不良地質(zhì)環(huán)境下的基礎(chǔ)換填施工技術(shù)

鄭佳明，任昌國，劉書蔚

（中建二局第二建筑工程有限公司，山東 青島 266427）

隨著我國綜合國力的增強及經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，建筑用地的開發(fā)越來越多，地質(zhì)條件良好的建筑用地量逐漸減少，越來越多的不良地質(zhì)環(huán)境下的建筑用地被逐步開發(fā)，為保證建筑物基礎(chǔ)的承載力滿足人民的生活需求與安全，對不良地質(zhì)環(huán)境下的基礎(chǔ)換填施工新工藝的開發(fā)成為近年來諸多施工單位的重要課題。

1 工程概況

位于青島西海岸新區(qū)朝陽西路東，薛泰路南側(cè)的住宅建設(shè)項目計劃建設(shè)12 棟6 層洋房、6 棟28～32 高層住宅、3 棟辦公配套建設(shè)及地下車庫，設(shè)計基礎(chǔ)為獨立基礎(chǔ)。

由于本工程所處位置為青島地區(qū)特有的濱海堆積地貌和構(gòu)造剝蝕地貌，部分邊坡分布燕山晚期花崗巖、白堊系青山群凝灰?guī)r、局部發(fā)育有煌斑巖巖脈及碎裂巖，由于各類巖石分布及厚度不均，建筑項目整體地質(zhì)條件較差。當土方開挖達到基坑底設(shè)計標高后仍不符合持力層設(shè)計要求，為確保項目基礎(chǔ)安全，需繼續(xù)開挖后進行不良地質(zhì)環(huán)境下的基礎(chǔ)換填。

2 施工工藝流程

雖然行業(yè)中已有較為成熟的不良地質(zhì)環(huán)境下的基礎(chǔ)換填方案，但由于本工程所處地質(zhì)條件特殊，為保證施工質(zhì)量、加快施工進度、節(jié)約施工成本，項目團隊聯(lián)合建設(shè)單位多次邀請相關(guān)專家對不良地質(zhì)環(huán)境下基礎(chǔ)換填方案及流程進行了論證。具體施工流程為：開挖前先進行測量放線→挖至基坑底設(shè)計標高→現(xiàn)場勘查→挖除煌斑巖巖脈等不符合要求巖土層→降排水系統(tǒng)設(shè)置→人工清槽至基礎(chǔ)持力層→磚胎膜砌筑→主樓電梯井、集水坑回填→主樓區(qū)域回填至設(shè)計標高→地庫獨立基礎(chǔ)部位回填至設(shè)計標高→地庫抗水板部位回填至設(shè)計標高→回填強度試驗檢測→墊層施工。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 不良地質(zhì)挖除技術(shù)

土方開挖至設(shè)計持力層標高后，需要由勘查單位、設(shè)計單位共同確定基底情況，判斷是否到達“硬底”，才可進行下一工序。由于本項目所處區(qū)域不良地質(zhì)的構(gòu)成和分布更為復(fù)雜性，基底大面并不符合持力層要求，所以對不良地質(zhì)的開挖次數(shù)及周期較一般項目更多、更長，加之疫情防控工作要求，多次、重復(fù)的驗槽工作導致機械、人工降效，造成了人力、財力的浪費。為提高工作效率，項目團隊與建設(shè)單位、勘察單位、設(shè)計單位共同確定了“視頻云驗槽”工作方案，大大節(jié)約了人力、物力資源。

本項目不良地質(zhì)開挖過程中發(fā)現(xiàn)，不良地質(zhì)分布不均勻的特點不僅體現(xiàn)在水平面上，豎向分布的不均勻也十分突出。由于大型機械只適用于水平作業(yè)面，為避免大型機械強挖破壞基底持力層，并造成不良地質(zhì)全部挖除后工作面呈現(xiàn)凹凸不平的狀態(tài)。經(jīng)過現(xiàn)場時間，確定了“人工配合316 小型挖土機”的挖除方案，有選擇性地開挖分布與厚度不均勻的不良地質(zhì)，既能避免基底超挖與防止對地基土的擾動，又能保證施工進度、降低成本的目標。

3.2 大面積混凝土換填技術(shù)

不良地質(zhì)挖除后，工作面難免存在部分的凹凸不平問題，在使用混凝土進行回填時，可能導致局部混凝土過厚，為了降低過厚混凝土產(chǎn)生裂縫的風險，項目團隊研究了換填材料性能，通過試驗對比發(fā)現(xiàn)毛石混凝土既能減少水泥用量、減少發(fā)熱量對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的病害，又能降低混凝土的使用成本，可以用于解決過厚混凝土產(chǎn)生的裂縫問題。

現(xiàn)將采用毛石混凝土進行大面積換填的具體施工步驟如下。

1）項目調(diào)度提前與攪拌站做好混凝土預(yù)約，并就水泥、砂石、外加劑、粉煤灰、礦粉等原材要求、配比、砂率、坍落度、初凝時間等質(zhì)量要求以及運輸間隔時間等內(nèi)容提出具體要求。

2）澆筑前，須先將毛石沖洗干凈。項目團隊通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，毛石摻入量為換填材料總體積的20%時換填后的承載力、裂縫控制等效果最佳。同時，毛石的粒徑控制在200mm 以下。

