軟土地基上超大面積地坪施工防開裂措施技術(shù)研究

朱 宇 謝 樂 胡永紅 趙 康 馬國君

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在建筑工程施工過程中，經(jīng)常會遇到軟土地基這種較為特殊的地質(zhì)，若施工過程中未對其進(jìn)行有效分析、未采用合理的方式進(jìn)行處理，將會嚴(yán)重影響整體工程的建設(shè)質(zhì)量[1]。國內(nèi)外在軟土地基處理技術(shù)方面的研究相對較多，主要集中在荷載作用下地基土的變形與強(qiáng)度變化等方面，保證設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)時(shí)上部荷載不超過地基承載力，且沉降量在允許范圍內(nèi)，從而確保建筑施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)[2]。

在軟土地基處理方面，國外的研究相對較早，針對軟土地基建立了地基變形理論等，提出通過有限元模型分析地基變形的方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了大量軟土地基處理方法[3]。早在20 世紀(jì)60 年代中期，國外研究人員便提出了加筋法、強(qiáng)夯法和振動水沖法等軟土地基處理方法，其中加筋法可有效提升軟土的強(qiáng)度，而強(qiáng)夯法、振動水沖法可對軟土進(jìn)行密實(shí)處理[4]。此外，部分國外研究人員提出了通過砂井預(yù)壓法、土工聚合物以及堆載預(yù)壓法等實(shí)現(xiàn)軟土地基的處理。

我國在地基處理技術(shù)上擁有較長的發(fā)展歷史，相繼研究出砂石墊層法、堆載預(yù)壓法、砂樁擠密法和換填法等技術(shù)[5]。隨著研究的深入，部分學(xué)者在《地基處理技術(shù)及發(fā)展展望》中基于地基加固的機(jī)理、方法等，對地基處理技術(shù)進(jìn)行了分類，分為置換、振密擠密、排水固結(jié)、灌入固化物、加筋、托換、糾傾和遷移等幾大類。每一類技術(shù)均具有特定的使用范圍與工藝特點(diǎn)，地基處理技術(shù)也在不斷地發(fā)展和革新。

雖然我國在軟土地基處理方面的研究已逐漸成熟，但是特殊地區(qū)的軟土地基處理還有待完善。對此，本文以年產(chǎn)40 GW·h 動力電池項(xiàng)目（二期）為例，研究了軟土地基上地坪施工防開裂措施技術(shù)，分析了該項(xiàng)目工程的施工難點(diǎn)，并介紹了現(xiàn)階段常用的幾種地坪防開裂施工技術(shù)，以期為類似工程建設(shè)提供參考。

2 項(xiàng)目概況與施工難點(diǎn)

年產(chǎn)40 GW·h 動力電池項(xiàng)目（二期）位于安徽省桐城經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)盛唐南路與南外環(huán)路交叉口西側(cè)，項(xiàng)目占地面積約為37.56 萬m2。其中，地上建筑為1#、2#、3#廠房，總建筑面積為19.4 萬m2，1#、3#廠房單層建筑面積為53000 m2，2#廠房單層建筑面積為53480 m2。在1 ～3#廠房地面施工過程中，主要根據(jù)軸線劃分施工板塊，單次施工面積超過2000 m2，單次澆筑面積相對較大。由于該工程項(xiàng)目主要用于鋰電池生產(chǎn)，對內(nèi)部設(shè)備及地坪的平整度要求相對較高，廠房內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的體積和質(zhì)量較大。1#、3#廠房南北向地面跨度大約為530 m，共設(shè)計(jì)4 條地梁，東西向?yàn)?00 m，共2 條地梁。2#廠房南北向地面跨度為420 m，共設(shè)計(jì)6 條地梁，東西向?yàn)?78 m，共2 條地梁。整體地面面積超大超長，且存在軟弱地基的情況，在施工過程中易出現(xiàn)空鼓開裂、沉降等現(xiàn)象。

該工程區(qū)域?yàn)檐浲恋鼗瑢S房地坪要求相對較高。一方面，地坪地基的構(gòu)造方式與設(shè)計(jì)方式?jīng)Q定了地坪的承載力，對提升工程質(zhì)量有著十分重要的作用；另一方面，如何采取合理的澆筑方式澆筑大面積混凝土地坪，防止地坪出現(xiàn)不均勻沉降及裂縫問題是該工程地坪施工的難點(diǎn)。

