浅谈软淤泥质地基的处理及换土垫层的设计应用.docx

浅谈软淤泥质地基的处理及换土垫层的设计应用 简介：软弱地基的处理，在水利工程建设中会经常碰到。在投资少，又能达到设计规范要求的前提下，如何处理好软淤泥地基，是我们每一工程技术人员需要探讨和研究的问题。这里介绍了软弱地基处理的几种方法及换土垫层法的实际设计应用情况。 关键字：淤泥地基，处理方法，设计应用，水利工程建设，设计应用 中图分类号：U445.55 文献标识码：A 1、前言 在进行水工建筑物的基础设计时，时常会碰到软弱地基问题。下面就根据自己的一些工作实践经验，浅谈一下淤泥地基如何处理和换土垫层法在水利工程设计中的应用情况。 2、软弱地基的处理方法 淤泥土的主要物理特性：一是含有很多的细颗粒及大量的有机物腐植质。二是颜色呈深灰或暗绿色，有臭味。三是一般天然含水量在40%70%之间，有的大于70%；孔隙比1.0；天然容重在1518KN/m3之间。 其力学性质为强度低、压缩性大、渗透性小。 鉴于淤泥质软土地基承载力低，压缩性大，透水性差，不易满足水工建筑物地基设计要求，故需进行处理。根据软土地基处理的原理和作用，乐平市水务局在多年水利工程建设实践中，积累了几种简单易行、经济效益较高的淤泥土处理方法。 直接利用软弱土层作为建筑物地基时，一般应按以下要求进行设计： 软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用其上覆较好土层作为持力层； 若软弱土层为冲填土、建筑余泥和性能稳定的工业废料，并且均匀性和密实性较好时，均可利用作为持力层。 对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。 当地基承载力和变形不能满足设计要求时，则应将地基进行人工处理。这种经过人工处理的地基称为人工地基。 局部软弱土层及暗沟、暗塘的处理，可采用基础加深、基础梁跨越，换土垫层或桩基等方法。 当地基承载力和变形不能满足设计要求时，地基处理可选用机械压（夯）实、换土垫层、堆载预压、砂井真空预压、砂桩、碎石桩、灰土桩，水泥旋喷或深层搅拌形成的水泥土桩以及桩基等方法。 处在地下水位以上，由建筑余泥或工业废料组成的杂填土地基，可采用机械压（夯）实方法进行处理。其中重锤夯实的有效夯实深度可达1.2m左右；若采用强夯，则有效夯实深度应经试验确定；当需要大面积回填夯实时，可采用机械分层回填碾压方法；处理含少量粘性土的建筑余泥、工业废料和炉灰填土地基时，可采用振动压实的方法。当震实机自重2t，振动作用力100kn时，有效夯实深度可达1.21.5m。 处理较厚淤泥和淤泥质土地基时，可用堆载预压、砂井堆载预压或砂井真空预压。采用堆载预压时，预压荷载宜略大于设计荷载，预压时间应根据建筑物要求以及地基固结情况决定，同时应注意堆载大小和速率对周围建筑物的影响。采用砂井堆载预压或砂井真空预压时，应在砂井顶部作排水砂垫层。 用砂桩、碎石桩、灰土桩、水泥旋喷或深层搅拌桩处理软弱地基时，桩的设计参 数宜通过试验确定。施工时，表层土如有隆起或松动，应予以挖除或压实。对地基承载力、变形或稳定性要求较高的建筑物，若用桩基，则桩尖宜打入压缩性低的土层中。 若仅需处理软弱地基的浅层，可采用换土垫层的方法。 总之，软弱地基的处理应该因地制宜，处理后的地基承载力应满足设计要求。 、换土垫层的设计应用 换土垫层就是将基础下面一定厚度的软弱土层挖除，然后以中砂、粗砂、砾石、碎石或卵石、灰土、粘性土以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料。垫层应分层夯实，每层夯实后的密度应达到设计标准。 换土垫层设计包括决定垫层所应具有的最小宽度和厚度。 在垫层的宽度方面，根据建筑经验，垫层的顶宽一般采用较基础底边每边宽出200mm，垫层的底宽一般取基础同宽（如图1）。垫层的厚度应根据作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层承载力的条件确定，同时厚度不小于500mm。 