換填墊層技術(shù)在地基加固施工中的應(yīng)用

羅川萍

摘要:換填墊層法因具有就地取材、施工方便、降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn),得到了較為普遍的應(yīng)用。文章對(duì)換填墊層技術(shù)在地基基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。文章認(rèn)為,換填時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件,并結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備與當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源等進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì),并分析了如何選擇換填材料和夯壓施工方法。

關(guān)鍵詞:換填墊層法;地基加固;灰土墊層;砂墊層

中圖分類(lèi)號(hào):TU753文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)24-0133-03

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)地基的要求時(shí),常采用換填土墊層來(lái)處理軟弱地基。即將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去,然后回填以強(qiáng)度較大的砂、砂石或灰土等,并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)程度,作為地基的持力層。換填墊層適于淺層地基處理,處理深度可達(dá)2～3米。在飽和軟土上換填砂墊層時(shí),砂墊層具有提高地基承載力,減小沉降量,防止凍脹和加速軟土排水固結(jié)的作用。

一、換填墊層法概述

工程實(shí)踐表明,在合適的條件下,采用換填墊層法能有效地解決中小型工程的地基處理問(wèn)題。本法的優(yōu)點(diǎn)是:可就地取材,施工方便,不需特殊的機(jī)械設(shè)備,既能縮短工期,又能降低造價(jià),因此,得到較為普遍的應(yīng)用。

常用的人工地基處理方法有換填墊層法、夯實(shí)地基法、擠密樁施工法、深層密實(shí)法、預(yù)壓法、化學(xué)加固法等。本文僅對(duì)換填墊層法在建筑地基處理中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱,不能滿足上部荷載對(duì)地基的要求時(shí),常采用換填墊層法。換填墊層法是先將基礎(chǔ)底面以下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去,然后回填強(qiáng)度較高、壓縮性較低、并且沒(méi)有侵蝕性的材料,如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、礦渣等,再分層夯實(shí)后作為地基的持力層。其作用在于能提高地基的承載力,并通過(guò)墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用,減少墊層下天然土層所承受的附加壓力,減少基礎(chǔ)的沉降量。換填墊層按其回填的材料可分為灰土墊層、砂墊層、碎(砂)石墊層等。

二、砂墊層和砂石墊層使用

砂墊層和砂石墊層是將基礎(chǔ)下面一定厚度的軟弱土層挖除,然后用強(qiáng)度較大的砂或碎石等回填,并經(jīng)分層夯實(shí)至密實(shí),作為地基的持力層。該墊層具有施工工藝簡(jiǎn)單、工期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。適用于處理透水性強(qiáng)的軟弱黏性土地基,但不宜用于濕陷性黃土地基和不透水的熟性土地基的加固,以免引起地基大量下沉,降低其承載力。

(一)構(gòu)造要求

砂墊層和砂石墊層的厚度一般根據(jù)墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于同一標(biāo)高處軟弱土層的容許承載力確定。墊層厚度一般為0.5～2.5m,不宜大于3.0m,否則施工比較困難,也不經(jīng)濟(jì);小于0.5m則作用不明顯。墊層寬度除應(yīng)滿足應(yīng)力擴(kuò)散的要求外,還要根據(jù)墊層側(cè)面土的容許承載力來(lái)確定,以防止墊層向兩側(cè)擠出。砂墊層和砂石墊層寬度的計(jì)算,可根據(jù)當(dāng)?shù)啬承┙?jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或按下式計(jì)算確定:

b'≥b+2ztg?茲(1)

式中:b'——墊層底面寬度(m);

b——基礎(chǔ)底面寬度(m);

z——基礎(chǔ)底面下墊層的厚度(m);

?茲——墊層的壓力擴(kuò)散角。

一般情況下,墊層的寬度應(yīng)沿基礎(chǔ)兩邊各放坡不少于300mm,或從墊層底面兩側(cè)向上按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)要求放坡。如果側(cè)面地基土的土質(zhì)較差,還要適當(dāng)增加。整片墊層的寬度可根據(jù)施工要求適當(dāng)加寬。

墊層的承載力與換填材料種類(lèi)有關(guān),一般情況下承載力fk在130～300kPa之間,具體情況必須由現(xiàn)場(chǎng)承載力實(shí)驗(yàn)確定,并應(yīng)驗(yàn)算下臥層的承載力。

(二)施工要點(diǎn)

1.施工前應(yīng)驗(yàn)槽,先將基底浮土、淤泥、雜物清除干凈,基槽(坑)的邊坡必須穩(wěn)定,防止塌方。槽底和兩側(cè)如有孔洞、溝、井和墓穴等,應(yīng)在未做墊層前加以處理。

2.人工級(jí)配的砂、石材料,應(yīng)按級(jí)配拌和均勻,再行鋪填夯(壓)實(shí)。

3.砂墊層和砂石墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上,如深度不同時(shí),施工應(yīng)按先深后淺的程序進(jìn)行。土面應(yīng)挖成臺(tái)階或斜坡搭接,搭接處應(yīng)夯壓密實(shí)。分層分段鋪設(shè)時(shí),接頭應(yīng)做成斜坡改階梯形搭接,每層錯(cuò)開(kāi)0.5～1.0m,并注意充分夯實(shí)。

