夹砂石换填专项施工方案.docx

广元市儿童福利院灾后重建工程

夹砂换填专项施工方案

编制：
审核：

四 川 骏 龙 建 设 有 限 公 司
二 0 一 0 年 八 月 九 日

一、工程概况
本工程名称广元市儿童福利院，位于广元市利州区莲花村。东临规划环城路。总建筑面积为12037.08m2,1#、2#、3#楼均为四层。1#、2#楼先施工，3#楼待前两栋楼竣工后再行施工。
按设计要求，该工程的独立柱基础持力层为粉质粘土层。设计承载力特征值fak=230KPa。基坑开挖后，经过残积土、粉质粘土（图7-0）。

图7-0 2#楼━轴基础剖面示意图

在挖至粉质粘土层后，对基坑进行夹砂卵石换填，并分层夯实。厚度控制在砂卵石换填最薄处为1300mm，压实系数不小于0.97。
二、夹砂换填施工原则
砂和砂石地基是采用砂、鹅卵石和泥土的混合物，经分层夯（压）实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。
由于砂颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响；能在施工期间完成沉陷；用机械或人工都可使地基密实，施工工艺简单，可缩短工期，降低造价等特点。适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，包括淤泥、淤泥质土；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。
三、施工要求
1．材料要求
（1）砂
宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，当用细砂、粉砂时，应掺加粒径20~50mm的卵石（或碎石），但要分布均匀。砂中有机质含量不超过5%，含泥量应小于5%，兼作排水垫层时，含泥量不得超过3%。
（2）砂石
用自然级配的砂砾石（或卵石、碎石）混合物，粒级应在50mm以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。
2．构造要求
垫层的构造既要求有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度，以防止垫层向两侧挤出。
（1）垫层的厚度
垫层的厚度z应根据垫层底部软弱土层的承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值（图7-1），并应符合下式要求：
pz＋pcz≤faz （7-2）

图7-1 垫层内应力的分布
1-基础；2-砂垫层；3-回填土
式中 pz——垫层底面处的附加压力值（kPa），可根据基础不同形式分别按以下简化式计算：
条形基础 （7-3）
矩形基础 （7-4）
b——条形基础或矩形基础底面的宽度（m）；
l——矩形基础底面的长度（m）；
p——基层底面压力（kPa）；
pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）；
z——基础底面下垫层的厚度（m）；
θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；
pcz——垫层底面处土的自重压力值（kPa）；
faz——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。
压力扩散角θ（°） 表7-3
换填材料
z/b
中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石，碎石
粘性土和粉土
（8＜Ip＜14）
灰土
0.25
20
6
30
≥0.50
30
23
注：1．当z/b＜0.25时，除灰土仍取θ＝30°外，其余材料均取θ＝0°；
2．当0.25＜z/b＜0.5时，θ值可内插求得。
按公式（7-2）确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，再按式（7-2）校核，如不能满足要求时，再增加垫层厚度，直至满足要求为止。
垫层的厚度一般为0.5~2.5m，不宜大于3.0m，否则费工费料，施工比较困难，也不够经济，小于0.5m则作用不明显。
（2）垫层的宽度
垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算：
b'≥b＋2ztgθ （7-5）
式中 b'——垫层底面宽度；
θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。
其他符号意义同上。
垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上按当地经验的要求放坡。大面积整片垫层的底面宽度，常按自然倾斜角控制（图7-2）适当加宽。

