加灰，為便于施工第二次加灰在地基上土完畢后進(jìn)行，但加灰時(shí)務(wù)必做到均勻播撒。石灰拌和后須經(jīng)至少一夜悶料。

4　軟土地基戧灰處理總體施工技術(shù)

4.1工藝流程

首先要做的就是材料及施工機(jī)械的準(zhǔn)備，保證整個(gè)戧灰的施工條件。然后直接在經(jīng)過碾壓處理的基底進(jìn)行布灰拌灰處理，最后進(jìn)行碾壓、養(yǎng)護(hù)，見圖2。施工方法簡(jiǎn)單易行，十分適合在本工程現(xiàn)場(chǎng)的施工條件下施工。

圖2　施工工藝流程

4.2操作要點(diǎn)

4.2.1施工準(zhǔn)備

在場(chǎng)地中間每10 m設(shè)一中樁并放出該層邊線樁，進(jìn)行水平測(cè)量并在邊樁上準(zhǔn)確標(biāo)出實(shí)施層頂標(biāo)高，有明顯標(biāo)記。準(zhǔn)備經(jīng)試驗(yàn)合格的白灰，生石灰要提前7～10 d進(jìn)行充分消解并過篩。根據(jù)試驗(yàn)得出石灰密度和土松散密度。根據(jù)場(chǎng)地寬度、厚度及預(yù)定的壓實(shí)密度計(jì)算干混合料重量，根據(jù)混合料的配合比、材料的含水量以及所用運(yùn)料車輛的噸位計(jì)算各種材料的堆放距離和數(shù)量。

4.2.2布灰處理

先將素土填筑至地基，經(jīng)攤鋪整平后采用輕型壓路機(jī)先穩(wěn)壓1～2遍，使其表面平整。然后用石灰在土層上打上方格網(wǎng)，同時(shí)劃出攤鋪石灰的邊線。

4.2.3布灰

根據(jù)10%灰劑量準(zhǔn)確計(jì)算出每個(gè)方格網(wǎng)內(nèi)所需石灰質(zhì)量來進(jìn)行均勻布灰，布灰后用刮板將石灰均勻攤開，石灰攤鋪完后表面應(yīng)沒有空白位置，石灰松鋪厚度均勻，然后量測(cè)石灰的松鋪厚度，根據(jù)石灰的含水量和松密度，校核石灰用量是否合適。

4.2.4灰土拌和

布灰完成后立即進(jìn)行拌和，按拌和2遍考慮，拌和過程中不得留有素土夾層，要拌入到下一層約30 cm深。在拌和過程中及時(shí)檢查含水量，含水量應(yīng)略大于最佳含水量，拌好后及時(shí)進(jìn)行灰劑量檢測(cè)，使灰劑量必須滿足要求，否則必須進(jìn)行二次布灰。

4.2.5碾壓

首先用膠輪壓路機(jī)碾壓1～2遍，然后用平地機(jī)整平和整形，在平地機(jī)操作過程中及時(shí)給出高程并用人工配合找補(bǔ)，應(yīng)預(yù)留沉降量。

整形后在混合料的含水量處于最佳（1%～2%）時(shí)采用振動(dòng)壓路機(jī)和膠輪壓路機(jī)及時(shí)進(jìn)行碾壓，直到滿足壓實(shí)度要求為止并及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。在碾壓過程中應(yīng)保持表面漸濕。每施工段末端10～12 m，不進(jìn)行碾壓，待下段施工時(shí)一并進(jìn)行整平碾壓。

4.2.6養(yǎng)生

灑水養(yǎng)生7 d，經(jīng)常保持濕潤(rùn)并進(jìn)行自檢驗(yàn)收，對(duì)不合格處加以處治。養(yǎng)護(hù)期內(nèi)應(yīng)封閉交通，不能封閉交通時(shí)，應(yīng)限制車輛通行且車速不超過30km/h。

5　實(shí)施效果

本工程地基處理過程中采用了10%的戧灰處理的施工方法。施工過程中采用了挖掘機(jī)，壓路機(jī)等施工機(jī)械共計(jì)20臺(tái)，全站儀、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量器具共7臺(tái)，生石灰8000t，進(jìn)行輕型擊實(shí)試驗(yàn)15次，干密度試驗(yàn)45次。整個(gè)施工過程持續(xù)了約18d時(shí)間。

軟土地基的戧灰處理有效解決了本工程廠區(qū)地面地基承載力不足的問題，比起旋噴樁和CFG樁地基處理造價(jià)低很多，工藝也要簡(jiǎn)單高效，施工工期也大為縮短，施工效果達(dá)到了預(yù)期要求。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.04.004

□向暉/中建三局集團(tuán)有限公司。

□榮建華、陳業(yè)林、趙寧/中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司。

□TU478

□C

□1008-3197（2015）04-08-03

□2015-07-30

□靖自保/男，1987年出生，助理工程師，中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，從事工程技術(shù)管理工作。