3 防開裂施工技術(shù)

3.1 地基處理技術(shù)

目前，針對軟土地基的處理方式較多，如素土強(qiáng)夯、換填法以及加設(shè)水泥攪拌樁等，不同方法在施工速度和工程造價(jià)等方面具有一定差異。其中，加設(shè)水泥攪拌樁是現(xiàn)階段較為常用的軟土地基處理技術(shù)。此技術(shù)主要通過攪拌機(jī)的作用將攪拌頭旋轉(zhuǎn)至地基深處，并借助管道將水泥粉或者水泥漿注入軟土，通過固化材料與軟土之間的物理化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)軟土的強(qiáng)度，具有施工無污染、噪聲小等特點(diǎn)，但是其施工周期長、成本高。

素土強(qiáng)夯法也被稱為動力壓實(shí)法，主要是通過夯錘自由落下產(chǎn)生的沖擊波使地基密實(shí)，進(jìn)而提升地基的承載力，可有效改善地基性能，但此方法的施工成本相對較高，施工周期長。換填法又叫做換土法，主要通過清除地基中的軟土，采用穩(wěn)定性好的土、石及其他材料進(jìn)行回填并壓實(shí)。換填的墊層與原土相比具有更高的承載力和剛度，且具有施工成本低、周期短等特點(diǎn)。

各種地基處理方式的對比，如表1 所示。結(jié)合表1 中的結(jié)果，針對本工程施工質(zhì)量難易程度和地坪荷載要求等，擬定以三七灰土及級配砂石料作為換填材料，對軟土地基采取換填、加拌石灰和增加粉噴樁等方式進(jìn)行加強(qiáng)處理[6]。換填過程中使用的灰土主要由一定量的石灰與土拌和碾壓而成，其強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系呈現(xiàn)線性增長，并且水穩(wěn)定性與不滲水性相對較高，大約為原土的10 ～13 倍。在配制灰土?xí)r，需采用黏性細(xì)粒土，不能使用表面耕植土，且應(yīng)采用分層夯實(shí)的方式，壓實(shí)系數(shù)大于0.97。選用灰土的性能指標(biāo)，如表2 所示。

表1 地基處理方式對比

表2 灰土性能指標(biāo)

在石灰采購過程中，需確保產(chǎn)地、品種、規(guī)格等相同。選定相應(yīng)的土料及石灰后，進(jìn)行3∶7的灰土擊實(shí)試驗(yàn)，每5000 m3檢驗(yàn)一次，確保施工質(zhì)量符合要求。在試驗(yàn)過程中，需嚴(yán)格控制灰土的含水量，根據(jù)灰土擊實(shí)試驗(yàn)報(bào)告的參數(shù)指標(biāo)，灰土的含水量需控制在20%～23%，并且在施工前需根據(jù)工程的實(shí)際情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的壓實(shí)系數(shù)和施工條件等[7]。

由于地基換填土的質(zhì)量與上層混凝土澆筑層的質(zhì)量有著直接聯(lián)系，為有效提升施工質(zhì)量，需嚴(yán)格按照以下地基換填施工流程進(jìn)行：劃分換填區(qū)域→選擇換填材料→創(chuàng)造換填層沉降穩(wěn)定期。由于該工程換填面積相對較大，為了提升整體軟土地基的換填質(zhì)量，在換填時(shí)需劃分換填區(qū)域。各個(gè)換填區(qū)域分2 次換填，第1 次主要為承臺、地梁放坡位置、地面標(biāo)高等處的換填，且在換填過程中需嚴(yán)格控制換填高度，一般為1.2 m。第2 次為大面積換填，換填高度為自然地面標(biāo)高至設(shè)計(jì)換填土面標(biāo)高，一般為0.5 ～0.7 m。其中，第1 次換填為放坡三角區(qū)域的換填，高度相對較大，但換填面積小，可以通過蛙式打夯機(jī)進(jìn)行換填；第2 次換填高度相對較小，可通過壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，壓路機(jī)難以碾壓的區(qū)域采用蛙式打夯機(jī)壓實(shí)。

