填土地基相关施工参数和指标分析计算

王滔;齐普荣;王晗旭

【摘 要】填土地基的加水量、松铺系数、实方和虚方对应系数以及沉降量对填土地基的质量至关重要,在勘察过程中,对于上部无建构筑物的填土区,可采用填料的物理力学指标进行理论计算,取得相应的施工参数和验算结果,作为填土地基前期和试验性施工的重要参考依据,施工后期主要根据现场压实试验取得相关参数. 【期刊名称】《工程与建设》 【年(卷),期】2017(031)003 【总页数】3页(P382-384)

【关键词】加水量;自然土方;压实土方;松铺系数;固结沉降 【作 者】王滔;齐普荣;王晗旭

【作者单位】陕西核工业工程勘察院有限公司,陕西西安 710054;陕西核工业工程勘察院有限公司,陕西西安 710054;陕西核工业工程勘察院有限公司,陕西西安 710054

【正文语种】中 文 【中图分类】TU433 0 引 言

在山区大型建设工程中,为形成统一的建设场地,以满足建筑和规划需要,不可避免的需要对场地进行整平,涉及工程主要为挖方和填方,挖方工程部位位于山梁斜坡处,工

程地质性质主要由组成坡体的岩土体的物理力学特征决定,对于填方区,决定填土地基的工程地质性质的因素主要为填料、填土工艺参数和指标,而填料一般情况下采用就地取材的方式,将开挖山体的挖方料作为填土料,因此决定填土地基工程质量的主要因素为填土工艺参数和指标。

本次填土地基相关施工参数和指标分析计算,主要以陕西省南部某大型场地整平工程为依托,由于项目时间要求紧,在勘察完成后,建设单位采取了设备人员一次进场,同时开工的方法进行施工,因填土区上部未布设建构筑物,建设单位要求将施工需要的相关参数和指标的理论值提供施工单位,以方便施工单位开始前期的试压试验,尽快开展施工。

1 场地概况及岩土体特征

该场地平整工程位于陕西省南部,地貌类型为秦岭南麓低山丘陵地貌[1],微地貌类型包括斜坡和沟谷,斜坡高差为30～50 m,一般坡度为20°～30°,坡体表层覆盖层薄,覆盖层为第四系全新统残坡积含碎石粉质黏土,呈褐黄-棕红色,稍湿,硬塑-可塑状态,内含碎石,碎石含量10%～15%,主要为圆砾,成分以石英、砂岩碎块为主。 坡体下伏基岩为古近系粉砂质泥岩,为弱膨胀性岩体[2],属于不易崩解岩石[3]。 山梁间为沟谷,沟谷底部较为宽缓,沟底堆积第四系全新统冲洪积粉质黏土含碎石,土体一般厚度2～5 m,最大厚度达10 m。土体呈棕黄色-褐黄色,呈可塑状态。 本场地平整工程的填料为开挖山梁斜坡的挖方体,岩体类型包括斜坡上部第四系残坡积粉质黏土和古近系粉砂质泥岩,岩土体物理力学指标见表1所列。场地勘察中进行了挖方体(填料)击实试验,试验结果见表2所列。

表1 挖方体(填料)岩土体物理力学指标地层岩土体天然重度/(kN·m-3)饱和重度/(kN·m-3)天然状态粘聚力/kPa内摩擦角/(°)饱和状态粘聚力/kPa内摩擦角/(°)Qdl+el4残坡积层18 219 715261022E粉砂质泥岩24 525 07003320030 表2 挖方体(填料)填料最大干密度和最佳含水量统计指标轻型击实最佳含水量最大

干密度W/(%)ρ/(g·cm-3)重型击实最佳含水量最大干密度W/(%)ρ/(g·cm-3)最大值21 61 9115 22 09最小值14 21 679 31 87综合值158****21202 填筑指标分析计算 2.1 土料加水量计算

为使施工中在规定击实功下,压实填土达到最优含水量和最大干密度[4],使施工机械具有最高的压实效率,节省能耗,同时避免加水量过大引起土体产生“弹簧”现象[5]。对土料的加水量进行理论分析计算,为施工单位提供基础参数依据,方便施工单位根据不同土料情况确定加水量[6]。

项目区主要填料为粗粒土,需采用重型压实机械进行压实[7],本次验算采用的重型击实试验结果,单位击实功为2 684.90 kJ/m3,相应的最优含水量按10.0%取值,相应的最大干密度2.0 g/cm3。

根据勘察,将取土料场钻孔中的5个钻孔部位的填料样品进行击实试验,实测取得最大干密度的加水量见表3。

表3 土料的加水量计算统计表(100m3)钻孔编号地层分布深度/m含水量加水量/kg100m3平均加水量/kgzk1强风化泥岩中风化泥岩4 46 25 573

761026512877Zk5强风化泥岩中风化泥岩4 96 75 553 741029212889Zk11强风化泥岩中风化泥岩3 65 95 593 771024212859Zk17强风化泥岩中风化泥岩4 77 15 593 781024212841强风化：10261．5中风化：12866．5 注:含水量为统计平均值。

