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水泥穩定砂礫墊層在建筑工程地基處理中的應用

時間:2013-04-13 09:55來源:未知 作者:lwm 點擊:
  
水泥穩定砂礫墊層在建筑工程地基處理中的應用
王志勇/陳永建        發表于《山東勘測》(2012.)第2期 
 
摘要:本文以煙臺某醫院病房樓工程為例,介紹了水泥穩定砂礫墊層在建筑地基處理中的應用,并通過施工后的檢測效果,說明了該方法在地基處理上應用的可行性
關鍵詞:水泥穩定砂礫墊層 后注漿 地基處理
 
水泥穩定砂礫,是由水泥和砂礫按一定的比例配合而成,有許多優點:如強度高,穩定性好,剛度大等等,主要用于高速公路路面基層和底基層,這種處理方式在道路工程中具有比較成熟的設計和施工經驗,但在建筑地基處理中卻很少使用,本文以煙臺某醫院病房樓工程為例,介紹水泥穩定砂礫墊層在建筑地基處理中的應用。
   一、工程概況
綜合病房樓為地上23層,地下1層,建筑面積約10萬平方米,建筑高度92.4,基礎型式為筏板基礎。設計地基持力層為(6)強風化大理巖,其地基承載力特征值為fak350kPa 。
基坑開挖后發現強風化大理巖地層分布高低起伏,在開挖的基坑中狀似假山,經驗槽后設計單位建議高出基底的風化巖部分采用爆破方式清除,基坑底未出露(6)強風化大理巖的部分繼續挖至強風化巖,再用C20毛石砼回填至基底標高,按上述方案挖土完成后經量測需回填C20毛石砼約9700方,費用約三百多萬元,建設單位咨詢我公司時,我們根據設計單位提出處理后的效果(處理后的復合地基承載力特征值應大于450kPa,建筑物基礎工后沉降應小于50mm),認為采用普通的砂石墊層回填有可能達不到設計要求,但采用毛石砼回填則費用偏高且毛石砼的強度和變形參數均與(6)強風化大理巖相差較大,不利于基礎的均勻受力,綜合考慮后建議采用水泥穩定砂礫墊層進行回填。
二、場地的工程地質條件
根據巖土工程勘察報告,工程場區地層分布如下:
(1)素填土(Q4ml: 該層在場區所有鉆孔均有分布,平均厚度為1.63m。
(2)中粗砂(Q4m:松散~稍密狀態,該層砂質均勻性差,含粘性土約10-20%不等,偶見粉質粘土薄層。平均厚度為1.90。經綜合分析,該層承載力特征值fak170kPa。
(3)粉質粘土(Q4m:黑褐~灰褐色,軟塑~可塑狀態,切面光滑,無搖振反應,韌性及干強度低,土質均勻性一般,夾中細砂薄層,局部細粉粒含量較高,相變為粉土。平均厚度為2.41m,經綜合分析,該層承載力特征值fak100kPa。
(4)粉質粘土(Q4al+pl:褐色~黃褐色,可塑狀態,切面光滑,無搖振反應,韌性及干強度中等,土質均勻性一般,含少量碎石、角礫等。平均厚度為1.55m,經綜合分析,該層承載力特征值fak170kPa。
(5)全風化大理巖:棕黃色~深黃色,原巖結構、構造基本破壞,多風化呈砂狀,礦物成分難以辨認,表層風化成土狀,下部碎屑狀,可干鉆。該層揭露層厚介于0.607.60m,平均厚度為2.61m,經綜合分析,該層承載力特征值fak250kPa。
(6)強風化大理巖:鉆探過程中在鉆孔深度內未發現有溶蝕現象存在,棕黃色,結晶粒狀結構,片理構造,片理發育。主要礦物成分為方解石,滴鹽酸有氣泡生成。巖石堅硬程度為極軟巖,巖體完整程度為破碎,巖體基本質量等級為Ⅴ級。平均厚度為2.92m,經綜合分析,該層承載力特征值fak350kPa。
三、水泥穩定砂礫墊層地基處理方案
(一)材料
1、水泥
采用緩凝的普通硅酸鹽水泥,禁止使用快硬水泥、早強水泥以及其它受外界影響而變質的水泥,水泥強度為42.5級。
2、砂礫
砂礫中礫石(粒徑4.75mm以上顆粒)含量不宜小于40%,礫石最大粒徑不得大于37.5mm,壓碎值不得大于30%。
3、石屑
壓碎值不大于30%,一般松干容重1.5-1.6g/cm3,細度模數3.3-3.5。
4、水
采用無污染水。
(二)配合比設計
    1、水泥穩定砂礫配合比采用外摻法設計,水泥劑量以水泥質量占砂礫質量的百分率表示,即水泥劑量=水泥質量/砂礫(干)質量。水泥劑量為4.7%。
水泥穩定砂礫配合比

