浅谈湿陷性黄土地区高含水土料的回填施工

　　摘要：湿陷性黄土地区，雨季施工，基坑遭受雨水浸泡、回填土料含水量偏高的现象时有发生，根据不同的含水量，制定科学合理的施工方案，对处理雨水浸泡基坑具有良好的经济效益。
　　关键词：湿陷性黄土；高含水土料；回填施工
　　湿陷性黄土地区采用灰土、素土垫层法处理地基，在雨季施工中，由于基底或回填土遭受雨水浸泡、导致土含水量过高，施工中基底或碾压层极易出现橡皮土，因而造成返工、处理费用增大。此类问题，在勘察报告和施工图纸中一般不会体现，是设计和勘察工作的一个盲区，出现问题后地基处理方案往往比较保守，容易造成地基处理成本偏大、延缓工程进度等问题。
　　一、工程概况
　　长庆泾渭苑A、C区，项目占地1042亩，建成职工住宅楼156栋，共计7512户。项目所在区域为I级（局部II级）非自重湿陷性黄土场地，在设计上各住宅单体的地基均拟采用了1～2米厚不等的2：8灰土垫层进行处理。施工过程中，由于多种原因地基回填适逢雨季，基坑遭受雨水浸泡、回填土含水量过高等问题一直困扰着现场施工人员。
　　二、土的压实原理
　　土的压实作用的实质是在外加压实能量作用下，使土中孔隙体积减少，土颗粒重新排列成紧密的结构，从而提搞土的密度。土的压实程度一般可用干密度来衡量，而影响压实干密度的因素很多，主要有含水量、压实能量及土的种类等。
　　1、土的最优含水量与最大干密度
　　图1为某一试样的压实试验曲线，从图中可以看出，曲线的峰值即为土在某一含水量下可以击到最大的密度ρdmax,对应的含水量称为最优含水量wop。含水量低于或高于wop的土样，在相同的击实功能条件下，击实后的ρd均小于ρdmax。这一现象可解释为：当含水量过低时，粘性土颗料周围的结合水膜很薄，粒间连接力很强，颗料相对移动的阻力很大，因而同样击实能量下不易挤紧。随着含水量的增加，结合水膜变厚，料间引力减弱，土料易于移动，因而使土的压实效果变好，干密度增大。当土中含水量过大，超过某一数值后，夯击很快使土接近饱和，自由水占据着较多的孔隙体积，且形成了封闭气泡。若使土体发生体积变化的应力称作有效应力б`,作用于孔隙水上的应力叫做孔隙水压力u,则土的总应力б为:б=б`+u
　　击实时,由于粘性土渗透性低,水和气都不易自土中迅速排出,它们吸收了大部分击实能量转化为孔隙水压力,阻碍了土粒的靠近,故也得不到高的密度.
　　
　　2、击实功能的影响
　　所谓击实功能就是击实工具对单位体积的土所作的功。改变击实功能，对同一种土将得出不同的压实线（图2），曲线表明：第一，随着击实功能的增加，土的最大干密度也增加，而最优含水量则减小，压实曲线的峰值向左移。这是因为较大的功能克服较大的料间阻力，使土变得更密。由此可见，最优含水量对同一种土而言，也不是固定不变的，而是随着击实功能和压实方法的不同而不同。第二，对于低含水量的土，用增加击实功能以提高密度的办法比增加含水量更为有效。实际上对于含水量过高的土，增加击实功能对于提高干密度没有明显效果，甚至过分的碾压还会引起“橡皮土”，造成土的剪力破坏。
　　有关3：7灰土的击实试验资料显示，重型击实功能约为轻型击实功能的4.5倍，最大干密度前者较后者提高约10%，最优含水量可降低约11%[2]。
　　　　3、土类和级配的影响
　　在相同的击实功能下，不同土的最优含水量和最大干密度均不一样。试验表明，塑性指数IP越大的土，其最优含水量wop也越大，而最大干密度ρdmax则越小。
　　在同类土中，土的颗料级配对土的密实效果影响很大。颗料级配不均匀的容易密实，获得较高压实密度；颗料均匀的土则相反。
　　三、地基处理及施工优化研究
　　上述影响土压实特性的几个主要因素中，土类及级配是不易改变的，要达到预期的质量要求，只能从改变压实功能以及土的含水量方面考虑，而此与施工工艺紧密相关。
　　基于上述情况，建设单位、勘察设计单位、监理单位、施工单位进行了会商。并由勘察单位对雨水浸泡后不同浸水深度、不同含水量的基底原土的承载力进行取样试验。发现基底原土含水量在超过最佳含水量6%以内时，其原土含水量虽接近饱和状态，只要原土层未受扰动，其土层结构仍然是完整的，承载力并未出现显著降低[1]，可以满足设计要求的原土层承载力特征值。但在施工时，如果仍按照常规方法直接用装载机铺土、大吨位压路机进行碾压，极可能造成大面积橡皮土的出现。因此，迫切需要改进施工方法，选择适当的施工机具、制订合理的施工方案来实现设计要求。
