浅谈大型厂区平整及地基处理工程施工

　　1.工程概况

　　鄂尔多斯市北骄热电有限公司4×330MW直接空冷供热机组厂区平整及地基处理工程由鄂尔多斯市北骄热电有限责任公司投资建设，内蒙古电力勘测设计院勘察设计。场区东西长约676m，南北宽约440m，用地面积约22.36公顷，位于内蒙古鄂尔多斯市东胜区北，109、210国道、包-东高速纵横市区，比邻北绕城公路，属于黄土丘陵区，地形起伏较大，东低西高，自然地面标高大约在1400～1440m。场地内存在两条沟壑，宽3-20m，深10-30m，东西长约0.5km。山坡上存在部分林地、表面覆盖草皮、村房、高压线路和回民坟地，紧邻老场区有市政排水管网和大水坑。地震动峰值加速度为0.10g，地震基本烈度为7度，建筑场地类别为Ⅰ1类。

　　工程完成土方开挖和回填194万方，其中：分区回填强风化砂岩97万方，强夯30万m2，完成静载检测26点，标准贯入试验874点，地基钎探约20000m2。

　　施工高峰期投入60台挖掘机、300自卸车、6台推土机、12台装载机、6台平地机、6台洒水车、6台振动压路机、14台强夯机，实际施工时间105天，工程造价3700万元。

　　2.工程地质条件

　　2.1地层构成及特征

　　地层主要由人工填土和第四系风积的黄土状粉土及白垩系砂岩组成，各层地基土的特征如下：

　　①杂填土层：杂色，稍湿，松散。大多以建筑垃圾和生活垃圾构成。该层土出现在勘测区域的南侧，其密实度不均匀，厚度较小。其具有形成时间短，结构松散的特点，不可作为建筑物持力层采用，天然重度γ=15.0kN/m3。

　　②黄土状粉土层：黄褐色，稍湿，稍密。风积成因，分布不稳定，仅在冲沟边出露。最大厚度可达7.00m。土质不纯，含砂量大。具有湿陷性，为自重湿陷性黄土。摇震反应中等、刀切无光泽。天然重度γ=14.0kN/m3，压缩模量Es=3.50MPa，天然含水量w=6.0%，天然孔隙比e=0.980；自重湿陷系数δZS=0.035。

　　③-1砂岩层：红褐色～灰白色～浅黄色，全～强风化，为白垩系基岩，具粒状结构，层状构造。该层厚度大。重度γ=20.5kN/m3，承载力特征值fak=350kPa。

　　③-2砂岩层：红褐色～灰白色～浅黄色，中等风化，为白垩系基岩，具粒状结构，层状构造。本次勘测未揭穿该层。重度γ=21.5kN/m3，承载力特征值fak=700kPa。

　　2.2地下水

　　在本次勘测期间，在最大勘探深度35m范围内未见地下水。

　　3.工程特点、难点及施工中的主要技术要求

　　3.1工程特点及难点

　　工程为大型土石方和强夯地基处理项目，挖方、填方、换填、分层碾压、强夯等涉及的使用机械多，作业面大，施工组织与管理难度大，土方平衡，作业区段划分直接影响施工效率和工程效益。

　　工程主厂房、空冷岛等建筑物的部分基础和烟囱的全部基础坐落在沟谷地段，部分辅助和附属建筑物的基础也坐落于沟谷地段，自然地面和设计地面的高差达到35.3m，大部分地区回填厚度达到20m，部分区域达到35m，且这些部位要求回填强风化砂岩，如何保证回填质量是本工程一个难点。

　　工程施工经历雨季、厂区内存在市政排水管网和大水坑，厂区的抽排水和淤泥换填也是工程的一个难点。

　　由于同时开工的作业面多，部分区域存在挖填重叠土方的挖填量和强夯工程量的计量与计量方法也是工程的难点之一。

　　3.2施工中应用的新工艺、新方法：

　　（1）通过地形测量，划分施工区段，制定土方平衡方案，减少土方运输距离。

　　（2）回填土方时，针对相邻区段间和沟与坡间的回填进行了设置阶梯搭接的地基处理方法，保证了施工的流水作业和搭接的地基处理质量。

　　（3）采用GPS-RTK对地形进行采集，通过cass软件对不同分区段，分别建立模型并用15m×15m的方格网法进行挖填土方量的计算，同时，通过所建立工程量的报验程序，保证了土方计量的准确性。

