换填垫层法在软土地基处理中的应用

换填垫层法在软土地基处理中的应用

0软土地基、不均匀地基更换填充法主要适用于存在于泥、泥、泥等软土的软土基质和存在的粘土、混合土壤、黑沟和黑水池的不均匀基质。山区(或丘陵地区)经常会遇到软土地基和不均匀地基。笔者经过多年工作实践,在不同的软土地基和不均匀地基上采取换填垫层法进行地基处理,经几十项已建成的工程验证,总沉降和差异沉降均在规范允许范围内,未发现因差异沉降导致上部结构开裂等现象,其效果能满足“技术上可行,经济上合理”的原则,是山区地基处理中值得普遍推广的一种方法。1可利用地取材运输丽水地处山区,有大溪、好溪等几大河流及其支流,河流沿线堆积有较丰富的砂石料,故垫层材料应首选统砂石。统砂石具强度高、变形小、耐风化、透水性强、含泥量低、污染少、级配好及可就地取材成本低等优点。实际使用时宜选择含泥量小于3%,不含有机质及植物根茎的统料,卵砾石等骨架颗粒与砂粒含量比例一般宜控制在7:3至6:4之间,卵石最大粒径采用机械分层压实时宜控制在150～200mm以内,采用插入式或平板振动器分层振实时宜控制在100mm以内,砂以中粗砂为好,粉砂含量一般不宜超过10%。2压路机滚头垫层垫层材料确定后,分层厚度及压实遍数与所选用的施工机械设备有关,原则上应通过试验确定。根据经验也可初步按下列方法确定:(1)采用16T以上振动式压路机辗压时(辗压法):分层厚度(虚铺厚度)宜控制在400～500mm,压实遍数一般4～6遍,也可根据压路机滚过后垫层表面未留下明显印痕来控制;当垫层下伏有软弱土时,宜在垫层底部先辅150～300mm厚的中粗砂垫层或一层土工织物,以防卵(碎)石刺入软土造成局部破坏。(2)采用插入式或平板振动器振实时(振实法):分层厚度(虚铺厚度)宜控制在200～300mm,一般情况下可采用边冲水边振实施工法,且最好先用插入式振动器(振动棒)进行点振,按梅花型布点,插点间距350～500mm,插点深度250～350mm,点振后再用平板振动器进行满振,先纵后横或先横后纵按十字型有序交叉进行,满振一般3～4遍也可根据振动器经过后未留下明显印痕来控制。3主要受力层范围内压实系数垫层的质量以压实系数λc控制。根据GB50007-2002建筑地基基础设计规范,在地基主要受力层范围内压实系数λc≥0.97,在地基主要受力层范围以下压实系数λc≥0.95。压实系数λc为压实填土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值,可在现场取样采取环刀法、贯水法或贯砂法,再通过室内击实试验求得。4砂砂垫层地基施工质量对砂石垫层的质量(强度或承载力),可通过现场载荷试验确定,也可采用重型动力触探检验。根据施工质量验收规范GB50202-2002第4.1.5条,砂石垫层地基的检验数量,每单位工程不应小于3点,1000m2以上工程,每100m2至少应有1点,3000m2以上工程,每300m2至少应有1点。每一独立基础下至少应有1点,条基基槽每20延米应有1点。5层的设计5.1垫层下伏存在软下伏层当软土层(淤泥、淤泥质土等)较厚、分布广、层位比较稳定,全部挖除有困难或不经济时,宜采用换填法进行浅层地基处理。5.1.1faz—垫层的厚度垫层的厚度z应根据需要置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定,并符合下式要求:pz+pcz≤faz(1)式中:pz—垫层底面处(即软弱下卧层顶面处)的附加压力;pcz—垫层底面处(即软弱下卧层顶面处)土的自重压力;faz—垫层底面处(即软弱下卧层顶面处)经深度修正后的地基承载力特征值。