大型火电项目换填碎石地基处理技术要点

王国全

（大唐时代节能科技有限公司，北京 100068）

1 工程概况

1.1 厂区简介

国华呼伦贝尔电厂位于呼伦贝尔市北部、陈巴尔虎旗宝日希勒镇以西3km，北距宝日希勒露天矿5km，工程处于高纬度寒冷地区，气候干旱少雨，年蒸发量为降雨量的十倍。

1.2 处理工艺

根据勘察结果，在对厂区可能采用的地基处理方案进行全面综合分析比较后，确定地基处理方案采用就近碎石作为换填材料，垫层采用振动碾压工艺，厂区第④层粘土（或③层细砂）可作为垫层下持力层。

1.3 主要施工方法

级配碎石换填碾压垫层施工自2008年4月1日空冷区域开挖，到同年8月30日全部结束。碎石碾压垫层施工期间现场气温在-5℃～25℃之间，昼夜温差较大。工程施工时，先挖去设计基底以上的天然软弱土层，基底原状土层经验槽合格后分层换填碾压强度较高的级配碎石，因其压缩性较低、性能稳定，按照要求的颗粒级配进行配比，400mm分层平铺、逐层采用20t振动压路机反复碾压密实后取样试验合格再继续施工下一层。

1.4 主要影响因素

材料的种类、强度、颗粒级配、含泥量、泥块含量、含水率；振动压实机械的造型，碾压方案的工序操作及技术指标；碾压过程中质量控制、检验；碾压干密度检测、承载力试验等。

2 施工方法

2.1 材料选择

2.1.1材料产地的选择

工程附近距厂区15公里的海拉尔河一带。海拉尔采石有限公司，生产各种规格的商品石料，石料岩性为辉岩，呈浅灰、灰黑、灰绿色，隐晶质结构，块状构造，致密质纯，硬度大，中、微风化，节理较发育，岩性稳定。碎石的质量和储量可满足本工程碾压垫层的要求，按照就近取材的原则，选定该处碎石为本次碎石地基处理的料场。

2.1.2颗粒的组成

设计要求采用一次性粉碎混合石料作为垫层材料，将一次性粉碎混合石料通过70mm筛分，小于70mm的碎石材料全部作为垫层材料使用，生产过程控制骨料粗细颗粒含量（大于5mm的颗粒含量）在80%左右，细颗粒含量（小于5mm的颗粒含量）控制在15%～20%之间，不宜低于15%，含泥量（小于0.075mm的颗粒含量）不超过3%。铺筑过程中对粗细颗粒分布不均匀的材料需按配比人工掺合：30～70mm占50%，20～40mm占20%，10～30mm占10%，＜5mm占20%。

2.1.3 材料的指标

（1）在施工前，在料场选取有代表性的级配碎石试样委托第三方进行检测，主要指标有：坚固性指标、颗粒级配，最大干密度（设计采用2.3g/cm3），最优含水率，含泥量。

（2）碎石原材料为新近开采的硬质岩石，禁止采用陈年风化破碎岩石，不得混入土块，含泥量应小于3%。天然砂砾石料应按照设计要求的颗粒级配控制，分批次按规定进行级配试验，不达要求不能回填，防止颗粒级配不均影响回填效果，造成干密度检测不合格。

3 碾压机械与工艺

3.1 机械的选择

本次施工采用的碾压机械为徐州工程机械科技股份有限公司生产的XSM220型振动压路机，自重20t，振动轮直径2.178m，Ⅰ挡振动行使速度2.63km/h，激振力（高振）350kN/（低振）200kN，振动频率28Hz。

3.2 施工工艺

换填方案采用70mm天然砂砾碎石混料（必要时人工级配碎石料）分层碾压的办法，对主厂房区域，基础底标高按-7m考虑，需换填约3～5m厚的碎石（根据开挖后基底持力层土质不同挖至第④层粘土层确定换填厚度）。因此需开挖至-11m（④层顶为7～16m）后进行确认基底验槽持力层土质是否达到设计要求，确实达到设计要求后才方可组织进行碎石回填施工。

3.2.2 根据基础位置，施工基坑开挖后，预留0.2～0.3m厚的土层人工开挖，验收合格后，立即进行换填碎石垫层施工，注意基底原状土质不得人工扰动，铺料时由一侧向另一侧顺序铺设，场地边坡按规范要求放坡，坡顶做好挡水围堰，防止地表水流入基坑影响承载力。