在该灌站机房的基础进行设计时，由钻探资料显示，该地基为很厚的软粘土层，其承载力标准值fk=80kn/m2，重度=17 kn/m3，il=1.00，e=1.00。已知机房独立基础承受上部结构荷载设计值f=155 kn，设计室内外高差为0.3m，室外基础埋深d=0.80m。从以上数据可知，该地基承载力和变形不能满足设计要求。 由于该灌站交通不便，重型机械无法进入（如打桩机等），为了减少工程投资，又能达到设计要求的目的，经几个方案比较，决定采用直接用人工就可施工的换土垫层法作为该灌站基础设计。在垫层材料方面，采用中砂作为垫层，其承载力设计值按f=180 kn/m2计算（施工时砂垫层密度控制在中密程度），重度取=19.5 kn/m3。 按公式l = b=f/(f-h)1/2确定基底长度和宽度（独立柱正方形基础）。 式中：l 、b基础底面长和宽； f上部结构的荷载设计值； f换土垫层承载力； 基础及回填土平均重度，一般取=20 kn/m3； h基础自重计算高度。 l =b=f/(f-h)1/2=155/（180-200.95）1/2=0.98m，取l =b=1.0m 下面进行砂垫层厚度的计算： 在进行砂垫层厚度计算时，一般应满足pcz+pzfz 式中：pcz作用在垫层底面处土的自重应力（kn/m2）; pz_垫层底面处的附加应力设计值（kn/m2）; fz_垫层底面处软弱土层承载力设计值（kn/m2）; 采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法,即预先估计一个厚度，然后按上式校核，如不满足要求时，必须增加垫层厚度，直至满足要求为止。 为了减少计算工作量，设计该机房基础换土垫层的厚度时，采用了查曲线图的计算方法：曲线图见建筑地基基础 1990 . 10；231。 首先，按下式计算出k1值 k1=fk+b软（b-3）+d软（d-0.5）-软d10/p0 其次，按下式计算出k2值 k2= k1+15b(d软-垫)/ p0 式中：p0基础底面附加应力（kn/m2）; fk垫层底面处软弱土层的承载力标准值（kn/m2）; b、d分别为基础宽度和埋深的承载力修正系数； d基础埋置深度（m）； 软、垫分别为软弱土层和垫层的重度（kn/m3）。 然后根据k1、k2和基础底面长边与短边的比值n=l/b，由曲线图查得m值。 最后算出垫层厚度z=mb。 本基础：fk=80kn/m2、d=0.8m、软=17 kn/m3、垫=19.5 kn/m3、按表查得b=0、d=1.1。 另外，p0=（f+g）/b-d=（155+10.9520）/1-170.8=160.4 kn/m2，代入上两式得： k1=fk+b软（b-3）+d软（d-0.5）-软d10/p0 =80+1.117(0.8-0.5)-170.8 10/160.4 =4.49 k2= k1+15b(d软-垫)/ p0 =4.49+151(1.117-19.5)/160.4 =4.42 根据k1=4.49、 k2=4.42和n=1查曲线图得m=0.82。 则砂垫层厚度：z=bm=1.00.82=0.82 m，取 z=0.85 m 。 、优化结构法 选择轻型结构。如“U”形槽薄壁渡槽、肋拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥等。拱形桥梁除具有自重轻的优点外，还可将桥台基础浅埋，把桥台基础设置在地基表层的密实土层上，从而避开淤土层。 对小型水工建筑物可采用扩大基础底板的方法，如设计较薄的钢筋混凝土底板。对大中型工程，可采用空箱底板，即在不增加建筑物造价的情况下，用加大底板高度、减轻底板自重的办法来适应软土地基要求。 将水工建筑物两岸连接部分设计成格箱式岸墙或顺坡丁坝式岸墙，变过去挡土岸墙为挡水岸墙，变重力式挡土岸墙为无土重和土压力的轻型岸墙，既省工又能满足软土地基设计要求。阜宁县羊寨镇的原川里河防洪闸和罗桥镇青南河挡排闸站均采用了格箱式和顺坡丁坝式岸墙，经多年运行，工程安全状况良