3）澆筑時，應(yīng)先鋪一層80～150m 厚混凝土打底，再鋪上毛石，毛石插入混凝土約1/2 后，再灌混凝土，填滿所有空隙，再逐層鋪砌毛石和澆筑混凝土，直至基礎(chǔ)頂面，保持毛石頂部有不少于100mm 厚的混凝土覆蓋層。根據(jù)項目團隊的前期試驗發(fā)現(xiàn)，不能將毛石直接投入基坑中，否則會導致毛石分布不均勻進而造成混凝土澆筑時與毛石結(jié)合不嚴密，形成較大的孔洞，嚴重影響換填后基礎(chǔ)的承載力。每層混凝土的厚度，不得大于150～200mm。項目團隊的試驗研究還發(fā)現(xiàn)，混凝土厚度一次澆筑不能太厚，否則澆筑完成后表面裂縫出現(xiàn)風險大大上升。

4）振搗過程中，研究發(fā)現(xiàn)低頻振搗器頻率大約在15 000 轉(zhuǎn)的時候是最佳的振搗效果，可以提高混凝土的耐久性；采用斜面分層布料方法施工，即“一個坡度、分層澆筑、循序漸進、一次到頂”。要求斜面的坡度不大于1/3，混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。對混凝土過厚部位在混凝土初凝前進行表面二次振搗，防止混凝土表面出現(xiàn)收縮裂縫。

3.3 細部混凝土換填技術(shù)

由于本項目主樓電梯井及集水坑的相對位置影響，相關(guān)回填范圍狹長而深，這對模板側(cè)壁的承載力考驗極大。為解決此類問題，項目團隊對設(shè)計圖紙進行了深入研究，對回填深度不大于500mm 的區(qū)域采用240 磚胎膜，當回填深度大于500mm 時采用370 磚胎膜。電梯井、集水坑內(nèi)部必須利用架管及方木來進行回頂，架管間距1 000mm 且木方通長。完成前述工作后，細部位置進行換填混凝土時則可以像大面積換填一樣，正常澆筑混凝土，大大降低了爆模、脹模的風險。

對于混凝土材料方面，建議換填材料仍然采用毛石混凝土，換填時先對細部位置進行回填，再回填大面。毛石鋪放應(yīng)均勻排列，使大面向下，小面向上，毛石間距一般不小于100mm，偏移磚胎膜距離不小于150mm。根據(jù)現(xiàn)場實踐發(fā)現(xiàn)，由于細部回填范圍狹長而深，回填時部分位置極不易被肉眼發(fā)現(xiàn)，所以需提前對細部回填的數(shù)量、位置做好記錄，避免漏填。

3.4 大面積回填土技術(shù)

大面積回填土階段看似簡單，但也秉持較高的技術(shù)，以確保壓實換填基礎(chǔ)，形成一個整體。具體細節(jié)要求如下。

1）大面積回填土前應(yīng)將基坑（槽）底的垃圾雜物等清理干凈，將回落的松散土、砂漿、石子等清除干凈，并檢驗回填土的含水率是否在控制范圍內(nèi)。

2）深淺兩基坑（槽）相連時，應(yīng)先填夯深基坑；填至淺基坑標高時，再與淺基坑一起填夯。

3）回填土應(yīng)分層鋪攤。每層鋪攤后，隨之耙平。項目團隊發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)，每層回填土鋪土的厚度均不同，需要根據(jù)土質(zhì)、地基密實度要求和機具性能不同而及時、靈活調(diào)整確定，否則極易壓實不均勻，達不到回填土的要求。

3.5 大面積壓實技術(shù)

由于不良地質(zhì)總面積較大，導致?lián)Q填、回填面積較大，為保證回填壓實質(zhì)量，必須采用分段填夯方法?；诠こ虒嵺`，需注意以下幾點。

1）分段填夯時，交接處應(yīng)填成階梯形，上下層錯縫距離不小于1 000mm。否則可能造成交接處壓實不密實。

2）回填土每層至少夯打4 遍。打夯應(yīng)一夯壓半夯，夯夯相連，行行相連，縱橫交叉。項目團隊通過對不同的回填材料、不同的夯實機械、不同的夯實次數(shù)做正交試驗，最終得出了回填土每層至少夯打4 遍才能既保證回填質(zhì)量又保證施工進度的結(jié)論。

3）嚴禁用水澆濕土體造成下沉后進行“水夯”。

4 結(jié)語

本文所述建設(shè)項目應(yīng)用不良地質(zhì)條件下基礎(chǔ)換填施工技術(shù)在施工過程中未影響周圍建筑物及道路，換填后基礎(chǔ)及建筑物的各項性能、參數(shù)均滿足設(shè)計要求，檢測結(jié)果優(yōu)良，得到了質(zhì)檢單位及建設(shè)單位的高度認可。

此次基礎(chǔ)換填施工工藝的成功落地，展示出了混凝土換填技術(shù)作為一種施工工藝簡單、施工方便，不需要大型機械設(shè)備的換填形式，在施工質(zhì)量好、施工速度快、擾動少、承載能力強等方面的獨特優(yōu)勢。本文基于工程實踐形成的工藝流程可在不良地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)換填施工中推廣應(yīng)用。