換填法地基處理的設(shè)計(jì)及施工方法

趙俊雅，史博研

（1.北京市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，北京 100045；2.中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300000）

城市地表廣泛分布著一定厚度的素填土、雜填土等人工填土。填土具有成分不均、穩(wěn)定性差、力學(xué)性質(zhì)差異大、欠固結(jié)等特點(diǎn)，一般不宜作為天然地基使用，需采取一定的措施進(jìn)行地基處理。就目前的工程經(jīng)驗(yàn)來看，在填土地基處理實(shí)踐中應(yīng)用的比較廣泛的方法是換土墊層法，即將軟弱土及不良土開挖至一定深度，回填以砂、礫、碎石、石渣等好土，簡(jiǎn)稱換填法。北京通州區(qū)環(huán)球影城土方及場(chǎng)地準(zhǔn)備工程，場(chǎng)地地表廣泛分布素填土、雜填土，其承載力低、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透性質(zhì)不均、填埋時(shí)間短、未完成固結(jié)、工程力學(xué)性質(zhì)差，不宜作為天然地基使用，必須采取一定的措施，以提高土的抗剪強(qiáng)度，提高地基承載力，增加地基的穩(wěn)定性；減小土的壓縮性，減少地基變形；改善土的滲透性，減少滲流量，防止地基滲透破壞等。

換填法是目前填土地基處理實(shí)踐中利用比較廣泛的一種方法，掌握其具體設(shè)計(jì)原則和規(guī)律，并對(duì)該方法的具體施工做分析與討論，這對(duì)提高工程整體穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用。

1 換填法地基處理概述

換填法是目前施工中利用比較普遍的一種地基處理方法，又稱之為換土法，具體指的是將地基范圍內(nèi)的軟土清除，用穩(wěn)定性好的土、石回填并壓實(shí)或夯實(shí)的一種地基處理方法[1]。對(duì)目前的工程建設(shè)分析發(fā)現(xiàn)，一般采用的是開挖換填天然砂礫，即在一定范圍內(nèi)，把影響地基穩(wěn)定性的軟弱土用挖掘機(jī)挖除，用天然砂礫進(jìn)行換置，開挖換填深度在2m以下，采用分層填筑、分層壓實(shí)、分層檢測(cè)壓實(shí)度的方法時(shí)，從而改變地基的承載力特性，提高抗變形和穩(wěn)定能力。

2 工程概況

北京通州區(qū)環(huán)球影城施工場(chǎng)地達(dá)4.0km2，主要有主題公園1、后勤區(qū)、酒店1A、酒店1B、城市大道、酒店3、停車樓、水上樂園、主題公園2、酒店4、酒店5A、酒店5B、擴(kuò)展區(qū)等構(gòu)成。此項(xiàng)目所處區(qū)域的地貌類型為永定河沖積平原區(qū)，地勢(shì)較為平坦，地面高程為20.96～21.97m，總體上西北稍高，東南略低。場(chǎng)地地表廣泛分布素填土、雜填土。此區(qū)域年平均降水量在610.0mm左右，最大降雨量為1114.2mm，最小降雨量為227mm。

該工程施工過程中存在著幾大難點(diǎn)：（1）該工程施工項(xiàng)目單一，且工程量大，工期緊，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，要求同時(shí)在施面積較大，涉及施工班組較多。（2）設(shè)計(jì)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)高。土方填墊后場(chǎng)地承載力達(dá)到130kPa、160kPa，總沉降不超過25mm；每層壓實(shí)度達(dá)到0.95，壓實(shí)度檢測(cè)驗(yàn)收100%合格。（3）原狀土層分布不均，土方開挖高低不一，且現(xiàn)場(chǎng)草根需單獨(dú)剝離，整體土方開挖施工降效嚴(yán)重。場(chǎng)地開挖標(biāo)高多達(dá)幾十種。（4）土方及碎石使用量巨大，材料缺口嚴(yán)重，天然級(jí)配砂石用量60萬m3，素填土缺口量455萬m3。（5）施工機(jī)械投入量大，運(yùn)輸組織難度大，不同種類機(jī)械投入量多達(dá)上千臺(tái)。

3 換填法地基處理設(shè)計(jì)

從上述分析來看，工程的具體實(shí)施存在著一定的難度，尤其是在地基處理方面難度比較大。如果設(shè)計(jì)工作出現(xiàn)了問題，整體工程的質(zhì)量和施工效率都會(huì)受到影響，所以做好地基處理和換填法的設(shè)計(jì)工作是最基本至關(guān)重要。

就換填法地基處理的具體設(shè)計(jì)來看，主要強(qiáng)調(diào)三方面的內(nèi)容[2]：（1）施工準(zhǔn)備設(shè)計(jì)。施工準(zhǔn)備會(huì)對(duì)施工造成嚴(yán)重的影響，所以在施工前，需要基于施工的具體要求做相應(yīng)的設(shè)計(jì)，包括施工材料設(shè)計(jì)、施工步驟和環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用器械設(shè)計(jì)等。（2）施工設(shè)計(jì)。施工設(shè)計(jì)是施工執(zhí)行的重要參考，設(shè)計(jì)的完善性對(duì)施工的有效性影響顯著。就施工設(shè)計(jì)來看，具體的內(nèi)容有技術(shù)設(shè)計(jì)和管理設(shè)計(jì)兩大部分，技術(shù)設(shè)計(jì)主要是基于施工要求和材料等對(duì)具體的施工工藝?yán)米鲈O(shè)計(jì)，管理設(shè)計(jì)則主要強(qiáng)調(diào)施工過程中的管理規(guī)范和細(xì)節(jié)。（3）施工質(zhì)量控制設(shè)計(jì)。主要是設(shè)計(jì)施工質(zhì)量控制指標(biāo)，為施工質(zhì)量驗(yàn)收和管理提供參考。

