砂石垫层换土法在kv苏州张浦变地基处理中的应用工作体会

砂石垫层换土法在220kVxx变电所地基处理中的应用工作体会xx220kVxx变电所工程，其主控制楼为二层框架结构，柱下交叉条形基础，檐高9.5m，建筑面积835.5㎡。根据设计文件要求，地基承载力标准值fk≥90kPa。而岩土工程勘测报告表明：场区层①粉质粘土地基承载力特征值fa1=85kPa，压缩模量Es1-2,1=4.5MPa，不能满足设计地基承载力要求和沉降变形限值；层②粉质粘土地基承载力特征值fa2=200kPa，压缩模量Es1-2,2=7.0MPa，地质条件较好。经过对多种地基处理技术方案进行分析比较，决定采用以层②粉质粘土作为下卧层、砂石垫层换土回填的方法。1.天然地基地质条件该场区地形平坦，地势较低，自然地面高程：1.53～2.18m（1985国家高程基准），地下水位埋深：0.80～1.50m，自上而下各层土的性状分述如下：层①粉质粘土：厚度2.5～3.3m，呈黄灰色，等级中～重，湿～很湿，可塑～软塑，干强度中等，韧性中等，表层约0.5m为耕土；本层土层位较稳定，层厚小，为高压缩性、低承载力土层；压缩模量4.5MPa，地基承载力特征值85kPa。层②粉质粘土：厚度3.1～4.2m，呈黄灰色，等级中～重，稍湿，硬塑，干强度中等～高，韧性中等～高；本层土层位稳定，层厚较大，为中等压缩性、较高承载力土层；压缩模量7.0MPa，地基承载力特征值200kPa。层③粉质粘土夹粉土：厚度1.2～2.6m，粉质粘土呈灰黄色，等级中～轻，很湿，可塑为主，干强度中等，韧性中等，岩性接近粉土；粉土呈褐黄色，很湿，稍密为主，颗粒组成中等均匀，干强度中等，韧性中等；本层土层位较稳定，层厚较小，为中等压缩性、中等偏高承载力土层；压缩模量9.5MPa，地基承载力特征值170kPa。层④粉砂：厚度1.8～3.2m，呈灰黄色，饱和，稍密，成份以石英、长石为主，云母次之，颗粒组成中等均匀，具水平层理，夹薄层粉质粘土，局部岩性接近或为粉土；本层土层位稳定，层厚较小，为中等偏高压缩性、中等承载力土层；压缩模量6.0MPa，地基承载力特征值140kPa。层⑤粉砂：厚度8m以上，未穿透，呈褐黄色、青灰色，饱和，稍密～中密，成份以石英、长石为主，云母次之，颗粒组成中等均匀～均匀，具层理，夹薄层粉土或粉质粘土，岩性接近粉土；本层土层位稳定，层厚较大，为中等压缩性、较高承载力土层；压缩模量9.0MPa，地基承载力特征值180kPa。2.砂石垫层换土法的参数确定2.1.厚度的确定。砂石垫层的厚度应根据垫层底部软弱土层的承载力来确定，即：σcz+σz≤fa（1）式中：σcz——垫层底面处土的自重应力；σz——垫层底面处的附加应力；fa——垫层底面处软土的承载力特征值；本工程建筑物基础底面设计标高为-2.5m，按1985国家高程基准换算为0.49m，自然地面高程为1.53～2.18m，垫层换土厚度采用1.8m，根据岩土工程勘测报告，该处为层②粉质粘土，土的最大重力密度为19.6kN/m3，则垫层底面处土的自重应力最大值为：σcz=1.8m×19.6kN/m3=35.28kPa附加应力主要为建筑物基础的设计荷载：σz=90kPa，地基承载力特征值为200kPa，将以上试算数据代入公式（1），则：σcz+σz=35.28kPa＋90kPa=125.28kPa＜200kPa，试算结果满足要求。2.2.宽度的确定。砂石垫层的宽度应根据垫层侧面土的承载力来确定，因为基础荷载在垫层中引起的应力使垫层有侧向挤出的趋势，如果垫层宽度不足、四周土又比较软弱，垫层就有可能被压缩而挤入四周软土中去，使基础沉降量增大。砂石垫层底部宽度b′由下式确定：b′=b＋2ztanθ(2)式中：b′——砂石垫层底部宽度；b——建筑物基础宽度；z——砂石垫层厚度；θ——砂石垫层的压力扩散角；如图1所示。本工程中b取2.2m，z取1.8m，θ取30°，代入公式(2)，得：b′=b＋2ztanθ=2.2＋2×1.8×tan30°=4.28m根据上述计算结果，本工程中砂石垫层宽度设计取值为5m，满足要求；因其柱下交叉条形基础的间距较小，故内侧为平面整体回填。