夹砂石换填专项施工方案

一、工程概况

本工程名称广元市儿童福利院，位于广元市利州区莲花村。东临规划环城路。总建筑面积为12037.08m2,1#、2#、3#楼均为四层。1#、2#楼先施工，3#楼待前两栋楼竣工后再行施工。

按设计要求，该工程的独立柱基础持力层为粉质粘土层。设计承载力特征值

f ak=230KPa。基坑开挖后，经过残积土、粉质粘土（图7-0）。

在挖至粉质粘土层后，对基坑进行夹砂卵石换填，并分层夯实。厚度控制在砂卵石换填最薄处为1300mm，压实系数不小于0.97。

二、夹砂换填施工原则

砂和砂石地基是采用砂、鹅卵石和泥土的混合物，经分层夯（压）实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。

由于砂颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响；能在施工期间完成沉陷；用机械或人工都可使地基密实，施工工艺简单，可缩短工期，降低造

价等特点。适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，包括淤泥、淤泥质土；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。

三、施工要求

1．材料要求

（1）砂

宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，当用细砂、粉砂时，应掺加粒径20~50mm的卵石（或碎石），但要分布均匀。砂中有机质含量不超过5%，含泥量应小于5%，兼作排水垫层时，含泥量不得超过3%。

（2）砂石

用自然级配的砂砾石（或卵石、碎石）混合物，粒级应在50mm以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。

2．构造要求

垫层的构造既要求有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度，以防止垫层向两侧挤出。

（1）垫层的厚度

垫层的厚度z应根据垫层底部软弱土层的承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值（图7-1），并应符合下式要求：

p z＋p cz≤f az（7-2）

图7-1 垫层内应力的分布

1-基础；2-砂垫层；3-回填土

式中 p z ——垫层底面处的附加压力值（kPa ），可根据基础不同形式分别按以下简化式计算：

条形基础 θztg b p p b p c z 2)(+-=

（7-3） 矩形基础 )

2)(2()(θθztg c ztg b p p bl p c z ++-= （7-4） b ——条形基础或矩形基础底面的宽度（m ）；

l ——矩形基础底面的长度（m ）；

p ——基层底面压力（kPa ）；

p c ——基础底面处土的自重压力值（kPa ）；

z ——基础底面下垫层的厚度（m ）；

θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；

p cz ——垫层底面处土的自重压力值（kPa ）；

f az ——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa ）。

压力扩散角θ（°） 表7-3 换填材料 z/b 中砂、粗砂、砾砂、

圆砾、角砾、卵石，粘性土和粉土 （8＜I p ＜14）

灰土

碎石

0.25 20 6

30

≥0.50 30 23

注：1．当z/b＜0.25时，除灰土仍取θ＝30°外，其余材料均取θ＝0°；

2．当0.25＜z/b＜0.5时，θ值可内插求得。

按公式（7-2）确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，再按式（7-2）校核，如不能满足要求时，再增加垫层厚度，直至满足要求为止。

垫层的厚度一般为0.5~2.5m，不宜大于3.0m，否则费工费料，施工比较困难，也不够经济，小于0.5m则作用不明显。

（2）垫层的宽度

垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算：

b'≥b＋2ztgθ（7-5）

式中b'——垫层底面宽度；

θ——垫层的压力扩散角，可按表7-3采用；当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。

其他符号意义同上。

垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上按当地经验的要求放坡。大面积整片垫层的底面宽度，常按自然倾斜角控制（图7-2）适当加宽。

图7-2 砂或砂石垫层

（a）柱基础垫层；（b）设备基础垫层

1-柱基础；2-砂或砂石垫层；3-回填土；4-建筑基础

α-砂或砂石垫层自然倾斜角（休止角）；b-基础宽度

垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表7-4选用，并验算下卧层的承载力。

各种垫层的承载力表7-4

注：1．压实系数小的垫层，承载力取低值，反之取高值；

2．重锤夯实土的承载力取低值，灰土取高值；

3．压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρmax的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0~2.2t/m3。

四、施工措施

1．施工工艺方法

（1）铺设垫层前应验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。

（2）垫层底面标高不同时，土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。分层铺设时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5~1.0m,并注意充分捣实。

（3）人工级配的砂砾石，应先将砂、卵石拌合均匀后，再铺夯压实。

（4）垫层铺设时，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受冻或受浸泡，降低其强度。如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采取挤淤处理。先在软弱土面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换和挤出软弱土，再做垫层。

（5）垫层应分层铺设，分层历或压实，基坑内预先安好5m×5m网格标桩，控制每层砂垫层的铺设厚度。每层铺设厚度、砂石最优含水量控制及施工机具、方法的选用参见表7-5。振夯压要做到交叉重益1/3，防止漏振、漏压。夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定。用细砂作垫层材料时，不宜使用振捣法或水撼法，以免产生液化现象。

砂垫层和砂石垫层铺设厚度及施工最优含水量表7-5