图7-2 砂或砂石垫层
（a）柱基础垫层；（b）设备基础垫层
1-柱基础；2-砂或砂石垫层；3-回填土；4-建筑基础
α-砂或砂石垫层自然倾斜角（休止角）；b-基础宽度
垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表7-4选用，并验算下卧层的承载力。
各种垫层的承载力 表7-4
施工方法
换填材料
压实系数
λc
承载力
fK（kPa）
碾压或振密
碎石、卵石
0.94~0.97
200~300
砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）
200~250
土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）
150~200
中砂、粗砂、砾砂
150~200
粘性土和粉土（8＜Ip＜14）
130~180
灰土
0.93~0.95
200~250
重锤夯实
土或灰土
0.93~0.95
150~200
注：1．压实系数小的垫层，承载力取低值，反之取高值；
2．重锤夯实土的承载力取低值，灰土取高值；
3．压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρmax的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0~2.2t/m3。
四、施工措施
1．施工工艺方法
（1）铺设垫层前应验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。
（2）垫层底面标高不同时，土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。分层铺设时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5~1.0m,并注意充分捣实。
（3）人工级配的砂砾石，应先将砂、卵石拌合均匀后，再铺夯压实。
（4）垫层铺设时，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受冻或受浸泡，降低其强度。如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采取挤淤处理。先在软弱土面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换和挤出软弱土，再做垫层。
（5）垫层应分层铺设，分层历或压实，基坑内预先安好5m×5m网格标桩，控制每层砂垫层的铺设厚度。每层铺设厚度、砂石最优含水量控制及施工机具、方法的选用参见表7-5。振夯压要做到交叉重益1/3，防止漏振、漏压。夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定。用细砂作垫层材料时，不宜使用振捣法或水撼法，以免产生液化现象。
砂垫层和砂石垫层铺设厚度及施工最优含水量 表7-5
捣实方法
每层铺设厚度
（mm）
施工时最优含水量
（%）
施工要点
备注
平振法
200~250
15~20
1．用平板式振捣器往复振捣，往复次数以简易测定密实度合格为准
2．振捣器移动时，每行应搭接三分之一，以防振动面积不搭接
不宜使用干细砂或含泥量较大的砂铺筑砂垫层
插振法
振捣器插入深度
饱和
1．用插入式振捣器
2．插入间距可根据机械振捣大小决定
3．不用插至下卧粘性土层
4．插入振捣完毕，所留的孔洞应用砂填实
5．应有控制地注水和排水
不宜使用干细砂或含泥量较大砂铺筑砂垫层
水撼法
250
饱和
1．注水高度略超过铺设面层
2．用钢叉摇撼捣实，插入点间距100mm左右
3．有控制地注水和排水
4．钢叉分四齿，齿的间距30mm，长300mm，木柄长900mm
湿陷性黄土、膨胀土、细砂地基上不得使用
夯实法
150~200
8~12
1．用木夯或机械夯
2．木夯重40kg，落距400~500mm
3．一夯压半夯，全面夯实
适用于砂石垫层
碾压法
150~350
8~12
6~10t压路机往复碾压；碾压次数以达到要求密实度为准，一般不少于4遍，用振动压实机械，振动3~5min
适用于大面积的砂石垫层，不宜用于地下水位以下的砂垫层
（6）当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时，应加强基坑内及外侧四周的排水工作，防止砂垫层泡水引起砂的流失，保持基坑边坡稳定；或采取降低地下水位措施，使地下水位降低到基坑底500mm以下。
（7）当采用水撼法或插振法施工时，以振捣棒振幅半径的1.75倍为间距（一般为400~500mm）插入振捣，依次振实，以不再冒气泡为准，直至完成；同时应采取措施做到有控制地注水和排水。垫层接头应重复振捣，插入式振动棒振完所留孔洞应用砂填实；在振动首层的垫层时，不得将振动棒插入原土层或基槽边部，以避免使软土混入砂垫层而降低砂垫层的强度。
（8）垫层铺设完毕，应即进行下道工序施工，严禁小车及人在砂层上面行走，必要时应在垫层上铺板行走。
五、质量安全
1．质量控制
（1）施工前应检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度。
（2）施工过程中必须检查分层厚度，分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。
（3）施工结束后，应检查砂及砂石地基的承载力。
（4）砂及砂石地基的质量验收标准如表7-6所示
砂及砂石地基质量检验标准 表7-6
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
地基承载力
设计要求
载荷试验或按规定方法
2
配合比
设计要求
检查拌合时的体积比或重量比
3
压实系数
设计要求
现场实测
一般项目
1
砂石料有机质含量
%
≤5
焙烧法
2
砂石料含泥量
%
≤5
水洗法
3
石料粒径
mm
100
筛分法
4
含水量（与最优含水量比较）
%
±2
烘干法
5
分层厚度（与设计要求比较）
mm
±50
水准仪