沿海软土地区堆场地基处理方法研究与应用.doc

沿海软土地区大面积堆场地基处理方法研究与应用中冶天工集团天津有限公司刘亚平 王海量摘要：随着沿海地区经济的迅速发展，大面积混凝土整体地坪逐渐应用在物流堆场、客运站等。地基承载力不足是沿海软土地基存在的普遍问题，若地基处理不好，将必然引起混凝土面层开裂，进而影响结构的使用功能，降低结构的耐久性，因此如何做好地基处理是软土地区大面积堆场施工的关键技术所在。结合安信联合物流有限公司总部基地项目一期工程，就采用原土戗灰的地基处理方法解决原地基承载力严重不足问题进行了研究与应用。关键词：软土地基 大面积 堆场 戗灰 1 工程概况 安信联合物流有限公司总部基地项目一期工程位于天津市滨海新区，施工内容主要包含占地23万的停车区堆场，堆场主要有三种结构层设计，其中占地面积最大（约18万）的堆场结构层为原土夯实200mm厚二灰土垫层200mm厚二灰碎石基层150mm厚素混凝土面层。设计对地基处理要求为将原土地基分层回填碾压，压实度不小于93%（重型），其七天无侧限抗压强度要求0.8MPa，土基回弹模量40MPa，若不满足要求，对土基进行戗灰处理，石灰参考配合比为8%12%。本场区地貌属海岸带潮间浅滩地貌单元，后经人工吹填围海造陆活动至现地坪。吹填后采用真空预压法进行了地基处理。场地地下水埋深为0.801.20m，地下水位年平均变幅为0.601.00m左右。堆场埋深35.0m深度范围内，地基土按其沉积时代、成因类型及工程地质特征划分为7个工程地质层及15个工程地质亚层。1）埋深04.0m为人工填土Qml形成的素填土及冲填土层，该人工填土层为冲填及冲填后在场地内回填形成的，上部素填土结构松散，以黏性土为主，含少量的建筑垃圾和生活垃圾，零星分布石块。填垫时间小于10年。普遍分布。下部冲填土属高压缩性土，褐灰色，软塑流塑，以黏性土为主，含有机质，夹少量冲填废弃物。普遍分布。2）埋深4.018.0m为浅海相沉积Q42m形成的第海相层黏土及粉质黏土层。本层厚层巨大，分布稳定，属高压缩性土。2 主要技术难点 本工程堆场位于软土地基上，其超大面积混凝土堆场具有无裂缝、高平整度等高标准质量要求。一方面堆场地基处理方法与构造设计的合理性关系到地基承载力与最终质量的保证，另一方面也关系到工程造价和工期进度。 在充分了解软土地基处理的施工方法的基础上，根据工程特点，确立了“超大面积混凝土地坪综合施工技术研究”这一研究课题。3 地基处理方案选择目前，针对软土地区大面积地坪地基的处理方法主要有素土强夯、加设地坪桩（CFG桩或旋喷桩）和换填夯实等多种形式，在施工速度、质量控制、工程造价和上各有利弊。以下是针对常用几种地基处理方法的对比分析，如表1所示。 表1 地基处理方法综合对比表处理方法素土强夯加设地坪桩换填夯实施工速度慢慢块质量控制容易容易一般工程造价较高高底结合本工程造价控制苛刻、施工进度非常紧张的特点，通过综合必选，选择采用换填夯实的办法，根据设计要求、现场地质情况选择采用换填灰土的施工方案，为进一步控制造价，换填灰土采用原地戗灰的形式。4关键技术研究与应用4.1戗灰处理石灰是氧化钙（生石灰）和氢氧化钙（消石灰）的统称，石灰的活性有效成分主要是GaO和MgO。石灰与土混合后，通过石灰的离子交换作用、碳酸化作用、结晶作用、火山灰作用使石灰土得到固化，过程中生成胶结体的硅酸钙、铝酸钙以及铁酸钙，与土壤胶结在一起，使灰土具有较高的强度和抗水性，灰土逐渐硬化，强度逐渐增高。戗灰处理后的地基承载力虽然不如加设地坪桩，但其造价低、施工工艺较简单，施工完成后灰土固结速度较快，提升承载力效果明显，且能满足设计对地基承载力、压实度的要求。4.2施工工艺4.2.1试验段施工 先铺筑试验段，根据图纸要求，灰土的7天无侧限抗压强度需0.8MPa，现场拌合取样拌合后，测得戗灰8%以上才能满足设计有关承载力的要求。根据理论研究，灰土的强度在一定范围内随着含灰量的增加而增加，但超过一定限度后，灰土的强度随石灰量的增加而减少，这是因为消石灰在钙化过程中会析水，增加了消石灰的塑性。