在換填過程中，需根據(jù)工程區(qū)域的天氣情況選擇合適的換填材料。當(dāng)施工期為降雨季節(jié)時(shí)，可選擇不受雨水與氣候影響的級配砂石；當(dāng)施工期為氣候條件較好的季節(jié)時(shí)，可選擇灰土進(jìn)行換填，灰土的壓實(shí)度易控制，成本低。換填時(shí)采用的施工方案可根據(jù)所選的材料及施工部位確定[8]。

另外，充分利用上部結(jié)構(gòu)施工的時(shí)間，使換填層沉降穩(wěn)定。本工程換填完成的時(shí)間與換填層上鋼筋混凝土地坪的施工時(shí)間大約相差6 個(gè)月。在此期間，在換填層上方增設(shè)了100 mm厚的C20 素混凝土基層，使換填層在半年時(shí)間內(nèi)完成自然沉降。

3.2 地坪分縫與分區(qū)跳倉澆筑技術(shù)

《建筑地面設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50037—2013）中規(guī)定，室內(nèi)地面的水泥混凝土墊層應(yīng)設(shè)置縱向縮縫和橫向縮縫，縱向縮縫間距≤6 m，橫向縮縫≤12 m。在實(shí)際施工過程中，為了確保地坪的澆筑質(zhì)量符合要求，需采用分塊施工的方式，使整平機(jī)的工作達(dá)到最佳狀態(tài)。此外，需采用合理的假縫切割，減小混凝土地坪承受的應(yīng)力，這對于提升混凝土地坪的整體質(zhì)量具有十分重要的作用。

針對本工程的實(shí)際情況，需增設(shè)1 條≤12 m 的橫向縮縫以及1 條≤6m 的縱向縮縫。由于該工程項(xiàng)目混凝土地坪面積相對較大，而且混凝土澆筑期為高溫季節(jié)，需通過相應(yīng)的試驗(yàn)確定混凝土的澆筑時(shí)間與配合比。在澆筑完成24 h 后，使用切割機(jī)在混凝土表面進(jìn)行切縫，并嚴(yán)格控制切縫尺寸，一般切割寬度≤5 mm，深度≤50 mm。此種方式可提前釋放混凝土地坪所承受的應(yīng)力，在一定程度上避免了裂縫的產(chǎn)生。通過合理的假縫切割，可以有效避免應(yīng)力對混凝土造成影響，提升鋼筋混凝土整體地坪的質(zhì)量。

混凝土的澆筑方向和澆筑寬度也是影響混凝土地坪質(zhì)量的因素，需根據(jù)設(shè)計(jì)中的柱距特點(diǎn)，在澆筑地面混凝土?xí)r根據(jù)柱距尺寸進(jìn)行施工，確保分倉寬度≤12 m。在長度方向上的澆筑需一次性完成，有效提升分段施工的質(zhì)量。此外，由于混凝土澆筑后內(nèi)部具有相應(yīng)的應(yīng)力，為了避免在澆筑過程中產(chǎn)生裂縫，需采用跳倉技術(shù)完成澆筑，并且倉寬嚴(yán)格控制在12 m 以內(nèi)，以提升混凝土地坪的資量。在此過程中，增設(shè)假縫可以為混凝土的整體澆筑提供便利，簡化施工，便于控制混凝土地坪的平整度。在增設(shè)假縫時(shí)，主要通過切割的方式實(shí)現(xiàn)，縫寬大約為5 mm，深度為50 mm，并使用本色油膏進(jìn)行填塞。針對本工程的實(shí)際情況，在切縫的過程中，需嚴(yán)格控制施工時(shí)間。

3.3 設(shè)置防潮層和隔離層

該工程地坪混凝土澆筑面層與基層土墊層均屬于混凝土結(jié)構(gòu)。由于施工過程中需釋放混凝土中的各種應(yīng)力，避免受到外部約束的影響，需在混凝土澆筑前期，在基層上鋪設(shè)相應(yīng)的塑料薄膜。這樣不僅可將其作為上層地坪的防潮層，還可以有效降低上下層之間的滑動阻力。此外，為了有效解決地坪混凝土與原混凝土柱、墻體之間的應(yīng)力釋放問題，確保墻邊等局部位置不會出現(xiàn)裂縫，需在墻體與結(jié)構(gòu)柱周圍增設(shè)1 層厚度為10 mm 的聚苯板進(jìn)行隔離[9]。