此外，即使宽度的计算结果较小时，垫层顶部距基础外缘距离也不应小于300㎜,以便于基础的施工。3.砂石垫层换土回填施工监理控制要点3.1.施工材料质量控制本工程中地基处理采用配比3：7（砂：石）的砂石混合料置换原土，分层压实进行回填。砂选用中粗砂，碎石选用级配良好、质地坚硬的材料，且碎石的最大粒径不宜大于每层铺筑厚度的2/3，以保证压实度；砂与碎石材料的含泥量均应控制在3%以内。砂石材料进场时应进行外观质量检查，不得含有草根、树叶、纸片、塑料袋等有机杂物和垃圾；并应按要求取样送检，经检测质量符合要求后方准许使用。3.2.基坑开挖和边坡维护采用砂石垫层换土法进行施工时，一般置换土层比较软弱，基坑开挖较深，施工持续时间长，容易造成边坡的坍塌。所以一定要根据现场实际情况和地质条件，按要求进行开挖，同时对开挖基坑的边坡做好维护和采取必要的防坍塌措施。在进行砂石垫层施工的过程中，应随时注意检查基坑边坡的稳定性，并防止土块滚落混入砂石垫层中。进行基坑开挖时，还应保留坑底200㎜厚土层不挖，待砂石铺填前再挖。施工时应保证开挖基坑底面的平整度，以及相应做好坑内排水措施。3.3.回填压实过程控制砂石垫层回填应按分层铺筑、分层压实工艺进行。施工时，先于垫层最下面一层铺设150㎜厚的松砂作为倒滤层，用木夯仔细夯实，然后按照每层200㎜分层铺筑，分层时应保证面层上的平整；各层面上使用10t压路机往复碾压，每层需压实4遍以上，碾压时适当洒水润湿砂石，使其施工含水量保持在8～12%，同时应做好基坑内的排水工作，特别是要将砂石垫层表面上出现的积水及时排除。每铺筑和压实好一层后，需现场取样进行密实度检测，满足设计要求后，方可进行上一层施工；最后一层砂石压实完成后，应对砂石垫层的表面进行拉线找平，并要符合设计规定的标高。若发现垫层中有砂窝和石子成堆的现象，须将该处砂或石子及时挖出，分别换填级配良好的砂石。施工时，施工单位与监理单位分别安排责任心强、技术业务过硬的质检人员和监理人员负责全过程的技术质量管理和检查验收工作，控制分层厚度、压实情况、洒水量、压实遍数、压实系数等，并认真做好记录，协同有关检验人员测试相关技术数据，严把施工质量关。4.试验检测和建筑物基础沉降观测本工程砂石垫层的土工试验采用灌砂法，随铺筑和压实层数分层进行取样；检测项目为砂石垫层压实后的含水率、干密度和密实度。各组数据如下：含水率为4.7%～5.6%，干密度为1.99～2.06t/m3，密实度为95%～98%；各项指标均满足设计和规范的要求。砂石垫层上部的建筑物于2005年4月20日开始施工，从4月25日起，检测单位使用高倍率水准仪（DS2）与铟合金水准尺对建筑物的沉降过程进行了详细的观测，观测点布置如图2所示，沉降观测数据如表一所示，根据观测数据绘制沉降量与时间关系曲线如图3所示。建筑物基础沉降观测数据记录（表一）观测次数观测日期各观测点的沉降降观测数据据（㎜）完工进度荷载kN/㎡123456本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计105.04.225000000000000205.05.226444444444444一层框架40305.07.114374837373737二层封顶70405.08.2243102102929310310主体完工85505.10.220111212211110212212设备安装90605.12.22011211311211111311390706.02.22011311401211201311490806.04.22001301401201201301490沉降观测结果和沉降量与时间关系曲线表明：本工程建筑物基础的沉降量很小，而且在主体完工后即趋于平稳，完全满足规范允许的沉降变形要求，砂石垫层提供的地基承载力可靠。5.总结与评价本工程地基处理采用砂石垫层换土法，具有以下优点：1、施工简便，能可靠控制施工质量，且不需要特殊的机械设备；2、降低工程造价，砂石垫层施工原材料仅为砂与碎石，价格便宜，并可就地取材；3、有效缩短工期，砂石垫层施工工艺简单，不需要预制