深基坑工程土方回填技术及特殊工程实例

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  摘要:本文结合工程实例,介绍了有特殊要求的深基坑土方回填施工技术。
  关键词:深基坑;回填;施工技术
  一、前言
  深基坑工程施工过程中,支护、止水、降水、开挖,各工况都对基坑安全十分重要,结合监测监控信息化施工,设计及施工单位会根据监测监控数据对各工况作出设计或施工方案的调整,以保证基坑的安全;但基坑施工中的最后一个工况——土方回填,却往往不够重视。
  一般来说,基坑回填分两种方式进行:第一种形式为下部回填,由于钢管支撑还未拆除,回填采用汽车运到基坑边缘,将土倒入基坑,人工摊铺,小型夯实机分层夯实;第二种形式为在拆除最上面一道支撑后,用推土机推土,人工配合机械分层对称夯实。钢管支撑随回填高度随填随拆,注意保持围护结构的稳定。
  各类回填土在使用前,应分别取样测定,确定填料含水量控制范围、铺土厚度和压实度等参数。回填土为黏性土和砂质土时,应在最佳含水量时填筑,如含水量偏大,則应翻松、晾干或加干土拌匀;如含水量偏低,则可洒水湿润,并增加压实遍数或使用重型压实机械碾压。回填料为碎石类土时,回填或碾压前宜洒水湿润。不同类土回填,按土类分层填铺。
  本文介绍有特殊要求的基坑土方回填施工。
  二、工程案例
  (一)工程背景
  广东省湛江港××码头,四大深基坑工程项目,分别为汽车受料槽、火车受料槽、石灰受料槽和废钢系统火车受料槽(简称废钢料槽),开挖深度10.9~14.44m,均采用大开挖施工。其中,火车受料槽和废钢料槽是两个特殊深基项目,共同特点是开挖深(深度达14.44m),料槽一侧有铁路线和厂房柱基,都坐落在料槽基坑回填土上,必须回填后才能施工(先桩及柱基,后铁路线);不同之处是火车受料槽局部紧贴石灰料槽及其地下通廊,“贴合”部分长78m,共12个火车受料槽基础,36根桩,桩基约有1/2深度处于回填土内,桩与石灰料槽底板最近距离仅204mm(图一),而废钢料槽桩基则只有1/4桩长在回填土内,桩基周边无既有建筑物(图二)。另外,废钢料场变电所整体“骑”在废钢料槽的地下通廊上,为了防止通廊对整个变电所产生反“扁担”效应而致沉降不均,采用桩基将变电所托离地下通廊。通廊开挖深度13.50m,变电所需在地下通廊基坑回填完毕后才能施工基础桩。该部分桩基约有1/2深度处于回填内,与通廊侧壁最小净距1520mm(图三)。火车受料槽、废钢料槽以及废钢料场变电所的施工过程中,如何保证回填土既满足铁路线的受力要求,又不影响沉桩及桩的正常工作,是要重点控制的施工环节。火车受料槽主体于2010年12月-2012年1月施工(石灰料槽及其地下通廊与其同步施工),废钢料槽主体于2012年3-2012年4月施工。由于场地限制,挖出的土方均回填于7km外,自身回填材料需另行解决。
  (二)施工回填工况
  基坑土方分层回填→压实→沉桩
  (三)施工要点
  (1)基坑回填 为了保证沉桩后桩基的稳定性及承载力,边坡必须保持稳定。火车料槽和石灰料槽同步开挖施工,两者距离很近,剩余中间边坡十分稳定。废钢料槽施工期间地下水处于枯水期向丰水期的过渡期间,加之气温回升,单排深井降水效果逐渐不明显,边坡有局部坍塌现象。补井之后,水位下降,边坡稳定。
  (2)回填土选择
  1)设计对回填土未有明确要求,分析认为回填土既要方便沉桩,减少桩的负摩擦,又要有足够的承载力,满足铁路线对地基承载力的要求。
  2)场区地下水位高,土壤含水率大,不锈钢工程其他基坑开挖出的土未经晾晒也不适于回填,冬期施工更不适于回填含冻块的土,加之现场没有存土场地,只能回填至7km外的基坑回填要考虑用其他材料。
  经过比较天然级配砂、石料、碎石、中粗砂、黄土、石粉,并参照其他浅基坑回填石粉的经验,决定采用石粉作为回填材料。石粉具有货源广、价格低、利环保等优点,附近各石料厂均有多年积攒的大量石粉,18元/m3,价格只及中粗砂的1/3,碎石的44%,黄土的64%。石粉是碎石生产过程中的废弃物,由各种大小不等的颗粒和粉状物组成(宏观观察发现其大颗粒基本在8mm左右),有的还含有少量出皮土,遇水发粘胶结,干燥后板结并有一定强度。自然堆积的石粉含有一定水分,手握成团,落地松散,适宜回填。试验测定其颗粒级配见表一。
