高层建筑地基换填加固处理施工技术

摘要：为解决青岛海洋活力区项目高层地基加固处理等系列技术问题，本文详尽的论述了高层建筑的地质情况、地基加固施工工艺流程、地基换填加固处理施工操作要点等具体内容，能够对于其他相似工程提供参考与借鉴作用。

Abstract： In order to solve a series of technical problems such as the reinforcement of high-rise foundations in the Qingdao Ocean Vigorous Zone Project， this article discusses in detail the geological conditions of high-rise buildings， the construction process of foundation reinforcement， and the key points of construction operations for foundation replacement and reinforcement to provide reference for similar projects.

关键词：高层建筑;地基;加固;施工技术

Key words： high-rise building;foundation;reinforcement;construction technology

中图分类号：TU753.8                                    文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）28-0142-04

0  引言

我国海岸线长达18000多公里，临海区域面积辽阔，临海区域土层与土质不均匀、地质环境条件较为复杂多变，地基处理加固问题一直困扰着我国工程项目的施工生产建设。本文以青岛海洋活力区项目北区22#地块基础超深换填加固处理施工技术为例，通过静压承载力试验检验了处理后的显著效果。对其他相似工程提供参考与借鉴作用。

1  工程与区域地质概况

1.1 工程概况

本工程位于位于青岛市黄岛区豆金河西、风河北路以北。场地范围内包括8栋高层主楼地下2层（设夹层），设商业网点1-2层，地下车库2层，总建筑面积约为18.8万m2，其中地上建筑面积约13.2万m2，地下建筑面积5.6万m2。其中5#-7#，11#-13#楼开挖至设计标高，未达到设计要求持力层（强风化花岗岩层），均需继续开挖至设计要求持力层，开挖后进行超深换填，以达到设计要求。

1.2 区域地质概况

第①层：素填土（Q4ml）黄褐色、灰褐色，局部杂色，干～饱和，松散，主要成分为粉砂、粉土，含少量黏性土，顶部见植物根系，局部为废旧房屋基础，夹少量碎砖块、混凝土块，偶见少量生活垃圾。

第②层：粉细砂（Q4m）黄褐色，松散，主要成分为长石、石英，夹少量贝壳碎屑，分选一般，磨圆差，局部相变为粉土，局部夹粉质黏土薄层。

第④层：含淤泥粉细砂（Q4mh）灰黑色，局部灰褐色，松散～稍密，主要成分为长石、石英，含少量有机质，有腥臭味，夹较多贝壳碎屑，分选差，磨圆差，夹少量卵砾石，局部相变为粉土，局部夹淤泥质粉质黏土薄层。

第④1层：含淤泥中粗砂（Q4mh）灰褐色、灰黑色，松散～稍密，主要成分为长石、石英，含少量有机质，夹较多贝壳碎屑，局部夹卵砾石，分选差，磨圆差，局部含少量黏性土，局部相变为中、细砂。

第④2层：中粗砂（Q4mh）黄褐色，松散～稍密，主要成分为长石、石英，夹少量贝壳碎屑，局部夹卵砾石，分选差，磨圆差，局部夹少量黏性土，局部相变为中、细砂。

第⑥层：粉质黏土（Q4mh）灰黑色，软塑为主，局部流塑，含有机质，具腥臭味，韧性中等，干强度低，切面较光泽，无摇震反应，局部夹少量砂砾，局部夹粉细砂薄层。

第⑦层：粉质黏土（Q4pl+al）灰褐色、黄褐色，可塑～软塑，干强度中等，韧性一般，切面无光泽，含约15～20%砂砾，局部相变为粉土，局部夹中粗砂薄层。

第⑨层：含黏性土中粗砂（Q4pl+al）：黄褐色，稍密～中密，主要成分为长石、石英，分选差，磨圆差，黏性土约20～25%，局部含量较多，相变为粉质黏土薄层。

第{15}层：全风化花岗岩（γ53）黄褐色，矿物蚀变严重，原岩风化强烈，结构构造已完全破坏，大部分矿物成分风化为粘性土，含少量风化砂，岩芯松散，手搓成砂土状，略有黏性，干钻易钻进。