在基坑内分层铺筑时，控制每层虚铺厚度为400mm，碾压前用铲车推平，并抄测平整，每层铺筑厚度允许偏差±50mm；根据天气及材料含水率情况，在表面适当洒水后先平碾三遍，然后再振动碾压10遍，碾压搭接宽度为1/4，垫层最后一层施工找平需水准仪抄平，使垫层表面标高偏差小于50mm。

石料在虚铺中需防止颗粒分离，如出现粗细颗粒不均，则需人工掺合，并达到规定的级配要求。洒水应均匀，含水量按4%～5%进行控制。

每层碾压完成后，按面积取样检测的干密度、含水量、计算压实系数等指标。密度试验可采用传统灌水法或新型核子密度仪法检测，检测合格后，再进行下一层的铺筑碾压。

3.3 碾压技术控制要点

垫层碾压顺序为：第一层虚铺时从基坑边由边缘向坑里逐渐扩展，严禁施工机械在底部原状土上作业。每层虚铺时要注意控制分层平整度偏差在50mm以内。每次碾压压茬按1/4进行控制。基坑开挖好后应立即施工，防止表层原土风化扰动，如原土有风化扰动现象，则需人工全部清除。每层碾压施工结束后，应对垫层的碾压质量进行检测，检测时基准最大干密度ρd取2.30g/cm3。压实系数不小于0.97。碎石碾压垫层的承载力特征值可按700kPa考虑。

4 碾压效果检测

本次换填碎石垫层碾压效果检测方法采用静载试验，按面积大小分区域确定静载试验点数，逐级加载进行静载试验。

试验承压板采用面积为0.5m2的圆板（直径0.798m），堆载平台作反力，加载系统由100t千斤顶手动加荷，荷载通过承压板传至碎石碾压垫层，由并联于千斤顶油路的压力传感器测定油压，换算荷载值。沉降观测采用RS-JYB静载荷测试分析系统自动记录对称安装于承压板周围的50mm行程位移传感器所量测的沉降值。相对稳定法加荷，最大加载1400kPa，分10级施加，每级140kPa。

沉降观测、稳定标准按《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）附录C和《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）的试验要点进行。

最大加载压力为1400kPa，约为设计要求荷载的2倍，从试验结果看均未进入垫层承载力极限状态，按相对变形值确定的承载力特征值700kPa，换填碎石垫层技术指标均可满足设计要求。

5 工艺效果

碎石碾压垫层的地基承载力较高（500kPa以上），变形模量较大，可降低地基土的总压缩量（地基土总沉降量）；处理后的地基较均匀，可有效减少差异沉降的出现；该方案施工简单、效果好，当基础位置确定后便可展开施工，所需施工周期短，质量好控制，受气候影响小；若需冬季施工时，采取相应的施工措施，可达到设计要求；为确保压实质量，要求每碾压一层及时进行密度和含水率测试，检测合格后方可铺筑下一层。通过载荷试验，碎石碾压垫层的地基承载力达到700kPa，沉降满足设计要求。碎石回填效果通过干密度指标控制，采用灌水法进行干密度试验；也可采用核子密度仪，但需对检测结果进行对比分析，才能确认检测效果是否满足设计要求。

6 技术特点及经济效果分析

换填碎石法是在综合考虑技术经济比较、市场竞争力、进度控制和冬季施工等几方面的因素后得出的最佳方案；其社会效益明显，碎石碾压垫层法与其他方法相比，工程周期短，对环境无噪声影响，且材料来源广，运输方便，造价低，有利于环境保护，综上所述，其技术经济效果显著。

7 结语

由于换填作业中预先严格进行换填材料的取样试验结果，保证了原材料的质量；施工过程中选择恰当的施工机械，严格控制施工工艺，严格控制含水率、碾压遍数，检测结果均能符合《建筑地基基础处理技术规范》和《电力工程地基处理技术规定》的要求，满足地基承载力特征值fak=700kPa的设计指标。

本地区蕴藏大量工程性能较好的天然岩石、砂砾石等材料，采取换填碎石方法进行地基处理，对于最大限度地保护草原生态环境，充分利用天然地材，有效控制工程概算投资意义重大，符合国家的科技、环保、节能的绿色施工导则的相关要求，对电力建设工程施工技术方案的选择有较好的借鉴作用。

[1]建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002 J220-2002）[S].中国建筑工业出版社.

[2]建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）[S].中国建筑工业出版社.

[3]建筑结构荷载规范（GB50009－2001）[S].中国建筑工业出版社.

[4]电力工程地基处理技术规定（DL/T5024-2005）[S].中国电力出版社.

[5]建筑施工手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社.

[6]西北电力设计院.主厂房、锅炉等地段碎石碾压垫层检测报告（60F4871S-G0301）[S].