水坠砂技术在沙漠地区土方回填的应用

摘要：在砂土地区土方回填施工中，传统的夯填工艺很难达到设计要求的压实系数，利用水坠原理，分层回填，分层注水，使砂粒下坠并重新排列组合，减小砂粒之间的空隙，松散的砂层即被坠实，形成比较密实的砂土垫层。

关键词：砂土；水坠；分层；密实度

中图分类号：TU441文献标识码： A

前言

我单位施工的中煤榆林能源化工股份公司甲醇醋酸项目厂前区工程包括三栋倒班宿舍楼，两栋耳楼及一栋综合办公楼，总建筑面积54000平米，建筑结构形式为CFG桩基础，框架结构。榆林地区地处毛乌苏沙漠边缘，地表大面积覆盖风积沙，基坑开挖范围内土质基本为粉细砂，土质松散，常规夯填法施工很难达到设计要求压实系数，采用水坠砂法可以解决这一难题，而且方便就地取材，节省成本，降低施工周期。

一水坠砂技术的定义、作用机理及技术特点

1. 定义

水坠砂，就是通过水对砂子的水坠作用，使砂粒之间重新排列组合，最终砂土层形成密实的砂土垫层，达到较高的密实度。

2. 作用机理和技术特点

在砂土地区土方回填施工中，通过分层回填，分层注水，借助水下渗的作用力，使砂粒随之下坠并重新排列组合，砂粒之间的空隙随之缩小，砂粒紧密接触，待水渗完后，松散的砂层即被坠实，形成比较密实的垫层。这一技术主要利用砂土的两个特点：一是砂土颗粒细小，一旦形成紧密接触状态，砂粒之间的空隙率很小，密实度较大；二是砂子本身不吸水，一旦形成紧密接触状态，其密实度不会再受扰动。

二水坠砂技术土方回填施工方法

下面以中煤能源榆横化工项目厂前区4#、5#、6#倒班宿舍为例说明这一技术的实际应用。榆横化工项目厂前区4#、5#、6#倒班宿舍，建筑面积共15460.5m2，一层室内地面回填采用水坠砂技术，现以6#楼为范例具体说明。6#楼建筑面积5153.5m2，框架结构4层，基础为钢筋混凝土条形基础，框架填充墙采用非承重空心砖。地貌单元属风成砂丘区，地基土主要为粉砂土，不具湿陷性。

1. 土方回填情况说明

6号楼室内土方回填分两次进行，第一次由设计基底标高-3.2m回填至地沟底标高-1.75m,第二次在地沟施工完成后由地沟底标高-1.75m回填至室内地面混凝土垫层底标高-0.15m，土方回填全部采用基坑挖得原土进行，土质为粉细砂。地沟施工完成后土方回填高度1.6m，采用ZL50型装载机装土运土，人工铺摊，分层铺摊厚度300~400mm,分层蓄水坠实，每层坠实后厚度为300~350mm。

2. 施工方案

水坠砂法回填需要在平整好的回填面上分段设围堰，设置围堰时应结合建筑物结构形式适当划段，长度不宜小于10m，宽度不宜小于5m，围堰高度不低于300mm，宽度也不小于300mm，所设围堰上下层应相互错开，上下层水坠错开宽度应不小于1000mm。各个围堰内蓄水水面以刚超过沙土面50mm或呈饱和状态为宜，待水坠完毕后，该层砂土即被坠实。

3．施工方法

① 施工前应验槽或确定地下隐蔽工程验收合格，经测量放线、确定回填砂土的位置和标高符合设计要求。

② 清理净基槽内的杂物和垃圾，准备好水源，确保水坠砂施工过程中水不中断，水量充足。

③ 分层回填砂土，回填时，回填砂土底面宜铺设在同一标高上，深度不同时应按先深后浅的顺序施工，回填砂土中不得含有泥土、石块或草根、树皮之类的杂质，要确保纯净，每层的回填厚度不得超过400mm。

④ 围堰设置：每个房间内设置一道围堰，按照开间和进深方向，分层交错设置。

⑤ 蓄水：围堰设置好后开始放水，放水应连续进行，放水时水流流速应稍大，砂土面上的水深应不小于50mm。

⑥ 待水储满整个围堰，目测水面下沉缓慢时，即可停止给围堰进水。

⑦ 等待砂层面水完全渗透完后，用环刀法取样，检测干密度，计算压实度符合设计要求后，方可进行下一道砂层回填，直到回填标高符合设计要求。

三质量控制点

水坠砂施工的质量控制主要包含下几个方面：

1. 砂源控制：施工用砂一般为就地挖出的粉砂、细砂，其含污量应控制在13%以下，小于0．074mm 的颗粒控制在15%以下。

2. 水量控制：注水时所有移动水头要同时放水，水面以刚超过砂面50mm 或呈饱和状态为宜。

3. 需铺厚度控制： 需铺砂层厚以300mm-400mm为宜。

4.干密度控制：按基底面积，每500m2设一测点的标准来控制试验点数量，最低不能少于5个，压实系数符合设计要求后方可进行下道施工。

5. 砂土层回填过程中和成型后，严禁机械扰动。

四效果检查

到目前为止，6#倒班宿舍已经投入使用两年，期间经过暖气试水完毕后排水冲刷及地面日常清理维护考验，未发现异常情况，说明在沙漠地区采用水坠砂法进行土方回填是安全可靠的。

结论

实践证明水坠砂法在沙漠地区进行砂基处理，有一定优越性．做为沙漠沙，有一个异常的工程现象，那就是不存在“最优含水量”之说，往往在于燥状态下和近饱和状态下可以极大密实。水坠沙进行土方回填，能够有效降低砂土的孔隙度，达到一定密实度，从而起到承载作用。经大量观测资料和实践证明是成功的，为在沙漠地区进行室内土方回填工程施工，提供了一种简单有效的技术手段。

参考文献：

[1]潘江芹．水坠砂技术在砂土地区地基处理中的应用 石油工程建设，2007(5).

[2]郑勋涛．水坠砂法处理砂土地基的应用（j）．西部探矿工程，2002(2).