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水泥稳定砂砾垫层在建筑工程地基处理中的应用

时间:2013-04-13 09:55来源:未知 作者:lwm 点击:
  
水泥稳定砂砾垫层在建筑工程地基处理中的应用
王志勇/陈永建        发表于《山东勘测》(2012.)第2期 
 
摘要:本文以烟台某医院病房楼工程为例,介绍了水泥稳定砂砾垫层在建筑地基处理中的应用,并通过施工后的检测效果,说明了该方法在地基处理上应用的可行性
关键词:水泥稳定砂砾垫层 后注浆 地基处理
 
水泥稳定砂砾,是由水泥和砂砾按一定的比例配合而成,有许多优点:如强度高,稳定性好,刚度大等等,主要用于高速公路路面基层和底基层,这种处理方式在道路工程中具有比较成熟的设计和施工经验,但在建筑地基处理中却很少使用,本文以烟台某医院病房楼工程为例,介绍水泥稳定砂砾垫层在建筑地基处理中的应用。
   一、工程概况
综合病房楼为地上23层,地下1层,建筑面积约10万平方米,建筑高度92.4,基础型式为筏板基础。设计地基持力层为(6)强风化大理岩,其地基承载力特征值为fak350kPa
基坑开挖后发现强风化大理岩地层分布高低起伏,在开挖的基坑中状似假山,经验槽后设计单位建议高出基底的风化岩部分采用爆破方式清除,基坑底未出露(6)强风化大理岩的部分继续挖至强风化岩,再用C20毛石砼回填至基底标高,按上述方案挖土完成后经量测需回填C20毛石砼约9700方,费用约三百多万元,建设单位咨询我公司时,我们根据设计单位提出处理后的效果(处理后的复合地基承载力特征值应大于450kPa,建筑物基础工后沉降应小于50mm),认为采用普通的砂石垫层回填有可能达不到设计要求,但采用毛石砼回填则费用偏高且毛石砼的强度和变形参数均与(6)强风化大理岩相差较大,不利于基础的均匀受力,综合考虑后建议采用水泥稳定砂砾垫层进行回填。
二、场地的工程地质条件
根据岩土工程勘察报告,工程场区地层分布如下:
(1)素填土(Q4ml: 该层在场区所有钻孔均有分布,平均厚度为1.63m
(2)中粗砂(Q4m:松散~稍密状态,该层砂质均匀性差,含粘性土约10-20%不等,偶见粉质粘土薄层。平均厚度为1.90。经综合分析,该层承载力特征值fak170kPa
(3)粉质粘土(Q4m:黑褐~灰褐色,软塑~可塑状态,切面光滑,无摇振反应,韧性及干强度低,土质均匀性一般,夹中细砂薄层,局部细粉粒含量较高,相变为粉土。平均厚度为2.41m,经综合分析,该层承载力特征值fak100kPa
(4)粉质粘土(Q4al+pl:褐色~黄褐色,可塑状态,切面光滑,无摇振反应,韧性及干强度中等,土质均匀性一般,含少量碎石、角砾等。平均厚度为1.55m,经综合分析,该层承载力特征值fak170kPa
(5)全风化大理岩:棕黄色~深黄色,原岩结构、构造基本破坏,多风化呈砂状,矿物成分难以辨认,表层风化成土状,下部碎屑状,可干钻。该层揭露层厚介于0.607.60m,平均厚度为2.61m,经综合分析,该层承载力特征值fak250kPa
(6)强风化大理岩:钻探过程中在钻孔深度内未发现有溶蚀现象存在,棕黄色,结晶粒状结构,片理构造,片理发育。主要矿物成分为方解石,滴盐酸有气泡生成。岩石坚硬程度为极软岩,岩体完整程度为破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。平均厚度为2.92m,经综合分析,该层承载力特征值fak350kPa
三、水泥稳定砂砾垫层地基处理方案
(一)材料
1、水泥
采用缓凝的普通硅酸盐水泥,禁止使用快硬水泥、早强水泥以及其它受外界影响而变质的水泥,水泥强度为42.5级。
2、砂砾
砂砾中砾石(粒径4.75mm以上颗粒)含量不宜小于40%,砾石最大粒径不得大于37.5mm,压碎值不得大于30%。
3、石屑
压碎值不大于30%,一般松干容重1.5-1.6g/cm3,细度模数3.3-3.5
4、水
采用无污染水。
(二)配合比设计
    1、水泥稳定砂砾配合比采用外掺法设计,水泥剂量以水泥质量占砂砾质量的百分率表示,即水泥剂量=水泥质量/砂砾(干)质量。水泥剂量为4.7%
水泥稳定砂砾配合比