4 換填法地基處理施工

施工過程中既要按設(shè)計(jì)圖紙施工，更要保證施工的質(zhì)量。換填法地基處理施工的主要施工步驟和方法如下。

4.1 強(qiáng)調(diào)施工測(cè)量

在具體的施工中，測(cè)量工作占據(jù)著重要的地位，一方面，其是施工的重要參考依據(jù)，另一方面，其是施工質(zhì)量控制的重要因素。具體施工測(cè)量主要包括如下內(nèi)容：（1）平面控制網(wǎng)的施測(cè)。用全站儀測(cè)設(shè)出與建筑物軸線平行的控制線或方向線，或用測(cè)距的方法沿方向線依次定出所需的各個(gè)樁點(diǎn)，具體的測(cè)量精度要求：測(cè)角±10"，量距1/20000。（2）高程控制測(cè)量。高程控制點(diǎn)的引測(cè)方法采用附合測(cè)法，由已知高程點(diǎn)的高程依次引測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)高程控制點(diǎn)上，然后再閉合到另一已知高程點(diǎn)。（3）土方施工測(cè)量。采用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)，實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地形地貌圖，測(cè)點(diǎn)間隔不大于10m×10m，測(cè)量場(chǎng)地高程。施工過程中，挖土填土作業(yè)時(shí)，每挖深或填高一層要對(duì)該層高程及時(shí)測(cè)量，嚴(yán)格控制開挖和填土的高程及范圍，要做到既不超深又必須達(dá)到設(shè)計(jì)開挖標(biāo)高。

4.2 場(chǎng)地的清表和平整

此工作的開展需要強(qiáng)調(diào)如下內(nèi)容：（1）機(jī)械配置的明確。土地清表工作開展要保證效率和質(zhì)量，需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械化工作，現(xiàn)場(chǎng)施工需要每班組配備6輛推土機(jī)、6輛鏟車、30輛運(yùn)輸車，如不能滿足工程需求時(shí)，臨時(shí)增加。（2）明確清表的要求。完成清表工作對(duì)于標(biāo)高控制和后續(xù)施工有重要的影響。該工程施工區(qū)域表層均為雜草，所以為避免有機(jī)質(zhì)超標(biāo)及植物根系影響，正式施工前須先對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行清表處理，清表深度至少10cm。清除物外棄出施工現(xiàn)場(chǎng)，并進(jìn)行消納處理。如清表10cm后地表植物根系較多，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)深挖厚度，確認(rèn)完成后，深挖土方運(yùn)送至資源處置中心，進(jìn)行草根篩分[3]。

4.3 土方的開挖

在換填法地基處理實(shí)踐中，土方開挖是重要的工作步驟，土方開挖的具體實(shí)施需要明確如下內(nèi)容：（1）開挖前準(zhǔn)備。在土方開挖前，必須做好充分的施工準(zhǔn)備，以保證后續(xù)的開挖施工的順利開展。就具體的準(zhǔn)備工作來看，主要有機(jī)械準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備、測(cè)量準(zhǔn)備和場(chǎng)地準(zhǔn)備等。只有在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完善的情況下，開挖的實(shí)施才會(huì)更有效率，質(zhì)量也能得以保障。（2）土方開挖。土方開挖采用自上而下分層進(jìn)行，施工中隨時(shí)作成一定的坡度，以利排水。開挖分部位和工作面進(jìn)行，合理安排，盡量做到開挖強(qiáng)度均衡。每開挖一層，邊坡修整一層，人工配合反鏟挖掘機(jī)按設(shè)計(jì)削坡，以滿足設(shè)計(jì)的坡度和坡面平整度。為了強(qiáng)調(diào)土方開挖的安全性，開挖土方時(shí)，應(yīng)有專人指揮，防止機(jī)械傷人或墜土傷人[4]。

4.4 土方回填

土方回填是換填法地基處理中至關(guān)重要的一步，是必須重視的內(nèi)容。在實(shí)際施工中需注意如下內(nèi)容：（1）填土的標(biāo)準(zhǔn)分析與確定?；靥钔帘仨殱M足地基處理的相關(guān)要求，其才可作為回填土，所以必須對(duì)回填土做分析與討論。（2）摻拌料碾壓。具體指的是在回填土中進(jìn)行摻料，然后進(jìn)行碾壓。（3）試驗(yàn)檢測(cè)。試驗(yàn)檢測(cè)的目的主要是分析地基處理是否滿足具體的要求[5]。在具體的檢測(cè)中，有3項(xiàng)內(nèi)容必須重視：一是原材料檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)回填的素土、碎石、還原土、再生混合料等，均需要現(xiàn)場(chǎng)見證取樣進(jìn)行檢測(cè)，合格并符合設(shè)計(jì)要求后方可投入回填施工中；二是壓實(shí)度檢測(cè)，換填地基的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)分層進(jìn)行，并應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上層；三是承載力檢測(cè)，每回填2m進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，地基承載力以實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高后再次進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，地基承載力特征值不小于130kPa/160kPa，并且要在每5000m2的回填層做1點(diǎn)平板載荷試驗(yàn)，具體點(diǎn)位依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙。

5 結(jié)束語

綜上所述，換填法地基處理在目前的工程建設(shè)中應(yīng)用普遍，具體分析該方法利用過程中的設(shè)計(jì)以及施工方法，可以為具體的方法使用提供規(guī)范的指導(dǎo)，使其利用更具實(shí)效性。