第{16}层：强风化花岗岩（γ53）灰白色、肉红色，结构大部分已破坏，节理裂隙很发育，岩芯呈砂土～角砾状，部分岩芯呈小碎块状，主要矿物成分为石英、长石，沿裂隙面见铁质浸染，矿物蚀变强烈，长石高岭土化严重，干钻难以钻进。

第四系孔隙潜水主要赋存于第①层素填土、第②层粉细砂、第④层含淤泥粉细砂、第④1层含淤泥中粗砂、第④2层中粗砂层和第⑨层含黏性土中粗砂中，富水性好，接受大氣降水垂直入渗补给及侧向风河水的迳流补给，排泄为侧向迳流和蒸发排泄;基岩裂隙水主要以层状、带状赋存于基岩裂隙密集发育带中，富水性差，水位不连续，水量不大，接受第四系孔隙水补给。

2  施工工艺流程

工艺流程：测量放线→基坑二次开挖→清槽→测量放线→支设模板→验槽→搭设混凝土施工操作脚手架→浇筑混凝土→养护。

3  地基换填加固处理施工操作要点

3.1 测量放线

基坑二次开挖之前按照基础筏板边线，每边留置超出筏板边线700mm宽工作面。

3.2 基坑二次开挖

基坑二次开挖采用机械开挖方式进行，根据现场情况，基坑宽度大于挖掘机有效装土半径，挖掘机在基坑内无法直接装车，所以基坑内挖掘机将土先转运至基坑边，由大型挖掘机装车倒运至现场指定位置。

3.3 清槽

机械开挖时应及时测量基坑标高，首先采用大型挖掘机进行大开挖，开挖至标高-6.000m处，然后采用人工配合小型挖掘机清理预留300mm厚土方，利用人工将覆土彻底清理干净，清理至-6.300m标高处，仍为淤泥质土。如图1所示。

根据设计图纸要求，达到设计标高仍为淤泥质土，则需继续开挖至强风化花岗岩层，并深入强风化岩层500mm。清槽完成后及时进行地基承载力试验。试验完成后及时组织验槽并对基坑进行封闭，防止水浸和暴晒。

3.4 支设模板

清槽完成后组织测量人员，将混凝土换填边线、电梯井基坑、集水坑边线撒出，根据边线支设混凝土换填边界模板。

3.5 搭设混凝土施工操作脚手架

由于基坑宽度较大，浇筑混凝土时难以操作，需在基坑内搭设2条宽度为1.2m，高度为2.5m钢管脚手架，脚手架立杆横向间距1200mm，立杆纵向间距1500mm，水平杆间距1200mm，架体顶部满铺钢制脚手板。基础平面布置图如图2所示。

3.6 换填混凝土浇筑

本工程基础换填浇筑类型属于大体积混凝土浇筑，浇筑原则：由深至浅，先厚后薄，分层依次浇筑。混凝土分区段连续浇筑，浇筑过程中电梯基坑、集水坑底部处需先浇筑，待混凝土稍微凝固后，在混凝土初凝之前完成电梯井等周围的混凝土浇筑，不得留设施工缝，混凝土浇筑沿着一个方向浇筑。混凝土浇筑时按300～500mm控制，并确保混凝土层与层之间不会有冷缝现象的存在。

3.7 大体积混凝土浇筑

3.7.1 混凝土浇筑工艺

基础换填混凝土应分层分段、连续浇筑，浇筑过程电梯基坑及集水坑底部处需要先浇筑，待混凝土稍微凝固后，在混凝土初凝之前完成电梯井等周围的混凝土浇筑，不得留设施工缝。

3.7.2 混凝土浇筑原则

①混凝土浇筑过程中采用分层分段、薄层浇筑振捣、自然流淌、循序渐进、一次到位的连续浇筑方式。基础换填混凝土浇筑采用阶梯式推进，浇筑时间间隔不得超过混凝土初凝时间。

混凝土浇筑振捣斜面分层坡度一般为1：6左右，混凝土浇筑振捣斜面分层厚度控制以覆盖上层混凝土浇筑时间不大于2小时为原则，本工程按500mm控制，并确保混凝土层与层之间不会出现冷缝现象。斜面分层如图3所示。

