王海奥

洛阳洛南新区地貌单元属于洛河河漫滩或一级阶地，上部地基土层承载力较低，下部卵石层承载力较高，而砂石垫层具有承载力高、变形小、施工周期快、与下部卵石层材质一致等特点，因此建筑物常常采用砂石对基底下浅部承载力较低的土层进行换填处理，砂石垫层的应用越来越广泛。但砂石垫层的承载力难于通过计算准确确定[1］，也无相关规范和资料可供参考，仅在JGJ 2002建筑地基处理技术规范4.2.3条条文说明中对安全等级为三级的建筑物当施工压实系数为0.93～0.97时，砂石垫层的承载力标准值可按200 kPa～300 kPa取用。但高层建筑物一般平均基底压力较大，30层以上的甲类建筑物平均基底压力大多在500 kPa以上，砂石垫层的承载力是否能满足要求，只能通过最终静载荷试验结果确定。但在施工图设计阶段，砂石垫层的承载力如何取值、砂石垫层的现场施工如何控制就成了亟待解决的问题。本文通过工程实践，表明只要对砂石垫层的砂石料选材和现场施工全过程进行控制，当施工压实系数不小于0.97时，砂石垫层的承载力特征值可达550 kPa～650 kPa，均能满足目前30层～33层左右的甲类建筑物的设计荷载要求。

1 工程条件及设计要求

1.1 场地工程地质条件

根据勘察结果，拟建场区地层分布呈河流阶地“二元”结构，上覆为黄土状粉土及粉质粘土层，下伏为卵石层。地基土自上而下分述如下:

1.2 砂石垫层的设计要求

拟建高层建筑物为33层，高99 m，剪力墙结构，采用筏板基础，筏基荷重为550 kPa左右，基础埋深为地面下6.0 m左右。根据本工程的工程地质条件，建筑物基础直接持力层为卵石层，但基底下2.0 m范围内分布有软弱夹层，若直接采用卵石层作为筏基持力层时，下卧层砂层及粉质粘土强度不能满足要求，需要对其采用砂石垫层进行换填处理，一般换填厚度2.0 m～2.5 m左右，设计要求砂石垫层应级配良好，施工压实系数不小于0.97，砂石垫层的承载力特征值不小于550 kPa，并应通过载荷试验确定。

2 砂石垫层的选材

由于本工程基坑相对较深，而场区卵石层埋藏较浅，因此基坑开挖时将挖出大量的砂卵石。若按照常规做法将其废弃将造成资源的严重浪费，因此勘察报告中建议在开挖时选取纯净的砂卵石单独放置，对含土的卵石、砂层等另外放置，然后砂卵石垫层回填时不再按照常规做法购买人工级配的砂卵石，而采用选取的纯净砂卵石作为回填材料，这样不仅使基坑开挖出来的多余砂卵石得到了有效利用，而且有效节约了基础工程造价。

为达到较好的压实效果，施工过程中应严格按照以下原则控制砂石料质量:填料级配良好，砂卵石质量比为卵石∶圆砾∶中粗砂=5∶3∶2，当天然砂卵石配合比较差时，需采用人工适当调配;最大粒径不超过70 mm;含泥量低于5%。

3 砂石垫层的施工控制及质量保证措施

为达到较好的压实效果，本工程我院针对砂卵石垫层的施工提出了具体的施工控制参数和质量保证措施如下。

3.1 施工参数

1)使用设备自重18 t以上振动压路机;2)压路机行驶速度不大于50 m/min;3)每层虚铺厚度35 cm;4)每层先静压2遍，再振动碾压6遍～8遍。

3.2 质量保证措施

1)控制砂石料级配，对回填的砂石料每500 m2抽检一次，不好的砂石料可随时抽检。

2)基坑开挖至设计标高后，浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土。

3)在基坑开挖过程中，下部地基土难免受到扰动，因此在铺第一层垫层前须对原地层进行适当碾压。

4)垫层施工要严格控制每层的铺设厚度、水平度，碾压遍数及振动碾的行驶速度。在振动前应预先用水洒湿但基坑应保持无积水状态。

5)振动碾压轮迹应相互搭接，防止漏压，保证地基均匀获得规定遍数的压实功能。

6)垫层的质量检验必须分层进行。每压完一层，应检验该层的平均压实系数。当压实系数符合设计要求时，才能铺垫上层。

4 砂石垫层的试验结果

4.1 压实系数的检验结果

为确保垫层施工质量，相应的质量检验检测应贯穿整个施工全过程，检验检测的主要内容如下:

1)对砂石料进行颗粒分析试验，确定其颗粒级配。2)对试验用砂做击实试验，确定其最大干密度。3)测定高程及水平位置，测定压实度(由施工单位负责)。4)分层测定干容重、压实系数。检验垫层质量时，基坑内每100 m2面积取1处检验点，各层采用埋设纯砂点(应使用纯净的中砂，埋砂点直径不小于20 cm)的方法测定其干容重、压实系数，最后一层采用注水法与埋砂法相结合的方法测定。

检测结果表明:砂卵石垫层的压实系数全部在0.97以上，满足设计要求。

4.2 超重型动力触探试验结果

本工程我院对砂石垫层按每100 m2面积取1处检验点进行了超重型动力触探试验，各试验点的检测深度为2.0 m～2.5 m左右，检测结果表明各动探检测点检测情况基本一致，动探试验锤击数正常，各点试验平均锤击数一般在10.8击～15.5击之间，砂石垫层水平方向和垂直方向均匀性较好。

根据各动探检测点试验锤击数，结合我院及《工程地质手册》(第4版)根据动探击数确定地基承载力的经验公式[2］，各动探检测点地基承载力特征值在550 kPa以上。

4.3 载荷试验结果

本工程采用浅层平板静载荷试验对砂石垫层的承载力进行了检测，经静载荷试验验证，天然地基承载力特征值为650 kPa，与勘察报告一致;而砂卵石垫层的承载力特征值不仅满足设计要求的550 kPa，而且为了与天然地基做比较，有意在3号楼区域(即7，8号试验点)对砂卵石垫层加荷到了1 300 kPa，其承载力特征值达到了650 kPa，与天然地基差别不大，承载力完全满足设计要求。各点载荷试验结果如表1所示。

表1 静载荷试验结果表

检测过程中，各试验点在加荷至设计要求压力的2倍时均未出现极限荷载，满足终止加荷条件，分级卸载后终止试验。

5 结论及建议

砂石垫层的承载力主要取决于现场施工全过程控制，应从砂石料选材、施工参数、现场施工管理进行全过程控制，只要选材合理、施工控制严格，当施工压实系数不小于0.97时，砂石垫层的承载力特征值均可达550 kPa以上，能够满足目前30层～33层左右的甲类建筑物的设计荷载要求。并且根据载荷试验成果，最大加荷到1 100 kPa～1 300 kPa时，基本上还处于弹性变形阶段，由于没有加荷至极限荷载，砂石垫层的承载力尚有很大的富余度，有待于今后进一步的试验验证。

[1]JGJ 2002，建筑地基处理技术规范[S］.

[2]《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册[M］.第4版.北京:中国建筑工业出版社，2002.

[3]周卫华.粉质黏土中桩承载力试验研究[J］.山西建筑，2009，35(1):107-108.