浅谈地基处理中的换土垫层法的设计.doc

浅谈地基处理中的换土垫层法的设计作者：梁建全（江门市市政工程设计院） 发布时间：2011-10-17摘要：软弱地基通常要经过人工处理才能满足地基承载力的要求。文章就地基处理的概念、换填法设计、适用范围及施工要点进行了简单的探讨。关键词：软弱地基;换填垫层法；基地处理；压力扩散角1、引言：随着现代化建设进程的加快,中国工程建设规模日益扩大、难度不断提高,对地基提出更高的要求。人们常将不断满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。软弱地基通常要经过人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理。 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法.它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。2、基本原理换土垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂(或砂石)垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土(灰土、二灰)垫层等。干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层(淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等)与低洼区域的填筑。一般处理深度为23m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。3垫层的设计与计算垫层是作为基础的持力层处理地基的，它是地基的主要受力部分。因此，垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。垫层设计时，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。对于有排水要求的垫层来说，除要求有一定的厚度和宽度满足上述要求外，还需形成一个排水面，促进软弱土层的固结，提高其强度，以满足上部荷载的要求。所以，垫层的设计内容主要是确定其断面的合理厚度和宽度。虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但根据实验结果和实测资料可知，垫层地基的强度和变形性质基本相似。3、垫层厚度的确定垫层厚度一般是根据垫层底部下卧土层的承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于垫层底面下土层的承载力。 pz+pcz=faz(3-1)式中：pz垫层底面处土的附加压力值（kPa）；pcz垫层底面处土的自重应力值（kPa）；faz垫层底面处软弱土层经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。垫层底面处土的附加压力值可按简化的压力扩散角法计算即假定压力按某一扩散角向下扩散，在作用范围内假定为均匀分布，则可按下式计算：条形基础时： (3-2)矩形基础时：(3-3)式中:b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；l矩形基础底面的长度（m）；pk相应于荷载效应的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；pc基础底面处土的自重应力值（kPa）；z基础底面下垫层的厚度（m）；垫层的压力扩散角,可查建筑地基处理技术规范。计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式（3-1）验算。如不能满足要求，则重新假定一个厚度进行验算，直至满足要求为止。垫层厚度不宜大于3 m，太厚工程量大、不经济、施工较困难，而太薄（ 0.5m）则换土垫层的作用不显著、效果差。一般垫层厚度为12m左右。3.2垫层宽度的确定垫层的宽度除应满足应力扩散的要求外，还应根据垫层侧面土的承载力，防止垫层向两边挤出。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。垫层宽度的计算，目前还缺乏可靠的理论方法，在工程实践中常按照地区的经验确定或按扩散角法计算，如条形基础的垫层底宽应为： (3-4)垫层底面宽度确定后，再根据基坑开挖所要求的坡度延伸至地面，即得垫层的设计断面。垫层断面确定后，对比较重要的建筑物还要验算基础的沉降，沉降值应小于建筑物的允许值。建筑物基础的沉降包括：一部分是垫层的沉降；另一部分是垫层底下压缩层范围内软弱土层的沉降。4、施工要点4.1垫层材料的选择不同垫层材料有不同的要求。砂垫层材料应选用级配良好的中粗砂,含泥量不超过3%,不含植物残体、垃圾等杂物。当使用粉细砂时应掺入25%30%的碎石或卵石,其最大粒径不宜大于50mm。素土垫层的土料中有机质含量不得超过5%,也不得有冻土或膨胀土,不得加有砖、瓦和石块等渗水材料,当含有碎石时,其粒径不宜大于50 mm。4.2垫层压实方法的确定机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑低面积宽大、开挖土石方量较大的工程。重锤夯实法是用重机将夯锤提升到某一高度,然后自由落锤,不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8 m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分压填土。平板震动法是使用震少,透水性较好的松散杂填土地基的一种方法,可达100120kPa。4.3分层铺填并压实除接触下卧软土层的垫层底层应根据施工机械设备及下卧层土质条件的要求具有足够的厚度外,一般情况下垫层的分层铺筑厚度可取200 300 mm。4.4含水量控制为获得最佳夯压效果,宜采用垫层材料的最佳含水量,作为施工控制含水量,对于素土和灰土,现场可控制在最佳含水量2%的范围内。最佳含水量可通过击实试验确定,也可按当地经验取用。4.5铺前先验槽基坑内浮土应清除、边坡必须稳定,防止塌土。基坑两侧附近如有古井、古墓、洞穴、旧基础等软硬不均匀的部位时,经检验合格后,方可铺筑垫层。4.6避免软弱土层结构扰动垫层下卧层为淤泥或淤泥质土时,因其有一定的结构强度,一旦被扰动则强度大大降低,变形大量增加,影响到垫层及建筑的安全使用。5、结论换填法用于淤泥、淤泥质土、素