不良地質環境下的基礎換填施工技術

鄭佳明，任昌國，劉書蔚

（中建二局第二建筑工程有限公司，山東 青島 266427）

隨著我國綜合國力的增強及經濟建設的蓬勃發展，建筑用地的開發越來越多，地質條件良好的建筑用地量逐漸減少，越來越多的不良地質環境下的建筑用地被逐步開發，為保證建筑物基礎的承載力滿足人民的生活需求與安全，對不良地質環境下的基礎換填施工新工藝的開發成為近年來諸多施工單位的重要課題。

1 工程概況

位于青島西海岸新區朝陽西路東，薛泰路南側的住宅建設項目計劃建設12 棟6 層洋房、6 棟28～32 高層住宅、3 棟辦公配套建設及地下車庫，設計基礎為獨立基礎。

由于本工程所處位置為青島地區特有的濱海堆積地貌和構造剝蝕地貌，部分邊坡分布燕山晚期花崗巖、白堊系青山群凝灰巖、局部發育有煌斑巖巖脈及碎裂巖，由于各類巖石分布及厚度不均，建筑項目整體地質條件較差。當土方開挖達到基坑底設計標高后仍不符合持力層設計要求，為確保項目基礎安全，需繼續開挖后進行不良地質環境下的基礎換填。

2 施工工藝流程

雖然行業中已有較為成熟的不良地質環境下的基礎換填方案，但由于本工程所處地質條件特殊，為保證施工質量、加快施工進度、節約施工成本，項目團隊聯合建設單位多次邀請相關專家對不良地質環境下基礎換填方案及流程進行了論證。具體施工流程為：開挖前先進行測量放線→挖至基坑底設計標高→現場勘查→挖除煌斑巖巖脈等不符合要求巖土層→降排水系統設置→人工清槽至基礎持力層→磚胎膜砌筑→主樓電梯井、集水坑回填→主樓區域回填至設計標高→地庫獨立基礎部位回填至設計標高→地庫抗水板部位回填至設計標高→回填強度試驗檢測→墊層施工。

3 關鍵技術

3.1 不良地質挖除技術

土方開挖至設計持力層標高后，需要由勘查單位、設計單位共同確定基底情況，判斷是否到達“硬底”，才可進行下一工序。由于本項目所處區域不良地質的構成和分布更為復雜性，基底大面并不符合持力層要求，所以對不良地質的開挖次數及周期較一般項目更多、更長，加之疫情防控工作要求，多次、重復的驗槽工作導致機械、人工降效，造成了人力、財力的浪費。為提高工作效率，項目團隊與建設單位、勘察單位、設計單位共同確定了“視頻云驗槽”工作方案，大大節約了人力、物力資源。

本項目不良地質開挖過程中發現，不良地質分布不均勻的特點不僅體現在水平面上，豎向分布的不均勻也十分突出。由于大型機械只適用于水平作業面，為避免大型機械強挖破壞基底持力層，并造成不良地質全部挖除后工作面呈現凹凸不平的狀態。經過現場時間，確定了“人工配合316 小型挖土機”的挖除方案，有選擇性地開挖分布與厚度不均勻的不良地質，既能避免基底超挖與防止對地基土的擾動，又能保證施工進度、降低成本的目標。

3.2 大面積混凝土換填技術

不良地質挖除后，工作面難免存在部分的凹凸不平問題，在使用混凝土進行回填時，可能導致局部混凝土過厚，為了降低過厚混凝土產生裂縫的風險，項目團隊研究了換填材料性能，通過試驗對比發現毛石混凝土既能減少水泥用量、減少發熱量對結構產生的病害，又能降低混凝土的使用成本，可以用于解決過厚混凝土產生的裂縫問題。

現將采用毛石混凝土進行大面積換填的具體施工步驟如下。

1）項目調度提前與攪拌站做好混凝土預約，并就水泥、砂石、外加劑、粉煤灰、礦粉等原材要求、配比、砂率、坍落度、初凝時間等質量要求以及運輸間隔時間等內容提出具體要求。

2）澆筑前，須先將毛石沖洗干凈。項目團隊通過試驗研究發現，毛石摻入量為換填材料總體積的20%時換填后的承載力、裂縫控制等效果最佳。同時，毛石的粒徑控制在200mm 以下。