对条形基础和矩形基础,式(1)中的pz值可按下式计算:条形基础pz=b(pk−pc)b+2ztanθ,(2)pz=b(pk-pc)b+2ztanθ,(2)矩形基础pz=lb(pk−pc)(b+2ztanθ)(l+2ztanθ),(3)pz=lb(pk-pc)(b+2ztanθ)(l+2ztanθ),(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);p—基础底面处的平均压力值(kpa);pc—基础底面处土的自重压力值(kpa);z—基础底面下垫层的厚度(m);θ—垫层的压力扩散角,可按表1采用。5.1.2顶格垫层的压力扩散角垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求,可按下式确定:b′≥b+2ztanθ(4)式中:b′—垫层底面的宽度(m);θ—垫层的压力扩散角,可按表1采用。垫层底面的宽度可根据施工要求适当加宽。垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm,或从垫层底面两侧向上按组成基坑的土质要求进行放坡;在低洼地(基槽不开挖直接在老土层上施工垫层)超出原地面标高的垫层,垫层顶面每边宜超出基础底边不小于1000mm。5.1.3变形计算对垫层下存在软弱下卧层的建筑,应进行地基变形计算。变形计算按GB50007-2002建筑地基基础设计规范要求进行。5.2填土、落土、老洞工程建设中经常会遇到土层结构截然不同的不均匀地基,如遇暗沟、暗塘、古墓、老洞及局部存在填土等,这些部位一般埋深和范围有限,将暗沟、暗塘等软土或古墓、老洞内填土挖除后,超深部位采用统砂石或碎石土回填并分层振实,故换土垫层的厚度和宽度应因地而异,振实后垫层承载力值与周围老土相同,垫层下伏不存在软弱下卧层,不必进行变形计算。6工程实用性6.1槽底土地基垫层实例1丽水市酱园弄18#房,6层,建筑面积约2000m2,砖混结构,基槽大开挖至原地面下约2.30m,槽底土质均为淤泥,其承载力特征值fak=80kpa,槽底以下淤泥层厚2.50～3.0m。该工程采用换填垫层法进行地基处理,换填材料为统砂石,用插入式和平板振动器分层振实,分层厚度250～300mm,在最下层统砂石下伏先铺150mm中砂,要求振实后统砂石垫层总厚达到1.20m,垫层承载力特征值fak达到180kpa,垫层顶面至基础底面(埋深约1.1m)。该工程于1995年2月开工,同年6月主体竣工,根据沉降观测资料,最大沉降为9mm,最小沉降为5mm,差异沉降为4mm。实例2缙云县壶镇小学教学楼,5层,建筑面积约8000m2,框架结构,基础大开挖挖深约为2.5m,槽底土质有淤泥和粉砂,其承载力特征值fak=80kpa,槽底以下淤泥层厚约2.5m。该工程采用换填垫层法进行地基处理,换填材料为统砂石,用插入式和平板振动器分层振实,分层厚度250～300mm,要求振实后统砂石垫层总厚达到1.5m,垫层承载力特征值fak达到180kpa,垫层顶面至基础底面(埋深约1.0m)。该工程于1995年11月开工,96年4月主体竣工,根据沉降观测资料,最大沉降8mm,最小沉降5mm,差异沉降为3mm。实例3丽水梅山中学教学楼、实验楼,5层,建筑面积约1.5万m2,框混结构,因这2幢楼原始地势低,现地面与设计地坪之间有约4.0m高差,除表面有0.3m耕土外,耕土下伏有5.0～6.0m粉细砂,其承载力特征值fak=100kpa,粉细砂下有厚约5.0m砾砂土。