袁志仁，汝 剑

(1.长春工程学院土木工程学院，长春 130012； 2.吉林绿地兴合建筑设计有限公司，长春 130020)

粗砂地层局部软弱地基换填处理的工程应用

袁志仁1，汝 剑2

(1.长春工程学院土木工程学院，长春 130012； 2.吉林绿地兴合建筑设计有限公司，长春 130020)

通过对河道一级阶地粗砂层局部软弱地基进行换填处理的工程实例的分析，总结了换填处理对该地层的经济实用性，拓宽了换填处理及天然地基的应用范围，克服了该类场地桩基施工的难点，节省了工期和造价。同时积累了级配砂石换填处理的施工经验。

换填处理；压实系数；最大干密度；级配砂石

长春市伊通河阶地岩层埋深较浅，强风化泥岩上方往往有粗砂、细砂夹泥、局部淤泥等不利地层。其中，粗砂层承载力比较高，在下部无软弱层的前提下，是良好的天然地基。一般高层主体下均设置地下室，基底落到粗砂层时，该土层能满足24层左右的高层住宅所需的承载力，不必采用桩基础。若建筑基底有局部未落至粗砂层或底板下存在局部软弱层时，因预制桩穿越砂层难度大，而灌注桩造价高，故采用换填法处理地基是优选方案。换填时将建筑物基底下一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较高、压缩性较小、原料来源较丰富的换填料。本文通过阐述该类地基采用换填法处理局部软弱部位的工程实例来分析其的实际工程应用。

1 工程概况

长春市伊通河二级阶地某高层住宅小区，设满铺的二层地下车库，基底标高为-9 m，地上有3栋6～8层的框架办公楼，6栋11～27层不等的高层剪力墙住宅。该基坑开挖深度至9 m时，大部分已落至中粗砂层(根据地勘报告，该层承载力特征值fak为270 kPa，压缩模量Es=20 MPa)，部分区域落至夹泥粉细砂层(承载力特征值fak为150 kPa，压缩模量Es=11 MPa)，均能满足地下车库所需的承载力。抗浮设计水位为-1.5 m，纯地下车库需进行抗浮设计，设计在底板下采用锚杆抗浮，锚杆避开柱下墩基础布置于底板下，以减小底板因水浮力产生的内力。

原设计各栋主楼及地库均采用预应力高强混凝土管桩，开挖后根据实际地层情况，修改地基条件较好的多层框架及两栋11层剪力墙住宅为天然地基上的筏板基础。根据工程进展，考虑工期因素及施工现场条件，后期又增加两栋高层剪力墙住宅修改为天然地基上的筏板基础方案。按照设计和勘察方的要求，在基底下1 m范围内的夹泥粉细砂层须全部挖除。验槽及钎探时发现，在一栋11层及后期增加的两栋高层剪力墙住宅的基底下都存在面积大小不等的软弱层，需进行换填处理。经与勘察方协商，仅对薄弱地基区域采用级配砂石进行换填处理，要求换填后的地基与未换填的粗砂层具有相似的沉降特性，以避免不均匀沉降。

2 换填处理设计

2.1 确定换填深度和范围

根据地勘报告及现场开挖土层情况，换填深度为0.5～1.8 m，实际开挖时发现挖至粗砂层后，粗砂层内仍夹透镜体状淤泥或粉细砂层，决定换掉该部分薄弱土层，最终4#楼确认换填面积约40%，深度约1 m；而5#楼换填深度较大，换填面积超过60%，考虑到该楼层数达到22层，荷载大，最终全部地基均做换填处理。

换填的范围根据如下原则确定:在主楼基础范围内的夹泥细砂层须全部挖除;在基础以外的砂层考虑到压力扩散角的影响，换填范围自基础外缘向外多放宽1倍的换填深度。

2.2 选择换填材料

换填材料采用级配砂石，采用碎石和砂混合。碎石需外购。由于整个基坑开挖面积大、挖出大量的中粗砂，故不必外购砂。在选择换填材料时应使用不含有机质及黏土团的砂，砂与碎石混合料中碎石的含量应大于60%，碎石的最大粒径应不大于50 mm。

2.3 确定碾压夯实参数

换填施工的主要工艺参数包括分层换填厚度、每层压实遍数、压实后的最大干密度和最优含水量等。压实系数取土的控制干密度与最大干密度的比值。

换填料压实系数采用0.97。工程开始之前首先在天然粗砂持力层中随机取3个点做原状土的最大干密度试验，以此确定施工时要求的最小干密度值。通过试验确定其干密度平均值为2.03 g/cm3，因此，换填后每层取样的干密度值应大于2.03 g/cm3。

3 施工及质量控制

3.1 选择施工机械

施工机械应根据换填材料选择，针对级配砂石的换填，本工程选用自重16 t的振动碾，使用挖掘机倒运回填级配砂石，砂石的现场搅拌最初采用旋转搅拌机，因每次搅拌的量太少，极费工时，延误工期，最终采用挖掘机配合人工进行搅拌。

3.2 施工要点

铺填级配砂石前应先验槽，验槽除目测基层是否已经达到设计持力层外，还有必要采用钢管进行简易钎探，以判别基层下是否存在软弱下卧层，如果有软夹层，且厚度大于15 cm，仍需继续下挖以清理软夹层。

确认基底持力层后，将基底表面浮土、细砂、杂物清除干净，两侧应设一定坡度防止夯实时塌方；换填应从最低处开始，进行整片分层夯填(或碾压)；分层填料的厚度每层不大于30 cm、采用振动碾分层压实的遍数不少于3遍；压实填土的施工缝各层应错开搭接，要适当增加施工缝搭接处的压实遍数；回填料太干时可浇水湿润，以保证最优含水量控制在3%～5%；轮式振动碾每次碾压时轮迹应与前次碾压宽度重迭一半，机械碾压不到之处，用小型蛙式夯机配合夯实。

