不良地质环境下的基础换填施工技术

郑佳明，任昌国，刘书蔚

（中建二局第二建筑工程有限公司，山东 青岛 266427）

随着我国综合国力的增强及经济建设的蓬勃发展，建筑用地的开发越来越多，地质条件良好的建筑用地量逐渐减少，越来越多的不良地质环境下的建筑用地被逐步开发，为保证建筑物基础的承载力满足人民的生活需求与安全，对不良地质环境下的基础换填施工新工艺的开发成为近年来诸多施工单位的重要课题。

1 工程概况

位于青岛西海岸新区朝阳西路东，薛泰路南侧的住宅建设项目计划建设12 栋6 层洋房、6 栋28～32 高层住宅、3 栋办公配套建设及地下车库，设计基础为独立基础。

由于本工程所处位置为青岛地区特有的滨海堆积地貌和构造剥蚀地貌，部分边坡分布燕山晚期花岗岩、白垩系青山群凝灰岩、局部发育有煌斑岩岩脉及碎裂岩，由于各类岩石分布及厚度不均，建筑项目整体地质条件较差。当土方开挖达到基坑底设计标高后仍不符合持力层设计要求，为确保项目基础安全，需继续开挖后进行不良地质环境下的基础换填。

2 施工工艺流程

虽然行业中已有较为成熟的不良地质环境下的基础换填方案，但由于本工程所处地质条件特殊，为保证施工质量、加快施工进度、节约施工成本，项目团队联合建设单位多次邀请相关专家对不良地质环境下基础换填方案及流程进行了论证。具体施工流程为：开挖前先进行测量放线→挖至基坑底设计标高→现场勘查→挖除煌斑岩岩脉等不符合要求岩土层→降排水系统设置→人工清槽至基础持力层→砖胎膜砌筑→主楼电梯井、集水坑回填→主楼区域回填至设计标高→地库独立基础部位回填至设计标高→地库抗水板部位回填至设计标高→回填强度试验检测→垫层施工。

3 关键技术

3.1 不良地质挖除技术

土方开挖至设计持力层标高后，需要由勘查单位、设计单位共同确定基底情况，判断是否到达“硬底”，才可进行下一工序。由于本项目所处区域不良地质的构成和分布更为复杂性，基底大面并不符合持力层要求，所以对不良地质的开挖次数及周期较一般项目更多、更长，加之疫情防控工作要求，多次、重复的验槽工作导致机械、人工降效，造成了人力、财力的浪费。为提高工作效率，项目团队与建设单位、勘察单位、设计单位共同确定了“视频云验槽”工作方案，大大节约了人力、物力资源。

本项目不良地质开挖过程中发现，不良地质分布不均匀的特点不仅体现在水平面上，竖向分布的不均匀也十分突出。由于大型机械只适用于水平作业面，为避免大型机械强挖破坏基底持力层，并造成不良地质全部挖除后工作面呈现凹凸不平的状态。经过现场时间，确定了“人工配合316 小型挖土机”的挖除方案，有选择性地开挖分布与厚度不均匀的不良地质，既能避免基底超挖与防止对地基土的扰动，又能保证施工进度、降低成本的目标。

3.2 大面积混凝土换填技术

不良地质挖除后，工作面难免存在部分的凹凸不平问题，在使用混凝土进行回填时，可能导致局部混凝土过厚，为了降低过厚混凝土产生裂缝的风险，项目团队研究了换填材料性能，通过试验对比发现毛石混凝土既能减少水泥用量、减少发热量对结构产生的病害，又能降低混凝土的使用成本，可以用于解决过厚混凝土产生的裂缝问题。

现将采用毛石混凝土进行大面积换填的具体施工步骤如下。

1）项目调度提前与搅拌站做好混凝土预约，并就水泥、砂石、外加剂、粉煤灰、矿粉等原材要求、配比、砂率、坍落度、初凝时间等质量要求以及运输间隔时间等内容提出具体要求。

2）浇筑前，须先将毛石冲洗干净。项目团队通过试验研究发现，毛石掺入量为换填材料总体积的20%时换填后的承载力、裂缝控制等效果最佳。同时，毛石的粒径控制在200mm 以下。