　　四、最终优化处理方案
　　1、施工准备
　　1.1技术准备
　　施工前施工单位必须要绘出准确详尽的基底含水量分布示意图。基底土含水量按1点/200㎡检测，当基底土含水量高于最佳含水量时，应按每1点/100㎡进行检测，并标注清楚其平面位置，以及不同深度范围的含水量[2]。
　　测算各层拌合灰土所用素土的含水量，根据含水量不同确定拌合干土的比例，控制2：8灰土拌合完成后的含水量。
　　施工单位的技术人员在土方回填前，应向作业班组、质检员进行详细的技术交底，将回填部位的材料要求、根据压实试验确定的压实参数、施工方法等技术要求交代清楚。
　　标准击实试验：土方回填料确定后，施工单位质检员、试验员、现场监理共同在回填存土场地或供土场区内进行取样，抽取的土样应具有代表性，各土层和各性状的土都应包括。土样抽取后送实验室做标准击实试验，确定最优含水率下的最大干密度。
　　2、材料准备
　　拌制灰土用的白灰必须全部采用现场熟化白灰粉。现场存放应有可靠的防雨措施，确保白灰的干燥和活性。
　　3～5cm厚1米宽木板（或竹架板）不少于200㎡（按基坑长度计算）。
　　3、机具准备
　　12～15吨压路机、筛土机、装载机、农用三轮车、农用旋耕机、小推车、蛙式打夯机、平头铁锹、尖头铁锹等。
　　2、施工工艺
　　2.1基底碾压
　　回填含水量大于最佳土含水量3%以内时，基底土层未受扰动时可不碾压。
　　回填土含水量大于最佳含水量的3%～6%时，基底清理→人工虚铺6cm厚白灰→农用旋耕机旋拌不少于6次→压实→取样→验收。
　　回填土含水量大于最佳含水量6%以上时，基底清理→铺30cm厚碎砖或级配砾石→压实→取样→验收。
　　2.2上部各层回填灰土碾压
　　基底原土含水量大于最佳含水量3%以内时，选土→筛土→拌2∶8灰土→铺第一步灰土→压实→取样→验收→铺第二步灰土→……→铺最后一步灰土→压实→取样→验收。
　　基底原土含水量大于最佳含水量的3%～6%时，选土→筛土→拌2∶8灰土→铺设轻型铺土车辆通道→铺第一步灰土→压实→取样→验收→铺第二步灰土→……→铺最后一步灰土→压实→取样→验收。
　　基底原土含水量大于最佳含水量6%以上时，选土→拌干土→筛土→拌2∶8灰土→铺设轻型铺土车辆通道→铺第一步灰土→压实→取样→验收→铺第二步灰土→……→铺最后一步灰土→压实→取样→验收。
　　3、施工技术要求
　　回填土的土质应符合设计要求及施工规范的相关规定，施工前根据规范要求需过筛时（回填素土粒径不大于50mm，灰土粒径不大于20mm），应在槽边或存土点过筛，灰土必须在槽上拌制；灰土配合比为体积比（2∶8），拌制灰土时必须过标准斗，严格控制配合比。拌合时均匀一致，至少翻拌两次；拌合好的灰土颜色应一致。
　　回填土施工时，首先将基底内的杂物清理干净，特别是槽边掉下的虚土、垃圾等杂物；槽边弹出铺土厚度的水平控制线。素土或灰土施工时，应随时检测并控制含水量。工地检验方法是：用手将素土或灰土紧握成团，两指轻捏即碎为宜。如土料水分过大时，应调整干土的拌合比例。
　　铺土：必须采用轻型运载车辆辅助人工铺土，严禁采用装载机入坑铺土。基底原土含水量大于最佳含水量的3%以上时，必须用木板或竹架板铺设轻型运载车辆通道。
　　找平：回填灰土或素土完成后，应拉线或用靠尺检查标高和平整度，超高处用铁锹铲平；低洼处应及时补平。
　　压实：压路机吨位控制在15吨以内，压实遍数应满足设计压实系数。周边采用蛙式打夯机夯实，宽度不小于0.5米，每步夯击不少于五遍，打夯时应一夯压半夯，夯夯相接，行行相接，纵横交叉。
　　验收：回填土每层夯（压）实后，根据相关的规范规定，分别按取样平面图的点位（灰土和素土分开）进行环刀取样，测出灰土的质量密度，达到设计要求或规范规定后，方可进行上层回填土的施工。
　　五、结语
　　长庆泾渭苑A、C区住宅楼地基处理中，通过对不同含水量状况的土料，制定不同的施工方案，节约地基处理费用约300余万元；工程竣工至今，各单体建筑沉降正常，建筑使用状况良好。因此，高含水量土料的回填施工工艺，在湿陷性黄土地区，具有较高的应运价值。
　　参考文献：
　　[1]《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）.
　　[2]闫志珍、赵会明.天荒坪电站上水库坝体高含水量土料填筑施工[J].水利水电施工杂志社,1999.1.