砂砾(%)

石屑

(%)

水泥剂量(%)

最佳含水量

(%)

最大干密度

(g/cm3)

设计强度

(MPa)

 
 

85

15

4.7

6.3

2.18

1.5

 

 
2、水泥稳定砂砾配合比设计方法和步骤按《公路路面基层施工技术规范》JTJ0342000的规定进行。
(三)水泥稳定砂砾施工
1、施工工艺流程
地基土验收与修整施工放样准备原材料拌制混合料运输混合料摊铺混合料碾压接缝与缺陷处理养护检测压实度
混合料碾压是本工艺流程的关键工序。
2、地基土验收与修整
1)基坑挖至基底后应按有关技术规范要求的项目和内容进行验收。验收合格后,在地基土上铺设一层10 cm厚砼垫层。
2)水泥稳定砂砾铺筑前,必须将垫层上的杂质和水清理干净。
3、施工放样
1)在需要铺设水泥稳定砂砾垫层的部位,每20m设一控制铺设水泥稳定砂砾垫层厚度桩。
2)测量各桩顶底高程,计算出各测点底基层实铺厚度;用实铺厚度乘以松铺系数分别计算出各桩松铺高程。
3)松铺系数应通过铺筑试验段实测确定。在松铺系数试验确定前,建议采用1.1~1.2
4、原材料、设备准备
1)原材料的规格和质量要求按规定执行。
2)设备准备
a:所有进场设备都必须进行检测,合格后方可使用,并应配备备用设备。
b:拌和机为连续式设备,产量不得小于400t/h,且能自动计量。
c:应准备至少1台激振力260KN以上的振动碾。
d:应准备至少1ZL-50D装载机。
e:每车运量不小于15t的足够数量的汽车。
f:其它配套设备。
5、混合料拌制
1)应根据设计配合比准确配料,拌和均匀。
2)拌制时的含水量宜大于最佳含水量0.51.0%,且确保压路机振碾时不产生软弹。
3)必须连续拌和,除非拌和设备故障和/或天气和/或其它必须中断的原因,不得因就餐、交接班而中断混合料的拌和。
4)应每天测定含水量,及时调整加水量。雨季施工时,应对砂砾进行覆盖,防止雨淋。
6、混合料运输
1)应配备单车运量不小于15t的自卸汽车运输混合料,不得因运输原因中断拌和机拌料。
2)为保证混合料装车均匀性,应在储料仓料满后再进行装料。装料车应前后移动,防止混合料离析。
3)应对运输的混合料进行覆盖。
4)运输混合料过程中不得停留。汽车因故障需要修理时,应及时将所运混合料倒转运输。
7、混合料摊铺
1)混合料摊铺前,应清除摊铺面上的杂物,采用雾状洒水湿润,其湿润程度以表面全部湿润而又不起泥为度。
2)混合料摊铺应每层连续进行,每层厚度约为30cm,每二层为一施工段。每层摊铺前,应在需铺筑的区域纵横向固定顶高与设计高相同的方木, 紧靠方木开始摊铺混合料。隔天继续作业时,应切割清除前一班作业的斜坡和松散端头,并以方木隔离后继续进行摊铺。方木应在碾压开始前拆除,及时用人工填充新鲜混合料,与新摊铺混合料同时碾压。
3)摊铺过程中应随时检查并调整松铺高度、宽度等。
4)摊铺过程尽量保持匀速和连续工作。
5)摊铺后面应有专人消除集料离析现象,及时铲除砾石“窝料”,并用新鲜混合料填补。
6)死角等采用采用机械难于作业时,可采用人工摊铺。此时可采用1.301.35的摊铺系数,人工找平后再行碾压。这 一操作工程宜与机械摊铺操作平行进行。
8、碾压
碾压是水泥稳定砂砾垫层施工的关键工序。
1)混合料适宜的碾压段落长度宜为3050m。振动压路机应在混合料摊铺达到适宜长度后立即进行碾压。