  表一 颗粒级配结果
  筛孔尺寸/mm 10.00 5.00 2.50 1.25 0.63 0.315 0.160 细度模数
  累计筛余(%) 1 11 35 50 61 68 74 2.6
  石粉是碎石生产过程中的副产品,由于碎石生产的工艺特点,使石粉中的微观颗粒级配良好,可有效填充粗大颗粒间的空隙,从而压实后的石粉密实度会比较高,土体强度相应得以提高。较好的密实度还可增强与桩的结合,待沉降稳定后可提高桩的稳定性和承载力。
  进一步测定工程不同回填部位石粉,素土,碎石,9:1碎石石粉混合物,水洗砂,天然级配砂、石的最大干堆密摩和实测回填压实度,比较部分浅基坑回填的石粉的实测值,可以得出,石粉压实的干堆密度仅次于天然级配砂石,初步可以推断其经压实后的空隙已很少,因而密实度相对比较高,相应承载力较大,因此认为回填石粉只要满足一定的压实系数就可满足本工程的要求。
  3)本工程铁路线为运送原料的专用线,设计轨枕下为300mm厚碎石道床,道床下压实路基,要求压实度为95%(重型压实标准),因此回填土也必须满足这一要求。
  4)石粉颗粒较细,对沉桩过程没有多少影响,因此只要能满足桩基正常工作即可。回填土对沉桩后桩的正常工作有影响,主要表现为回填土的沉降对桩产生的负摩擦将降低桩的承载力。一般认为,经过仔细压实的砂性土在施工阶段已完成其最终沉降量的800-/0以上,同时由于该桩为端承摩擦桩,端承约占75%,摩擦约占25%,并且最多只有1/2桩长受负摩擦影晌,加之设计时桩承载力考虑了较多余量,因此认为只要沉桩符合要求,就可满足承载力要求。   5)综合考虑天气、造价、方便施工、保证地基承载力和沉桩后桩基的稳定性及受力合理,决定采用石粉回填,压实系数大于95%,压实后的干堆密度应大于2.02g/cm3。
  (3)回填
  1)回填前先清理坑内杂物,使无积水、冰块等,松动的边坡要铲除,并对水流冲刷的沟槽进行修整,使修整后的沟槽边坡呈45°。
  2)回填的难点是基底以上2.5m高度范围内的土方,因为此范围内土方车辆及压道机无法进入,无法形成机械作业,为此先回填没有火车道的一侧基坑(要求相对较低),从基坑端部绕至有火车道的一侧,石粉卸至端头后由人工推运摊铺,机械夯实;2.5m以上则用土方车将石粉直接运人,装载机摊铺后退出,振动式压道机压实,每层压实6遍。用打夯机夯实边角部位。
  3)石粉中不得夹裹毛石,以防止影响回填质量,或阻碍沉樁,应派专人挑拣。
  4)每次虚填厚度都在料槽外壁上弹线加以控制。压实后的各点平均干堆密度达到2.078g/ cm3。,压实系数为97.6%,21万m3,比回填素土节省投资200余万元,节约了资源。比较理想。这些项目共回填石粉更重要的是废物利用,美化了环境,
  (4)沉桩经实测,回填石粉压实系数满足要求,即开始沉桩。从沉桩过程来看,原土上打桩没有太大区别,均表现为第1节沉桩速度快,锤击数少,桩锤频繁熄火。沉入约10m后锤击数逐渐增加,第2节桩接好后可持续打入至预定标高,贯入度在3.5 -5.5cm。
  (四)竣工后总结
  压实系数达到97.6%,是比较理想的。目前均已施工完毕并运行,未发现异常情况,证明石粉回填可以满足要求,建议在有条件的地方推广使用。
  该地区地下水位约在自然地坪下3m。随着基坑地下水位的上升,并未出现异常情况,说明回填石粉在地下水作用下也是稳定的,但是由于石粉中的细微颗粒很多,如果流失将降低石粉回填土的承载力,因此回填区域周边应禁止开挖和无防护地降水。
  三、结束语
  深基坑工程全过程施工过程中,各施工工况都应重视,包括土方回填的最后一道工况,才能确保深基坑的安全。
  参考文献:
  [1]建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)
  作者简介:
  陈乐,男,1976年生,广东省廉江市建筑工程总公司建筑施工工程师,研究方向为建筑工程施工及管理。
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