结合施工特点，本工程铺筑9个试验段，各试验段质量效果如下表2： 表2 试验段质量效果表换填厚度（mm）戗灰百分比%（m石灰：m土）8%10%12%600质量不合格质量合格质量合格500质量不合格质量合格质量合格400质量不合格质量不合格质量不合格通过试验段施工，确定戗灰10%，戗灰换填深度为500mm作为大面积地基处理的方案，局部含水量较大时增加戗灰量。 4.2.2大面积地基处理施工对原地基进行排水、清表完成后，在土层上用石灰打方格网（方格网大小根据戗灰参数及车辆运载量综合确定），根据换填厚度、戗灰量，计算出每个方格网内需石灰质量，并将石灰称重后运至方格网内布灰。布灰后采用推土机、刮板均匀摊开，摊铺后复核石灰的虚铺厚度。布灰完成后采用挖掘机、推土机原地戗拌灰土，拌合均匀并随时检查灰土的含水率、戗拌深度，拌合好后进行灰剂量的取样，确保灰剂量符合要求。 4.2.3施工质量控制要点及措施1）原材料控制：土壤和石灰是组成戗灰处理灰土的两种基本成分，土壤采用的是原土，因此控制石灰的质量是控制灰土原材料质量的重点。戗灰用的石灰要求采用一级灰，石灰应充分消解或采用生石灰粉，消解后的石灰必须用1cm孔径过筛。2）灰剂量控制：灰剂量的控制尤其重要，灰剂量的多少直接影响到灰土的强度大小和压实度的判断。现场根据土的力学参数、戗灰厚度计算出每平米戗灰所需灰的质量，再根据石灰的密度计算出石灰的摊铺厚度，现场设置摊灰方格网，通过质量和厚度双重控制灰剂量，灰土拌合均匀后及时取样送检。3）含水率控制：含水率是影响压实度最重要的一个指标，现场拌合时要及时检测含水率，随拌随测，现场测量，确保压实前灰土含水率在最优含水率的（+1%+2%）范围内。4）平整度控制：由于路基就应进行找坡，所以戗灰回填时按坡度回填，压实前采用推土机、平地机平整回填土，压实完成后采用平地机平整完成面。5 堆场软土地基戗灰处理整体施工技术5.1工艺流程首先应做施工准备，包括人、材、机的准备、技术准备和堆场排水、清表。然后在清表的地基上进行布灰、戗拌、回填、碾压、养生，见图1，施工方法简单可行，非常适合本工程堆场的施工。图2 戗灰施工工艺流程5.2操作要点5.2.1排水结合堆场排水、消防、电气管网，开挖排水沟，排除地表积水。5.2.2清表清除原地表杂草、垃圾，杂草清除至根部，清表土不可用于地基处理回填土。5.2.3布灰布灰前，根据工期安排和天气情况合理确定施工区段。根据10%掺灰量计算出每个方格网内需要的石灰质量和摊铺的厚度，每车石灰摊铺前称重，布灰后采用推土机、刮板将石灰摊铺均匀，通过质量和厚度双重控制掺灰量。5.2.4灰土戗拌采用挖掘机开挖原地表土，开挖深度500mm，开挖后将土堆垛，并清除灰土中的建筑垃圾。采用堆土机、挖掘机现场拌合灰土，拌合过程中及时测量灰土的含水率，拌合质量以均匀性和含水率为控制点。拌合好后进行灰剂量的见证取样。5.2.5灰土回填、平整灰土拌合均匀后采用挖掘机、推土机按照坡度回填，回填完成后按照坡度整平。5.2.6灰土碾压采用压路机静压2遍振压2遍静压收面1遍平地机整平的施工工序。压路机最快速度不宜超过4km/h。碾压时后轮重叠1/2，后轮必须超过两段的接缝。一般路段碾压5遍，一直到规定的密实度，同时表面无明显的轮迹，与已压好交界侧应多压23遍，严禁在已完成或正在碾压地段上急刹车或调头。碾压过程中表面始终保持湿润，不得干压。如有弹簧、松散、起皮现象，应进行处理后再进行碾压。碾压时中途遇雨，将摊铺好的料至少普压一遍，天晴后，含水量适当时再补压。碾压完成后进行压实度的取样检测。5.2.7养生碾压合格的灰土层封闭洒水养生7天以上，经常保持湿润直到下一结构层施工。6 实施效果本工程占地23万的堆场均进行了戗灰10%、戗灰深度500mm的地基处理做法。戗灰压实完成后压实度93%，路基的回弹模量40MPa，灰土的7天无侧限抗压强度0.8MPa，且压实完成后地面基本无橡皮土现象。软土地基的戗灰处理有效地解决了本工程堆场地基承载力不足的问题，且造价低廉，施工工期也比素土强夯和加设地坪桩缩短，施工效果达到了预期要求。