2)压实遍数根据试验段成果以压实度达到要求为准,但不少于4遍。应从外侧向中间碾压;压实时压路机应匀速前进,在端头错茬时应慢速进行,并防止压实“盲点”(指压实遍数偏少)。在碾压交叉落段,交叉长度不应小于2m。从混合料拌和开始至碾压结束宜在2小时内完成(此为最理想状态),最迟不得超过水泥初凝时间。
3)压实过程应安排专人处理砾石“窝点”和“窝带”的离析现象。处理方法是铲除砾石集中的点和带,和筛分的细料拌和后人工摊铺或用新鲜混合料直接填补摊平。如离析现象不严重(砾石与砾石间未直接接触),可将筛分的细料均匀洒在“点”或“带”上再行压实。
4)按照试验确定的碾压遍数进行碾压,在终压时应测定压实度。如压实度检测不合格,应进行补压,直至合格。补压必须在水泥终凝前完成。
9、接缝与缺陷处理
1)两作业班作业时的接缝宜及时处理。处理时应尽量采用振动碾碾压。如无法采用振动碾时,可采用小型振动碾压设备分层碾压,每层厚度宜为10cm
2)用装载机摊铺混合料时,不宜中断,如因故中断时间超过2h,应设置接缝。
3)缺陷的修复宜在施工过程中进行,且应符合下列规定:
a:及时铲除高凸部位和填平低洼部位,以使结合良好。垫层施工后表面的松散颗粒应及时清扫,以免因行车等原因破坏垫层。
b:对于集中的缺陷部位,应采用切割机将缺陷部位切割成矩形(其边线应分别与路线中线垂直或平行),在其周边刷水泥净浆,尔后用小型振动压路机分层压实修补,分层厚度宜为10cm。修补缺陷采用的砂砾中砾石的最大粒径不应大于2cm
c:对于脱皮厚度小于2cm的部位,可不进行处理。
四、检测
(一)        静载试验
本工程竣工验收采用载荷试验检验水泥稳定砂砾垫层承载力,检测数量为3个点。经检测复合地基承载力特征值大于500kPa
(二)        沉降观测
    病房楼水泥稳定砂砾垫层处理工程于2011910完工,主体工程于20125月封顶,沉降观测资料显示沉降已趋于稳定,最大沉降值仅为16.3mm
2012、03、02
2012、10、14
沉降量
观测点号
观测值
观测点号
观测值
(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、方案经济对比
序号
方案名称
工程量(方)
综合单价(元/方)
工程造价(元)
1
C20毛石砼回填
9700
350
339500
2
水泥稳定砂砾垫层
9700
150
145500
水泥稳定砂砾垫层方案与C20毛石砼回填方案相比,工程造价降低57%,可节省工程造价194万元。
六、小结
水泥稳定砂砾垫层能适应各种气候条件与水文条件,并显著改善砂砾的物理力学性质,获得良好的整体性、足够的力学强度、水温稳定性及抗冻性,而且能因地制宜地使用原材料,从而节约工程投资。
本工程对不满足设计要求的地基土采用水泥稳定砂砾垫层进行换填处理效果良好,节约了建设资金,缩短了建设工期,在地基处理中取得了良好的应用效果,为以后的地基处理提供了一个新的思路,并为类似工程提供了有益的借鉴!
 
参考文献
[1] 闫豫珂 杨飒.水泥稳定砂砾施工要点.科技信息.201117
[2] 刘雪梅张晓峰.浅谈水泥稳定砂砾基层的施工方法.交通科技与经济.200604
[3] 朱桂林张传友.水泥稳定砂砾基层施工质量控制.黑龙江交通科技.200511
[4] JGJ79-2002 建筑地基处理技术规范
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