该工程采用换填垫层法进行地基处理,将表层耕土挖除后在粉细砂上直接回填统砂石,用四周无约束统砂石周边比基础外边线各加宽3.0m,采用18T振动式压路机分层压实,分层厚度450～500mm,要求压实后统砂石垫层总厚达到2.5m,压实系数λc≥0.97,垫层承载力特征值fak达到250kpa,垫层顶面至基础埋深。该工程统砂石垫层施工结束后于2004年11月进行了静载荷试验,试验最大荷载为500kpa,测得最大沉降4.25mm,最小沉降3.88mm,差异沉降0.37mm。实例4丽水市爱珠饰品有限公司仓库、1～2#车间,2～3层,大开间框架结构,建筑面积约13000.0m2。因原始地势低,原地面与设计地坪之间有约3.5m高差,除表面有厚0.30～0.40m耕土外,耕土下伏有厚3.5～4.5m的粉细砂,粉细砂的承载力特征值fak=120kpa,粉细砂下伏有厚6.0～7.5m卵砾石土,地下水位埋深约4.0m,水量丰富。该工程采用换填垫层法进行地基处理,将表层耕土挖除后在粉细砂上直接回填统砂石,因地势低四周无约束,统砂石垫层周边比基础外边线各加宽3.0m,采用18T振动式压路机分层压实,分层厚度450～500mm,要求压实后统砂石垫层总厚达到2.0m,压实系数λc≥0.97,垫层承载力特征fak达到250kpa,垫层顶面至基础埋深。该工程统砂石垫层施工结束后于2005年10月进行了静载荷试验,试验最大荷载为500kpa,测得最大沉降3.57mm,最小沉降2.95mm,差异沉降0.62mm。6.2地基开挖与基础加固统一成像模式实例1丽水市三胞大洋河小区24#房,六层,砖混结构,建筑面积约0.90万m2。根据勘察报告24#房西端长约15.0m范围存在古河道,在古河道内沉积有厚2.0～2.5m的淤泥,该工程采用浅基础,以粉质粘土作基础持力层,承载力特征值fak取230kpa,修正系数ηb=0.30、ηd=1.60,基础埋深约2.0m。基槽开挖后在古河道部位确实有半流塑状淤泥分布,将淤泥挖除,槽底挖成台阶形,尔后将超深部位分层回填统砂石,用插入式和平板振动器振实,分层厚度250～300mm,要求振实后统砂石垫层顶面与相邻槽底持平,压实系数λc≥0.97,垫层承载力特征值fak达到230kpa。该工程于1997年7月主体竣工,根据沉降观测资料,最大沉降6mm,最小沉降3mm,差异沉降3mm。实例2景宁县检察院技侦综合楼,6层,框架结构,建筑面积约0.8万m2。根据勘察报告该工程地基土除表层填土外,中部有古冲沟沉积的粉细砂层,粉细砂厚1.5～3.0m不等,下伏为卵砾石土,两端无冲沟分布部位填土层下伏直接为卵砾石土。该工程采用换填垫层法进行地基处理,基槽大开挖槽底挖至卵砾石土,因冲沟部位有粉细砂其余部位缺失,故槽底挖成台阶形,用统砂石由深至浅分层回填,用16T振动式压路机辗压,分层厚度400～500mm,要求压实后统砂石垫层顶面至基础埋深,压实系数λc≥0.97,垫层承载力特征值fak达到250kpa。该工程于2005年7月进行了静载荷试验,试验最大荷载为500kpa,测得最大沉降3.96mm,最小沉降3.63mm,差异沉降0.33mm。实例3缙云县新建中学学生宿舍,6层,砖混结构,建筑面积约0.6万m2。根据勘察报告该工程采用浅基础,以粉质粘土(局部为强风化岩)作基础持力层,承载力特征值fak取230kpa,修正系数ηb=0.30、ηd=1.60,基础埋深约1.80m,但在西端1～4轴部位有暗塘分布,塘内有厚约2.0m淤泥分布。基槽开挖后将塘内淤泥挖除至老土,槽底由深至浅挖成台阶形(台阶高≤500mm、长度≥1000mm),尔后将超深部位分层回填统砂石,用插入式和平板振动器振实,要求振实后统砂石垫层顶面与相邻槽底持平,垫层承载力特征值fak达到230kpa,压实系数λc≥0.97。该工程主楼于2005年8月竣工验收