②混凝土浇筑过程中，需要先浇筑较深部位的混凝土，注意浇筑厚度，对电梯井等较深部位的混凝土需要进行两侧对称浇筑，控制浇筑高差，避免模板发生移位。

3.8 特殊部位浇筑工艺

现场采用的是预拌混凝土，在混凝土罐车卸料前罐车必须时刻保持慢速转动状态，混凝土卸料前罐车需要高速旋转20s，从而保证罐车内混凝土不发生凝固，改善其流动性。

混凝土浇筑过程中对局部深度较深、坡度较大的电梯井，要先浇筑电梯井底部，采取分层连续浇筑，并要分层进行振捣，振捣上层混凝土时需要将振捣棒插入到下一层混凝土内50～100mm，以保证混凝土的整体性。待坑底混凝土浇筑结束后，对边坡混凝土由下至上进行浇筑，电梯井边坡混凝土要对称浇筑，并控制两边的浇筑高差在500mm以内。

3.8.1 混凝土的振捣工艺

①混凝土振捣方法。

根据混凝土的浇筑与振捣原则，混凝土在浇筑与振捣时要严格控制混凝土分层厚度，均匀布料，覆盖完全。浇筑过程中应加强混凝土的振捣以利于加强混凝土的密实性及与钢筋的握裹力，减少混凝土的收缩。振捣时应采用插入式振捣器，振捣完成情况应以混凝土表面泛浆，骨料下沉，表面不再出现气泡为原则。振捣时，振捣间距为1.5倍振动棒的作业半径。采用由后向前，依次振捣的顺序，振捣器应垂直于混凝土面向下插入，并深入至下层已完成混凝土50～100mm，确保上、下层混凝土完全融合。

②混凝土在振捣过程尤其注意混凝土输送交接部位的振捣，结合部位应注意避免出现漏振现象。应控制每一次混凝土输送时振捣范围应振捣至结合处以外500mm以上，现场值班质检人员应加强结合部位振捣检查，防止漏振，保证整个基础底板混凝土能够振捣密实。

③振捣工作从浇筑部位开始逐层上移，以确保分层浇筑混凝土间的振捣施工质量。

④混凝土振动棒的操作要领是做到快插慢拔，在振捣过程中宜将振动棒上下抽动，使上下混凝土完全融合，每次振捣时间以20～30秒为宜（混凝土表面无气泡现象出现、泛出混凝土浆为准）。

⑤混凝土的二次振捣。混凝土浇筑完成一个平面后，为防止泵送混凝土表面因水泥浆过多、水份散失过快，导致表面产生收缩裂缝，由于混凝土在振捣过程中粗骨料会下沉，故需要混凝土初凝前（基础顶面收面前）进行二次振捣。振捣应注意振捣时间，以振捣后振捣棒抽出时无振捣眼，混凝土自然闭合为宜。排除混凝土由于泌水原因导致在粗骨料、水平钢筋下部产生水分及孔隙，提高混凝土的密实度，减少混凝土内部微裂缝、加强混凝土强度，提高抗裂性。振捣完成后及时用滚筒碾压，并用木槎打磨、压实，以闭合收水裂缝。

3.8.2 混凝土的泌水处理

由于商品混凝土具有较大流动性，经振捣后混凝土可能会泌出游离水，为使混凝土泌水能够完全、顺利排出，混凝土在浇筑振捣时，采用由中间向四周辐射的施工方式，使混凝土的前端形成一定梯度，以确保中间部位的泌水能尽快完全、顺利排出。

3.8.3 大体积混凝土表面处理

由于大体积混凝土浇筑过程中坍落度大，需要在混凝土初凝前采用二次收面施工工艺，并及时采用塑料薄膜覆盖，可避免混凝土表面水分散失过快而出现收缩裂缝，能有效控制混凝土表面细小裂缝的产生，必要情况下可在混凝土终凝前1～2h进行再次抹压收面处理。