以zk1强风化泥岩为例,计算过程如下:

参数:zk1强风化泥岩的天然含水量为5.57%,天然重度为24.5 kN/m3 按1 000 g土料换算: 在1 000 g土料中: ms+mw=1 000

(1) % (2)

(1)、(2)联立,则可得mw=52.8 g,ms=947.2 g,设加水量为则加至最优含水量: % (3) 解(3)式得:

1 000 g土料的体积:

所以:1 m3土料的加水量为:(41.92×10-3)/408.16×10-6=102.70 kg,100 m3的土料加水量为10 270 kg,计算结果与压实试验结果基本吻合。 2.2 压实填土和天然土料对应方量的计算

由于开采土料要压至最大干密度,需要考虑压实土方和天然土方的关系,以准确确定开挖土方。

根据勘察,将取土料场钻孔中的4个钻孔部位的填料样品进行现场压实试验,实测100 m3填筑压实体,与开挖的天然土石方体积对应结果见表4。

表4 料场实际开挖土方计算统计表(填筑地基100 m3填料开挖量)钻孔编号地层分布深度/m干密度实际开挖土方平均开挖量/m3zk1强风化泥岩中风化泥岩4 46 22 3212 41989 982 7Zk5强风化泥岩中风化泥岩4 96 75 553 7486 282 7Zk11强风化泥岩中风化泥岩3 65 95 593 7786 282 7Zk17强风化泥岩中风化泥岩4 77 15 593 7886 282 7强风化：82 7中风化：86 6 注:含水量为统计平均值。

以zk1强风化泥岩为例,计算过程如下: 土料的干密度:

填筑土方最大干密度:

所以:即100 m3填筑土料,需要89.6m3天然土料,计算结果与压实试验结果基本吻合。

2.3 松铺系数计算

松铺系数为填筑过程中每层填土的松铺厚度与碾压至设计最大干密度的压实厚度的比值,以K表示。

以zk1强风化泥岩为例,计算过程如下:

根据勘察试验,强风化泥岩的开挖后碎块填料的堆积密度为1.72 g/cm3,天然含水量5.57%,最佳含水量为10.0%。

以1 000 g开挖后填土为计算示例,压实系数0.94,压实后最大干密度1.88 g/cm3,则压实后密度为:ρ′=ρd×(1+0.01W)=2.068 g/cm3。 开挖后填料体积:V=m/ρ=581.39 cm3 压实后土体质量:

压实后土体体积:V′=m′/ρ=503.83 cm3 松铺系数:k=V/V′=1.154

根据现场压实试验,松铺系数为1.150,计算结果与试验结果基本吻合。 2.4 沉降计算

本项目内有大量填沟工程,由于填沟部位,地面未布置建构筑物,不考虑上部结构的附加荷载,因此填土地基的沉降量包括两个部分,一是填土自身的固结沉降,二是填土下部土体的附加沉降[8],本设计中填土的地基主要为基岩,局部沟谷谷底为冲洪积粉质黏土。不利条件下填土的最大沉降量应为最大填土厚度处[9],即填土厚度最大处,一般位于沟谷中心处,计算模型及参数如图1所示。 图1 沉降计算模型图 计算方法及结果

计算公式为 (4)

其中,S为最终变形量(mm);S′为按分层总和法计算出的地基变形量;ψs为沉降计算经验系数;Esi为第i层土的压缩模量 (MPa);Pi为第i层土的附加压力。

Z为变形计算深度,应符合下式要求:下部有基岩的地段,计算深度至基岩顶面[10]。 以1#沟谷某填土点为例,该填土点填土厚度为5.0 m,下部第四系冲洪积粉质黏土为2.0 m,计算过程如下: 单位面积填土的总重: 填土平均自重压力:

填土的平均压缩模量:Es1=12.1 MPa 填土层自身的固结沉降量:

填土层顶面的压力:P2=γ1z1=19.95×5.0=99.75 kPa 填土下层第四系粉质黏土的计算厚度z2取2.0 m,则 沉降量:

根据文献[11],沉降计算深度至基岩顶面。

根据规范和地区经验,φs取0.35,则总沉降量:S=φs×s′=0.35×42.8=14.98 mm。 3 结 论

通过以上理论计算和现场压实、击实试验结果的比对,可以发现理论计算结果和实际试验结果的误差均小于1%,基本满足填筑地基前期试验和小规模填土地基的施工要求,但需确保填料物理力学指标的准确性,施工中根据不同区域填料特征,及时调整压实工艺和参数,确保填土质量。 〔参考文献〕

【相关文献】

[1] 陕西省地质矿产局.陕西省区域地质志[M].北京:地质出版社，1989.

[2] 施建振,陈 勇,王保田. 风化泥岩作为路基填料的试验研究 [J].现代交通技术，2010，7(1)：29～30.

[3] 工程地质编委会.工程地质手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

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[11] GB 50007-2001，建筑地基基础设计规范[S]．