砂礫(%)

石屑

(%)

水泥劑量(%)

最佳含水量

(%)

最大干密度

(g/cm3)

設計強度

(MPa)

 
 

85

15

4.7

6.3

2.18

1.5

 

 
2、水泥穩定砂礫配合比設計方法和步驟按《公路路面基層施工技術規范》JTJ0342000的規定進行。
(三)水泥穩定砂礫施工
1、施工工藝流程
地基土驗收與修整施工放樣準備原材料拌制混合料運輸混合料攤鋪混合料碾壓接縫與缺陷處理養護檢測壓實度
混合料碾壓是本工藝流程的關鍵工序。
2、地基土驗收與修整
1)基坑挖至基底后應按有關技術規范要求的項目和內容進行驗收。驗收合格后,在地基土上鋪設一層10 cm厚砼墊層。
2)水泥穩定砂礫鋪筑前,必須將墊層上的雜質和水清理干凈。
3、施工放樣
1)在需要鋪設水泥穩定砂礫墊層的部位,每20m設一控制鋪設水泥穩定砂礫墊層厚度樁。
2)測量各樁頂底高程,計算出各測點底基層實鋪厚度;用實鋪厚度乘以松鋪系數分別計算出各樁松鋪高程。
3)松鋪系數應通過鋪筑試驗段實測確定。在松鋪系數試驗確定前,建議采用1.1~1.2。
4、原材料、設備準備
1)原材料的規格和質量要求按規定執行。
2)設備準備
a:所有進場設備都必須進行檢測,合格后方可使用,并應配備備用設備。
b:拌和機為連續式設備,產量不得小于400t/h,且能自動計量。
c:應準備至少1臺激振力260KN以上的振動碾。
d:應準備至少1ZL-50D裝載機。
e:每車運量不小于15t的足夠數量的汽車。
f:其它配套設備。
5、混合料拌制
1)應根據設計配合比準確配料,拌和均勻。
2)拌制時的含水量宜大于最佳含水量0.51.0%,且確保壓路機振碾時不產生軟彈。
3)必須連續拌和,除非拌和設備故障和/或天氣和/或其它必須中斷的原因,不得因就餐、交接班而中斷混合料的拌和。
4)應每天測定含水量,及時調整加水量。雨季施工時,應對砂礫進行覆蓋,防止雨淋。
6、混合料運輸
1)應配備單車運量不小于15t的自卸汽車運輸混合料,不得因運輸原因中斷拌和機拌料。
2)為保證混合料裝車均勻性,應在儲料倉料滿后再進行裝料。裝料車應前后移動,防止混合料離析。
3)應對運輸的混合料進行覆蓋。
4)運輸混合料過程中不得停留。汽車因故障需要修理時,應及時將所運混合料倒轉運輸。
7、混合料攤鋪
1)混合料攤鋪前,應清除攤鋪面上的雜物,采用霧狀灑水濕潤,其濕潤程度以表面全部濕潤而又不起泥為度。
2)混合料攤鋪應每層連續進行,每層厚度約為30cm,每二層為一施工段。每層攤鋪前,應在需鋪筑的區域縱橫向固定頂高與設計高相同的方木, 緊靠方木開始攤鋪混合料。隔天繼續作業時,應切割清除前一班作業的斜坡和松散端頭,并以方木隔離后繼續進行攤鋪。方木應在碾壓開始前拆除,及時用人工填充新鮮混合料,與新攤鋪混合料同時碾壓。
3)攤鋪過程中應隨時檢查并調整松鋪高度、寬度等。
4)攤鋪過程盡量保持勻速和連續工作。
5)攤鋪后面應有專人消除集料離析現象,及時鏟除礫石“窩料”,并用新鮮混合料填補。
6)死角等采用采用機械難于作業時,可采用人工攤鋪。此時可采用1.301.35的攤鋪系數,人工找平后再行碾壓。這 一操作工程宜與機械攤鋪操作平行進行。
8、碾壓
碾壓是水泥穩定砂礫墊層施工的關鍵工序。
1)混合料適宜的碾壓段落長度宜為3050m。振動壓路機應在混合料攤鋪達到適宜長度后立即進行碾壓。
2)壓實遍數根據試驗段成果以壓實度達到要求為準,但不少于4遍。應從外側向中間碾壓;壓實時壓路機應勻速前進,在端頭錯茬時應慢速進行,并防止壓實“盲點”(指壓實遍數偏少)。在碾壓交叉落段,交叉長度不應小于2m。從混合料拌和開始至碾壓結束宜在2小時內完成(此為最理想狀態),最遲不得超過水泥初凝時間。
3)壓實過程應安排專人處理礫石“窩點”和“窩帶”的離析現象。處理方法是鏟除礫石集中的點和帶,和篩分的細料拌和后人工攤鋪或用新鮮混合料直接填補攤平。如離析現象不嚴重(礫石與礫石間未直接接觸),可將篩分的細料均勻灑在“點”或“帶”上再行壓實。