施工中每个台班所铺平的换填料，必须当班夯实(碾压)完毕，应消除表面泥浆、积水后才能继续回填。

3.3 施工质量控制

换填质量主要检测压实系数，并应分层检验。具体做法是在每层表面下1/3厚度处取样，测定回填级配砂石的干密度，以不小于最小要求干密度控制值为合格，如未达到要求，应增加压实遍数并重新碾压。本工程每层取3个点。在现场使用灌水法相对灌砂法更容易准确测定试验点的体积。由于实验室试验周期较长，而施工工期很紧，不可能等每层的干密度试验结果出来后再继续施工下一层，因此在施工现场可采用炒干法快速测定回填料的干密度值。采用此方法测定的干密度值与试验室结果相比误差很小，不影响后续工作。因回填料的含水量较小，对东北的秋季来说一般在3%附近，而现场测点试坑的体积测定也有一定的误差，故可通过现场直接取定的砂石估算干密度以加速检测判断。经检验，回填级配砂石干密度值范围在2.05～2.15 g/cm3之间，均大于要求的最小干密度值。

换填施工完后各栋均针对换填区域进行了静载荷试验，并在天然地基上进行对比载荷试验，以此评价地基的承载力和沉降差。从图1所示的Q—S曲线可以看出，上述试验点当荷载加至最大压力值800 kPa时，均未出现明显的比例极限和无明显的拐点及陡降段，为一条完整连续的平缓、匀滑曲线。由此可知，天然地基上与换填上承载力特征值均大于400 kPa；换填区域与天然地基在400 kPa荷载作用下，最大差异沉降不足2 mm，符合设计要求。

施工上部结构时，对地基沉降进行观测，目前换填的3栋主楼均已进行了主体验收，观测最大沉降值为23 mm，最小沉降值为16 mm，沉降量很小且未见明显不均匀沉降，主体基础与周边地库底板无沉降开裂现象。

粗砂层基P—S曲线

换填地基P—S曲线图1 天然地基及处理地基的静载荷试验Q—S曲线

4 换填对比实例

该项目8#楼为11层的剪力墙住宅，基底大部分落至粗砂层，仅右侧1/4单元的基底为夹泥的粉细砂层。解决方案是挖除厚度为0.5～2.5 m不等的夹泥粉细砂层，并采用粗砂分层夯填。

换填时因施工方急于抢工期，导致施工存在诸多问题：1)基坑降水深度偏小，挖到中粗砂层时地下水不能及时排除，不能保证干作业换填施工；2)未处理水下回填的粗砂，水下回填应改用级配砂石；3)回填分层厚度大，且未认真进行夯实处理，回填后对地基进行检验发现，原状粗砂层钎探打入30 cm需要25～32击，回填区域仅10～12击，两者差别巨大，故必须对换填区域进行处理。

因地下水含量丰富，局部降水困难，故采取挖掉表层1的回填砂层，对剩余回填料进行浇水振捣，振捣点位按500 mm间距的方阵进行，采用混凝土振捣棒振捣，同时灌入碎石，碎石料随振捣下落，振捣深度至回填下界，处理至碎石不再继续下落为止。表层1 m再采用分层碾压夯填的方式处理。处理之后再进行钎探，每打入30 cm的贯入击数为22～35击，1 m以下填料夹大量碎石，贯入困难，表明密实度较均匀，且与原状粗砂层相当，不会导致明显的不均匀沉降。

整个处理过程反复了若干次，从第一次换填到处理完成耗时20 d，耗费了大量时间和人力、物力。事后总结，主要原因是施工方忽视了换填施工的难度和换填密实度的重要性，欲速则不达，如果从一开始就认真对待，反而是最经济且省时的方案。

5 结语

建筑地基换填处理因关系到基础与上部结构的安全，施工缺陷易造成极为严重的后果，且后续处理困难，故换填施工时参建各方须认真对待，确保换填料的压实系数。

换填时应根据设计和勘察的要求确定换填范围和深度，排除基底软弱下卧层。进行换填处理前测定粗砂层的最大干密度，以此要求回填料碾压后的最小干密度，以匹配换填地基与天然地基的密实性，避免地基产生不均匀沉降。

采用换填法处理粗砂层的局部薄弱地基，是该类场地上可供选择且较为经济的地基处理方案。

[1] 张浩.大体积砂卵石换填地基的应用[J].中国西部科技，2011(4)：35-37.

[2] 中国建筑科学研究院.JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 中国建筑科学研究院.GB 50007—2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

The Application of Local Softer Foundation Replacing Treatment to Coarse Sandy Stratum

YUAN Zhi-ren，et al.

(SchoolofCivilEngineering，ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

Taking the construction of replacing treatment to local softer foundation in coarse sandy stratum in a first-class terrace，this article expresses that the replacing treatment is economic and practical to this stratum.The applied field of replacing treatment and natural foundation has been extended，and the difficult points of pile base construction have been avoided.The cost and construction time has been saved.This article also summarizes the construction experience on replacing treatment to gradated sand and stone.

replacing treatment；coefficient of compaction；maximum dry density；graded sand and stone

10.3969/j.issn.1009-8984.2016.04.003

2016-09-07

袁志仁(1974-)，男(汉)，长春，硕士，讲师 主要研究混凝土结构。

TU472.2

A

1009-8984(2016)04-0008-03