　　（4）通过挖设排水沟和埋设涵管有效解决了雨季、市政管网排水对场区回填土方的影响。

　　（5）现场制订了回填土保证措施，建立了土方压实系数检测试验室，及时得出每层回填的压实系数；后期进行了静载检测、标准贯入试验和地基钎探等相关检测，保证了回填土石方的质量。

　　3.3主要技术要求

　　场地平整应分层压实，压实系数不应小于0.90，每层铺设40～50cm，碾压2～3遍，每分层回填5m止，表面平整度±100mm；在回填5m厚平面上进行间距6.25m×6.25m的等边三角形布置的强夯，要求3000KN·m的主夯，每点不少于8击，2400KN·m间夯点，每点不少于6击，每点最后二击平均夯沉量≤50mm，最后进行两遍2000KN·m的满夯，锤印搭接1/4，依次方法直至回填至设计标高。对于主厂房、锅炉房、烟囱、空冷到等重要建筑物，其夯填材料均采用强风化砂岩，对于辅助和附属的建筑物，其夯填材料可采用黄土状粉土、砂类土和其他符合规范要求的可回填材料。

　　对于强风化砂岩为填料的重要建筑物的地基，强夯处理后的地基承载力特征值fak≥300kPa，其变形模量EO≥35MPa；对于黄土状粉土、砂类土和其他材料为填料的辅助和附属的建筑物的地基，强夯处理后的地基承载力特征值fak≥250kPa，其变形模量EO≥30MPa。

　　4.本工程采用的新工艺、新方法及创新

　　4.1通过地形测量，划分施工区段，制定土方平衡方案，减少了土方运输距离，加快了施工进度，降低了施工成本。

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　　根据内蒙古电力设计院提供的挖前厂区方格网和挖后设计标高，我方进行的复测确认，制定了合理的土方平衡方案。场地土方回填施工区域划分图如下：

　　施工二区土方平衡，施工一区内盈余土量运至施工三区，施工三区由场区西侧土山和附近山头开挖，就近回填至2#冲沟，并进行回填材料和回填区域的筛选工作。施工四区土方缺口较大，由范家村煤矿运至施工四区。

　　4.2回填土方时，针对相邻区段间和沟与坡间的回填进行了设置阶梯搭接的地基处理方法，保证了施工的流水作业和搭接的地基处理质量。

　　回填冲沟时，首先进行边坡上的植被处理和沟底的处理，将草树根等清除，并将沟底虚土压实后再进行回填。为了加快施工进度，形成流水作业，我方对冲沟的形状采用GPS-RTK进行了测量，通过计算不同区段的回填方量，同时考虑施工机械所需工作长度，对2#冲沟回填进行了的区段划分（各区段划分如下图所示），划分区段在边坡上用自喷漆进行了标识。

　　这对冲沟各区段间的连接和冲沟与边坡处的连接，采用了100cm×100cm的阶段法进行了搭接处理，碾压时重叠0.5-1.0m。对于边坡的拐角为锐角的修正为钝角，以利于压路机对边角的压实。

　　4.3采用GPS-RTK对地形进行采集，通过cass软件对不同分区段，分别建立模型并用15m×15m的方格网法进行挖填土方量的计算，同时，通过所建立工程量的报验程序，保证了土方计量的准确性。

　　地形数据采集时，须根据地形的起伏变化大小，来决定采集点的间距和密集程度。对于坡面变化不大，可以放宽测量20-30m×20-30m进行采集即可，对于陡坡、冲沟的地方，采集点距2-10m×2-10m进行采集。此种采集方法有效避免了土方计算时将这些地段土方量算多或算少的问题，减少了修正的工作量，测量计算值更接近于实际的土方量。

　　将采集点在CASS软件中展入各高程点坐标（x、y、z），建立DTM模型，构建三角网（如图1所示），通过观察与实际地形的对比，对变化较大的沟谷或凸岗进行局部修正。将此曲面与所设定的设计高程坡面，采用15m×15m的方格网法进行作差，从而得出每个方格网的挖填方量、挖填平衡线及汇总量（如图2所示）。该法简便直观，易于操作，且与业主、设计要求相统一。

　　对土方工程量的计量，采取共同测量基底点，保证基底测点和测量范围相同，使得各自计算的基底曲面一致，用所测量的共同确认的地形曲面进行做差，得出各自的土方量，打印出图，由施工方、监理方、业主委托第三方测量、业主审计中心、业主二电厂相关人员及时共同商榷确认签字作为此范围内土方量的结算依据。