3）浇筑时，应先铺一层80～150m 厚混凝土打底，再铺上毛石，毛石插入混凝土约1/2 后，再灌混凝土，填满所有空隙，再逐层铺砌毛石和浇筑混凝土，直至基础顶面，保持毛石顶部有不少于100mm 厚的混凝土覆盖层。根据项目团队的前期试验发现，不能将毛石直接投入基坑中，否则会导致毛石分布不均匀进而造成混凝土浇筑时与毛石结合不严密，形成较大的孔洞，严重影响换填后基础的承载力。每层混凝土的厚度，不得大于150～200mm。项目团队的试验研究还发现，混凝土厚度一次浇筑不能太厚，否则浇筑完成后表面裂缝出现风险大大上升。

4）振捣过程中，研究发现低频振捣器频率大约在15 000 转的时候是最佳的振捣效果，可以提高混凝土的耐久性；采用斜面分层布料方法施工，即“一个坡度、分层浇筑、循序渐进、一次到顶”。要求斜面的坡度不大于1/3，混凝土从浇筑层下端开始，逐渐上移。对混凝土过厚部位在混凝土初凝前进行表面二次振捣，防止混凝土表面出现收缩裂缝。

3.3 细部混凝土换填技术

由于本项目主楼电梯井及集水坑的相对位置影响，相关回填范围狭长而深，这对模板侧壁的承载力考验极大。为解决此类问题，项目团队对设计图纸进行了深入研究，对回填深度不大于500mm 的区域采用240 砖胎膜，当回填深度大于500mm 时采用370 砖胎膜。电梯井、集水坑内部必须利用架管及方木来进行回顶，架管间距1 000mm 且木方通长。完成前述工作后，细部位置进行换填混凝土时则可以像大面积换填一样，正常浇筑混凝土，大大降低了爆模、胀模的风险。

对于混凝土材料方面，建议换填材料仍然采用毛石混凝土，换填时先对细部位置进行回填，再回填大面。毛石铺放应均匀排列，使大面向下，小面向上，毛石间距一般不小于100mm，偏移砖胎膜距离不小于150mm。根据现场实践发现，由于细部回填范围狭长而深，回填时部分位置极不易被肉眼发现，所以需提前对细部回填的数量、位置做好记录，避免漏填。

3.4 大面积回填土技术

大面积回填土阶段看似简单，但也秉持较高的技术，以确保压实换填基础，形成一个整体。具体细节要求如下。

1）大面积回填土前应将基坑（槽）底的垃圾杂物等清理干净，将回落的松散土、砂浆、石子等清除干净，并检验回填土的含水率是否在控制范围内。

2）深浅两基坑（槽）相连时，应先填夯深基坑；填至浅基坑标高时，再与浅基坑一起填夯。

3）回填土应分层铺摊。每层铺摊后，随之耙平。项目团队发现不同区域内，每层回填土铺土的厚度均不同，需要根据土质、地基密实度要求和机具性能不同而及时、灵活调整确定，否则极易压实不均匀，达不到回填土的要求。

3.5 大面积压实技术

由于不良地质总面积较大，导致换填、回填面积较大，为保证回填压实质量，必须采用分段填夯方法。基于工程实践，需注意以下几点。

1）分段填夯时，交接处应填成阶梯形，上下层错缝距离不小于1 000mm。否则可能造成交接处压实不密实。

2）回填土每层至少夯打4 遍。打夯应一夯压半夯，夯夯相连，行行相连，纵横交叉。项目团队通过对不同的回填材料、不同的夯实机械、不同的夯实次数做正交试验，最终得出了回填土每层至少夯打4 遍才能既保证回填质量又保证施工进度的结论。

3）严禁用水浇湿土体造成下沉后进行“水夯”。

4 结语

本文所述建设项目应用不良地质条件下基础换填施工技术在施工过程中未影响周围建筑物及道路，换填后基础及建筑物的各项性能、参数均满足设计要求，检测结果优良，得到了质检单位及建设单位的高度认可。

此次基础换填施工工艺的成功落地，展示出了混凝土换填技术作为一种施工工艺简单、施工方便，不需要大型机械设备的换填形式，在施工质量好、施工速度快、扰动少、承载能力强等方面的独特优势。本文基于工程实践形成的工艺流程可在不良地质条件下的基础换填施工中推广应用。