淺談地基處理中的換土墊層法的設計.doc

淺談地基處理中的換土墊層法的設計作者：梁建全（江門市市政工程設計院） 發(fā)布時間：2011-10-17摘要：軟弱地基通常要經(jīng)過人工處理才能滿足地基承載力的要求。文章就地基處理的概念、換填法設計、適用范圍及施工要點進行了簡單的探討。關鍵詞：軟弱地基;換填墊層法；基地處理；壓力擴散角1、引言：隨著現(xiàn)代化建設進程的加快,中國工程建設規(guī)模日益擴大、難度不斷提高,對地基提出更高的要求。人們常將不斷滿足建筑物對地基要求的天然地基稱為軟弱地基或不良地基。軟弱地基通常要經(jīng)過人工處理后再建造基礎,這種地基加固稱為地基處理。 當軟弱土地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時將基礎底面以下處理范圍內的軟弱土層的部分或全部挖去，然后分層換填強度較大的砂（碎石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰）或其它性能穩(wěn)定、無侵蝕性等材料，并壓（夯、振）實至要求的密實度為止，這種地基處理的方法稱為換填法.它還包括低洼地域筑高（平整場地）或堆填筑高（道路路基）。2、基本原理換土墊層法其基本原理是挖除淺層軟弱土或不良土，分層碾壓或夯實土，按回填的材料可分為砂(或砂石)墊層、碎石墊層、粉煤灰墊層、干渣墊層、土(灰土、二灰)墊層等。干渣分為分級干渣、混合干渣和原狀干渣；粉煤灰分為濕排灰和調濕灰。換土墊層法可提高持力層的承載力，減少沉降量；常用機械碾壓、平板振動和重錘夯實進行施工。該法常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層(淤泥質土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結的沖填土等)與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。3墊層的設計與計算墊層是作為基礎的持力層處理地基的，它是地基的主要受力部分。因此，墊層的設計不但要滿足建筑物對地基變形及穩(wěn)定的要求，而且應符合經(jīng)濟合理的原則。墊層設計時，既要求有足夠的厚度來置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求有足夠的寬度以防止墊層向兩側擠出。對于有排水要求的墊層來說，除要求有一定的厚度和寬度滿足上述要求外，還需形成一個排水面，促進軟弱土層的固結，提高其強度，以滿足上部荷載的要求。所以，墊層的設計內容主要是確定其斷面的合理厚度和寬度。雖然不同材料的墊層，其應力分布稍有差異，但根據(jù)實驗結果和實測資料可知，墊層地基的強度和變形性質基本相似。3、墊層厚度的確定墊層厚度一般是根據(jù)墊層底部下臥土層的承載力確定，即作用在墊層底面處土的自重應力與附加應力之和不大于墊層底面下土層的承載力。 pz+pcz=faz(3-1)式中：pz墊層底面處土的附加壓力值（kPa）；pcz墊層底面處土的自重應力值（kPa）；faz墊層底面處軟弱土層經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值（kPa）。墊層底面處土的附加壓力值可按簡化的壓力擴散角法計算即假定壓力按某一擴散角向下擴散，在作用范圍內假定為均勻分布，則可按下式計算：條形基礎時： (3-2)矩形基礎時：(3-3)式中:b矩形基礎或條形基礎底面的寬度（m）；l矩形基礎底面的長度（m）；pk相應于荷載效應的標準組合時，基礎底面處的平均壓力值（kPa）；pc基礎底面處土的自重應力值（kPa）；z基礎底面下墊層的厚度（m）；墊層的壓力擴散角,可查建筑地基處理技術規(guī)范。計算時，一般先初步擬定一個墊層厚度，再用式（3-1）驗算。如不能滿足要求，則重新假定一個厚度進行驗算，直至滿足要求為止。墊層厚度不宜大于3 m，太厚工程量大、不經(jīng)濟、施工較困難，而太?。?0.5m）則換土墊層的作用不顯著、效果差。一般墊層厚度為12m左右。3.2墊層寬度的確定墊層的寬度除應滿足應力擴散的要求外，還應根據(jù)墊層側面土的承載力，防止墊層向兩邊擠出。如果墊層寬度不足，四周側面土質又軟弱時，墊層就有可能部分擠入側面軟弱土中，使基礎沉降增大。墊層寬度的計算，目前還缺乏可靠的理論方法，在工程實踐中常按照地區(qū)的經(jīng)驗確定或按擴散角法計算，如條形基礎的墊層底寬應為： (3-4)墊層底面寬度確定后，再根據(jù)基坑開挖所要求的坡度延伸至地面，即得墊層的設計斷面。墊層斷面確定后，對比較重要的建筑物還要驗算基礎的沉降，沉降值應小于建筑物的允許值。建筑物基礎的沉降包括：一部分是墊層的沉降；另一部分是墊層底下壓縮層范圍內軟弱土層的沉降。4、施工要點4.1墊層材料的選擇不同墊層材料有不同的要求。砂墊層材料應選用級配良好的中粗砂,含泥量不超過3%,不含植物殘體、垃圾等雜物。當使用粉細砂時應摻入25%30%的碎石或卵石,其最大粒徑不宜大于50mm。素土墊層的土料中有機質含量不得超過5%,也不得有凍土或膨脹土,不得加有磚、瓦和石塊等滲水材料,當含有碎石時,其粒徑不宜大于50 mm。4.2墊層壓實方法的確定機械碾壓法是采用各種壓實機械來壓實地基土。此法常用于基坑低面積寬大、開挖土石方量較大的工程。重錘夯實法是用重機將夯錘提升到某一高度,然后自由落錘,不斷重復夯擊以加固地基。重錘夯實法一般適用于地下水位距地表0.8 m以上稍濕的黏性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分壓填土。平板震動法是使用震少,透水性較好的松散雜填土地基的一種方法,可達100120kPa。4.3分層鋪填并壓實除接觸下臥軟土層的墊層底層應根據(jù)施工機械設備及下臥層土質條件的要求具有足夠的厚度外,一般情況下墊層的分層鋪筑厚度可取200 300 mm。4.4含水量控制為獲得最佳夯壓效果,宜采用墊層材料的最佳含水量,作為施工控制含水量,對于素土和灰土,現(xiàn)場可控制在最佳含水量2%的范圍內。最佳含水量可通過擊實試驗確定,也可按當?shù)亟?jīng)驗取用。4.5鋪前先驗槽基坑內浮土應清除、邊坡必須穩(wěn)定,防止塌土?；觾蓚雀浇缬泄啪⒐拍?、洞穴、舊基礎等軟硬不均勻的部位時,經(jīng)檢驗合格后,方可鋪筑墊層。4.6避免軟弱土層結構擾動墊層下臥層為淤泥或淤泥質土時,因其有一定的結構強度,一旦被擾動則強度大大降低,變形大量增加,影響到墊層及建筑的安全使用。5、結論換填法用于淤泥、淤泥質土、素