　　4.4通过挖设排水沟和埋设涵管有效解决了雨季、市政管网排水对场区回填土方的影响。

　　在厂区四周，挖设排水沟至东侧的主排水沟；厂区南侧市政管网处，沿边坡底挖设沟渠并埋设直径1m的涵管使之与主排水沟连通，最终排至黄海。分层碾压和强夯后的表面施工后具有1%坡度，雨后将用推土机将表层含水量高的土层铲除，然后再进行晾晒1天后再行回填土石料，使得回填土石料的含水率在最优含水率范围内，确保压实系数满足设计要求。

　　4.5现场制订了回填土保证措施，建立了土方压实系数检测试验室，及时得出每层回填的压实系数；后期进行了静载检测、标准贯入试验和地基钎探等相关检测，保证了回填土石方的质量。

　　按照施工图纸要求，分类选取料源，分类回填施工区域，控制回填土料含水量在ωop%±2%之间。对不符合要求的回填料，采取了翻松、晾晒、风干方法降低含水量或洒水增湿措施。回填时，在冲沟两侧喷红色油漆进行标高标识本次回填高度，分层厚度≤50cm，填料粒径小于分层厚度的2/3，过程中采用GPS-RTK随时进行标高测量，从沟底逐层回填找平。

　　为保证填土压实的均匀性及密实度，先用推土机推平，低速预压4-5遍，再用压路机进行2-3遍静压后进行2-3遍振动碾压。碾压时，压路机速度控制在2.0Km/h以内，激振力≥380kN，碾压方向为隔遍垂直交叉。碾压搭接顺碾压方向不小于0.5m，垂直碾压方向不小于1.5m，作业段间搭接不小于3m，碾压过程中轮迹重叠15cm～25cm。对于边角区域，用挖掘机修正为钝角，使得压路机能对其进行振碾或采用柴油打夯机人工分层夯实。上下两层搭接时，用推土机将表面拉毛处理。填方全部完成后，表面应进行拉线标高测量找平，控制场地坡度为2‰。

　　土石方回填采用环刀法，每400m2取一组土样进行压实系数检测，因一次回填面积大，取样数量多，若不及时进行检验和出结果，无法进行第二层土方回填，且该层也将失去一定的含水率，使得与下一层的连接不够紧密。因此，联系了检测单位在项目部建立了现场试验室，及时得出检测结果，保证了分层回填土石方的质量。

　　后期我方对地基进行了26点静载检测、874点的标准贯入试验和20000m2的地基钎探等相关检测，证明了回填土石方质量满足设计及规范要求。

　　4.6制定与土方回填相匹配的强夯处理方案，确保了施工流水作用、施工段连接处、边坡接缝处的强夯质量。

　　在每个划分区段，根据夯机施工效率和夯实面积布置了合理数量的夯机。按照施工区段，分段进行夯实。根据试夯结果，按照每层不大于5m进行一次强夯。夯点间距6.25m×6.25m的等边三角形布置。主夯点夯击能为3000kN·M，每点不少于8击，间夯点夯击能为2400kN·M，每点不少于6击，每点最后二击平均夯沉量≤50mm，最后进行两遍2000KN·m的满夯，锤印搭接1/4。在施工段连接处、边坡接缝处每点均多夯击2击，夯锤中心点尽量控制在接缝下或锤边临近边坡边。

　　5.工程效果评价

　　5.1工程质量评价

　　本工程共完成土方开挖回填194万方，强夯30万m2。本工程完工后采用动力触探、静载、地基钎探等手段进行强夯地基检测，其中，静载检测26点；标准贯入试验874点；地基钎探约20000m2。检测结果表明：承载力满足设计要求，回填土石方满足设计要求，均匀性良好，强夯后地基承载力和压缩模量均满足设计要求。

　　5.2经济及社会效益评价

　　本工程公司首次承担的大型土石方场平地基处理工程，工程造价3700万，有效施工工期105天，施工过程中制定了土方平衡方案，并在过程中不断优化，建立了回填强夯施工中遇到的薄弱面或点的技术质量处理措施，提前满足了业主节点要求，获得了业主的广泛好评，其经济效益和社会效益显而易见。同时也为公司赢得了在类似地质条件和场区施工条件下土石方施工的宝贵经验。