3.4 激光整平機(jī)技術(shù)

為了保證混凝土地坪的平整度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該工程主要采用了美國生產(chǎn)的SPX-D 型大型激光整平機(jī)整平地坪。

由于本工程地坪鋼筋為雙層雙向布置，激光整平機(jī)的運(yùn)行受到限制。對此，需設(shè)計(jì)專用的行道，確保激光整平機(jī)在作業(yè)過程中的穩(wěn)定性，進(jìn)而提升整平的精度[10]。

同時(shí)，在采用整平機(jī)械進(jìn)行整平前，需安裝相應(yīng)的激光發(fā)射器，并將接收器的高度調(diào)整到合理位置，確保整平機(jī)能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的標(biāo)高進(jìn)行作業(yè)。對激光整平機(jī)難以整平的部位，需采用人工方式整平，整平后需復(fù)查地坪標(biāo)高。

3.5 成品檢測

成品檢測方法主要以感官監(jiān)測與承載力靜載實(shí)驗(yàn)為主。在填筑過程中，通過壓路機(jī)進(jìn)行碾壓后發(fā)現(xiàn)地基無松動、波浪以及未出現(xiàn)明顯的壓路機(jī)輪跡，說明路基的壓實(shí)狀態(tài)密實(shí)。若出現(xiàn)上述幾種情況，則需采用壓路機(jī)重新碾壓。合格后，需由參建方與見證方確認(rèn)才可進(jìn)行下一層填筑。由于自然級配碎石的粒徑相對較大，難以實(shí)現(xiàn)在施工現(xiàn)場采樣，在驗(yàn)收級配碎石換填墊層的承載力時(shí)，需要進(jìn)行靜載試驗(yàn)。

3.6 質(zhì)量要求

換填級配碎石與三七灰土之前，需確保土基平整度符合施工要求。填筑過程中，分層厚度為每層30 cm，填方材料的最大粒徑不可超過10 cm。此外，在表層填料時(shí)，需采用米石、豆石等進(jìn)行控制，中間層通過級配碎石控制，下層可采用路用碎石。

若換填深度內(nèi)存在地下水，則需制定相應(yīng)的排水方案，將地下水位降至換填基底面0.5 m 以下，避免換填過程中碎石受水浸泡，導(dǎo)致地基的穩(wěn)定性受到影響。

4 地基處理效果

通過多次與設(shè)計(jì)方進(jìn)行方案論證評估，決定采用大面積換填工藝處理該工程的軟土地基，此方法不僅可避免采用架空樓板和大面積地基加固等工序，還在降低工程造價(jià)的同時(shí)有效提升了施工進(jìn)度，相較于壓注漿、水泥土攪拌樁等施工方法，大約節(jié)省了40%的工程造價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

利用換填法處理地基后，地基最大沉降值為8 ～9 mm，最小沉降值為3 ～6 mm，差異沉降為2 ～4 mm。說明通過此種方法處理軟土地基后，其總沉降值與差異沉降值均為可控范圍內(nèi)。同時(shí)，在使用期間并未發(fā)現(xiàn)因差異沉降導(dǎo)致的上部結(jié)構(gòu)開裂情況，應(yīng)用效果較為理想。

5 結(jié)語

本文詳述的地坪防開裂施工技術(shù)不僅可以有效降低工程造價(jià)、縮短施工周期，而且還能有效提升混凝土地坪的質(zhì)量，在一定程度上降低了地坪的開裂概率。此外，在對地基換填、地坪澆筑、地坪整平等技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)分析后，制訂了相對合理的施工方案與施工技術(shù)，如混凝土配合比設(shè)計(jì)、地坪養(yǎng)護(hù)等，使混凝土地坪的生產(chǎn)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了大面積鋼筋混凝土地坪易出現(xiàn)裂縫、平整度差等問題。