3.8.4 大体积混凝土的养护

由于混凝土的导热系数很低，浇筑混凝土后，水泥发生水化反应产生的热量得不到有效散发，导致混凝土内部温度升高，混凝土内外温差达到一定极限就会在其表面产生裂缝。同时在对混凝土降温养护时出现收缩性贯穿裂缝，为了避免裂缝的产生及开展，就必须严格控制混凝土在养护阶段的里表温差及延缓混凝土的降温速率。

①混凝土养护。

大体积混凝土养护是个严重问题，养护达不到目的容易产生收缩裂缝或温差裂缝。养护目的是降低混凝土内外温差，减少混凝土与外界热交换，即将已完成的混凝土封闭，以减少内外温差，在降低温差条件下，使混凝土得以达到设计强度。本工程采用保湿保温法养护。

②养护时间。

本工程为基础换填混凝土，开始养护时间为混凝土终凝后进行养护，一般混凝土终凝时间为8～10h。大体积混凝土养护采用保湿保温法养护，养护天数至少14天，并根据测温数据判定是否需要继续养护。

③养护材料。

混凝土浇筑完成后在混凝土表面铺设一层聚氯乙烯塑料薄膜，然后铺设一层毛毡。混凝土浇筑后应实时监测内外温差，用以指导混凝土养护工作，若中心温度处于平稳阶段，且内外温差又可以控制在规定的20℃范围内，但此操作必须在温度实时监测下进行，并随着测温显示混凝土内外温差过大时，需要适当加强养护。

④保温保湿法养护。

混凝土浇筑完成后，应及时对混凝土进行养护，并且要在混凝土内部及外部合理布置测温线，以便能时刻对混凝土内外温度变化进行监控，定性、定量地指导混凝土养护，控制混凝土的内外温差、降温速率，防止大体积混凝土开裂现象的出现。混凝土终凝后立即覆盖塑料膜和保温层。

⑤混凝土养护注意事项。

1）现场根据测温仪测得结果对基础底板进行指导养护，当混凝土表面温度与环境温度的最大温差小于20℃时且趋于稳定后，可减少洒水次数。

2）底板混凝土强度小于1.2MPa时，不得上人作业。

3）当里表温差超过25℃时，需要对其进行加强养护，增加保温层厚度。

4）定期对基础洒水养护，使基础表面保持湿润状态，干燥天气时可频繁洒水养护。

5）混凝土终凝后进行洒水养护。

6）混凝土浇筑体的内外温差不宜大于25℃。

7）混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2.0℃/d。

8）混凝土浇筑体表面温度与环境温度温差不宜大于20℃。

4  工程实例

本工程5#、6#、7#、11#、12#、13#楼采用天然地基，取第16層强风化花岗岩作为持力层，基础采用平板式筏板基础，基础设计等级为甲级，地基承载力特征值为600/350kPa。基坑开挖后垫层浇筑前应及时通知勘察、设计现场验槽。若现场地质情况与地质报告不一致，应及时通知设计院并做相应的变更处理。若开挖至设计标高未达到上述岩层，应挖至上述岩层，超深部分以C15素混凝土垫至设计标高。

5  结论

作为建筑工程的一部分，沿海地区淤泥质土、软土地基处理比较常见。在淤泥质土、软土地基的处理过程中，如果发生技术错误，将会对整个建筑工程质量造成严重影响。所以，与工程施工实际情况相结合，运用合理、有效的地基处理技术，降低沉降发生几率，能够促进保证工程质量，减少经济损失，促进建筑业的发展和进步。本工程通过超深换填基础加固方式，有效合理的降低沉降发生概率，有利保证本工程质量，同时对淤泥质土软土地基处理提供了一定的参考与借鉴意义。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GBJ79-2012，建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]肖明和，王渊辉，张毅.地基与基础[M].北京：北京大学出版社，2009.

[4]翟钧.城市道路桥梁中大体积混凝土温度裂缝的控制[J].建筑工程技术与设计，2015.

作者简介：杜腾宇（1991-），男，山东滕州人，本科，土建工程师，研究方向为土木工程。