4)按照試驗確定的碾壓遍數進行碾壓,在終壓時應測定壓實度。如壓實度檢測不合格,應進行補壓,直至合格。補壓必須在水泥終凝前完成。
9、接縫與缺陷處理
1)兩作業班作業時的接縫宜及時處理。處理時應盡量采用振動碾碾壓。如無法采用振動碾時,可采用小型振動碾壓設備分層碾壓,每層厚度宜為10cm。
2)用裝載機攤鋪混合料時,不宜中斷,如因故中斷時間超過2h,應設置接縫。
3)缺陷的修復宜在施工過程中進行,且應符合下列規定:
a:及時鏟除高凸部位和填平低洼部位,以使結合良好。墊層施工后表面的松散顆粒應及時清掃,以免因行車等原因破壞墊層。
b:對于集中的缺陷部位,應采用切割機將缺陷部位切割成矩形(其邊線應分別與路線中線垂直或平行),在其周邊刷水泥凈漿,爾后用小型振動壓路機分層壓實修補,分層厚度宜為10cm。修補缺陷采用的砂礫中礫石的最大粒徑不應大于2cm。
c:對于脫皮厚度小于2cm的部位,可不進行處理。
四、檢測
(一)        靜載試驗
本工程竣工驗收采用載荷試驗檢驗水泥穩定砂礫墊層承載力,檢測數量為3個點。經檢測復合地基承載力特征值大于500kPa。
(二)        沉降觀測
    病房樓水泥穩定砂礫墊層處理工程于2011910完工,主體工程于20125月封頂,沉降觀測資料顯示沉降已趨于穩定,最大沉降值僅為16.3mm。
2012、03、02
2012、10、14
沉降量
觀測點號
觀測值
觀測點號
觀測值
(mm)
1
7.1073
1
7.0978
9.5
2
7.0904
2
7.0809
9.5
3
6.8716
3
6.8615
10.1
4
7.3558
4
7.3441
11.7
5
7.3315
5
7.3229
8.6
6
7.3572
6
7.3454
11.8
7
7.0534
7
7.0431
10.3
8
7.1807
8
7.1666
14.1
9
7.2892
9
7.2729
16.3
10
7.3259
10
7.3168
9.1
11
7.2383
11
7.2291
9.2
12
7.2613
12
7.2550
6.3
13
7.2277
13
7.2201
7.6
14
7.2699
14
7.2637
6.2
15
7.2087
15
7.2009
7.8
16
7.2525
16
7.2441
8.4
17
6.9665
17
6.9568
9.7
18
7.2098
18
7.1984
11.4
五、方案經濟對比
序號
方案名稱
工程量(方)
綜合單價(元/方)
工程造價(元)
1
C20毛石砼回填
9700
350
339500
2
水泥穩定砂礫墊層
9700
150
145500
水泥穩定砂礫墊層方案與C20毛石砼回填方案相比,工程造價降低57%,可節省工程造價194萬元。
六、小結
水泥穩定砂礫墊層能適應各種氣候條件與水文條件,并顯著改善砂礫的物理力學性質,獲得良好的整體性、足夠的力學強度、水溫穩定性及抗凍性,而且能因地制宜地使用原材料,從而節約工程投資。
本工程對不滿足設計要求的地基土采用水泥穩定砂礫墊層進行換填處理效果良好,節約了建設資金,縮短了建設工期,在地基處理中取得了良好的應用效果,為以后的地基處理提供了一個新的思路,并為類似工程提供了有益的借鑒!
 
參考文獻
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[2] 劉雪梅張曉峰.淺談水泥穩定砂礫基層的施工方法.交通科技與經濟.200604
[3] 朱桂林張傳友.水泥穩定砂礫基層施工質量控制.黑龍江交通科技.200511
[4] JGJ79-2002 建筑地基處理技術規范
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