3）澆筑時，應先鋪一層80～150m 厚混凝土打底，再鋪上毛石，毛石插入混凝土約1/2 后，再灌混凝土，填滿所有空隙，再逐層鋪砌毛石和澆筑混凝土，直至基礎頂面，保持毛石頂部有不少于100mm 厚的混凝土覆蓋層。根據項目團隊的前期試驗發現，不能將毛石直接投入基坑中，否則會導致毛石分布不均勻進而造成混凝土澆筑時與毛石結合不嚴密，形成較大的孔洞，嚴重影響換填后基礎的承載力。每層混凝土的厚度，不得大于150～200mm。項目團隊的試驗研究還發現，混凝土厚度一次澆筑不能太厚，否則澆筑完成后表面裂縫出現風險大大上升。

4）振搗過程中，研究發現低頻振搗器頻率大約在15 000 轉的時候是最佳的振搗效果，可以提高混凝土的耐久性；采用斜面分層布料方法施工，即“一個坡度、分層澆筑、循序漸進、一次到頂”。要求斜面的坡度不大于1/3，混凝土從澆筑層下端開始，逐漸上移。對混凝土過厚部位在混凝土初凝前進行表面二次振搗，防止混凝土表面出現收縮裂縫。

3.3 細部混凝土換填技術

由于本項目主樓電梯井及集水坑的相對位置影響，相關回填范圍狹長而深，這對模板側壁的承載力考驗極大。為解決此類問題，項目團隊對設計圖紙進行了深入研究，對回填深度不大于500mm 的區域采用240 磚胎膜，當回填深度大于500mm 時采用370 磚胎膜。電梯井、集水坑內部必須利用架管及方木來進行回頂，架管間距1 000mm 且木方通長。完成前述工作后，細部位置進行換填混凝土時則可以像大面積換填一樣，正常澆筑混凝土，大大降低了爆模、脹模的風險。

對于混凝土材料方面，建議換填材料仍然采用毛石混凝土，換填時先對細部位置進行回填，再回填大面。毛石鋪放應均勻排列，使大面向下，小面向上，毛石間距一般不小于100mm，偏移磚胎膜距離不小于150mm。根據現場實踐發現，由于細部回填范圍狹長而深，回填時部分位置極不易被肉眼發現，所以需提前對細部回填的數量、位置做好記錄，避免漏填。

3.4 大面積回填土技術

大面積回填土階段看似簡單，但也秉持較高的技術，以確保壓實換填基礎，形成一個整體。具體細節要求如下。

1）大面積回填土前應將基坑（槽）底的垃圾雜物等清理干凈，將回落的松散土、砂漿、石子等清除干凈，并檢驗回填土的含水率是否在控制范圍內。

2）深淺兩基坑（槽）相連時，應先填夯深基坑；填至淺基坑標高時，再與淺基坑一起填夯。

3）回填土應分層鋪攤。每層鋪攤后，隨之耙平。項目團隊發現不同區域內，每層回填土鋪土的厚度均不同，需要根據土質、地基密實度要求和機具性能不同而及時、靈活調整確定，否則極易壓實不均勻，達不到回填土的要求。

3.5 大面積壓實技術

由于不良地質總面積較大，導致換填、回填面積較大，為保證回填壓實質量，必須采用分段填夯方法?；诠こ虒嵺`，需注意以下幾點。

1）分段填夯時，交接處應填成階梯形，上下層錯縫距離不小于1 000mm。否則可能造成交接處壓實不密實。

2）回填土每層至少夯打4 遍。打夯應一夯壓半夯，夯夯相連，行行相連，縱橫交叉。項目團隊通過對不同的回填材料、不同的夯實機械、不同的夯實次數做正交試驗，最終得出了回填土每層至少夯打4 遍才能既保證回填質量又保證施工進度的結論。

3）嚴禁用水澆濕土體造成下沉后進行“水夯”。

4 結語

本文所述建設項目應用不良地質條件下基礎換填施工技術在施工過程中未影響周圍建筑物及道路，換填后基礎及建筑物的各項性能、參數均滿足設計要求，檢測結果優良，得到了質檢單位及建設單位的高度認可。

此次基礎換填施工工藝的成功落地，展示出了混凝土換填技術作為一種施工工藝簡單、施工方便，不需要大型機械設備的換填形式，在施工質量好、施工速度快、擾動少、承載能力強等方面的獨特優勢。本文基于工程實踐形成的工藝流程可在不良地質條件下的基礎換填施工中推廣應用。