4.采用砂石墊層時(shí),為防止基坑底面的表層軟土發(fā)生局部破壞,應(yīng)在基坑底部及四側(cè)先鋪一層砂,然后再鋪一層碎石墊層。

5.墊層應(yīng)分層鋪設(shè),分層夯(壓)實(shí),分層鋪設(shè)厚度可用基坑內(nèi)預(yù)先安設(shè)的5m×5m網(wǎng)格標(biāo)?？刂?。墊層的每層鋪設(shè)厚度、搗實(shí)方法可視具體施工條件參照有關(guān)施工手冊(cè)選用。夯實(shí)砂墊層應(yīng)注意不要擾動(dòng)基坑底部和四側(cè)的土,以免影響和降低地基強(qiáng)度。每鋪好一層墊層,經(jīng)密實(shí)度檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行上一層施工。

6.在地下水位高于基坑(槽)底面施工時(shí),應(yīng)采取排水或降低地下水位的措施,使基坑(槽)保持無(wú)積水狀態(tài)。

7.冬期施工時(shí),不得采用夾有冰塊的砂石做墊層,并應(yīng)采取措施防止砂石內(nèi)水分凍結(jié)。

三、灰土墊層應(yīng)用

灰土墊層是將基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去,用按一定體積比配合的石灰和黏性土拌和均勻后在最優(yōu)含水量情況下分層回填夯實(shí)或壓實(shí)而成?；彝翂|層適合于地下水位較低,基槽經(jīng)常處于較干燥狀態(tài)下的一般黏性土地基的加固。該墊層具有一定的強(qiáng)度、水穩(wěn)定性和抗?jié)B性,施工工藝簡(jiǎn)單,取材容易,費(fèi)用較低,適用于處理1~4m厚的軟弱土層、濕陷性黃土、雜填土等,還可用作結(jié)構(gòu)的輔助防滲層。

(一)構(gòu)造要求

灰土墊層可分為局部墊層和整片墊層。局部墊層一般設(shè)置在矩形(方形)基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面下,每邊超出基礎(chǔ)底邊的寬度應(yīng)根據(jù)側(cè)面土的承載力設(shè)計(jì)值確定,一般不應(yīng)小于其厚度的40%,并不得小于0.3m。整片墊層一般設(shè)置在整個(gè)建筑物(跨度大的工業(yè)廠房除外)的平面范圍內(nèi),每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)邊緣的寬度不應(yīng)小于墊層的厚度,并不得小于2m?；彝翂|層厚度確定原則同砂墊層;墊層寬度一般為灰土頂面基礎(chǔ)砌體寬度加2.5倍灰土厚度之和。

(二)施工要點(diǎn)

1.施工前應(yīng)驗(yàn)槽,將積水、淤泥清凈,夯實(shí)兩退,待其干燥后,方可鋪灰土。

2.灰土施工時(shí),多用人工翻拌,不少于3遍,應(yīng)拌和均勻,顏色一致,并應(yīng)適當(dāng)控制其含水量,現(xiàn)場(chǎng)以用手緊握土料成團(tuán),兩指輕捏能碎為宜。當(dāng)土料水分過(guò)多或不足時(shí),可以晾干或?yàn)⑺疂?rùn)濕?；彝涟韬煤蠹皶r(shí)鋪好夯實(shí),要求隨拌隨用。

3.鋪土應(yīng)分層進(jìn)行,每層鋪土厚度可參照有關(guān)規(guī)范,由槽(坑)壁上預(yù)沒(méi)標(biāo)志控制。每層灰土的夯打遍數(shù),應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的干密度在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,一般夯打(或碾壓)不少于4遍。

4.灰土分段施工時(shí),不得在墻角、柱墩及承重窗間墻下接縫,上下相鄰兩層灰土的接縫間距不得小于0.5m,接縫處的灰土應(yīng)充分夯實(shí)。當(dāng)灰土墊層地基高度不同時(shí),應(yīng)做成階梯形,每階寬度不少于0.5m。

5.在地下水位以下的基槽、坑內(nèi)施工時(shí),應(yīng)采取排水措施,使在無(wú)水狀態(tài)下施工。入槽的灰土,不得隔日夯打,夯實(shí)后的灰土3d內(nèi)不得被水浸泡。

6.灰土打完后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)施工和回填土,否則要做臨時(shí)遮蓋,防止日曬雨淋。夯打完畢或尚未夯實(shí)的灰土,如遭受雨淋浸泡,則應(yīng)將積水及松軟灰土除去并補(bǔ)填夯實(shí)。稍受浸濕的灰土,應(yīng)在晾干后再夯實(shí)。

7.冬期施工,必須在基層不凍的狀態(tài)下進(jìn)行,不得采用凍土或夾有凍土的土料,并應(yīng)采取有效的防凍措施。

四、結(jié)語(yǔ)

換填墊層技術(shù)適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。但在用于消除黃土濕陷性時(shí),尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。在采用大面積填土作為建筑地基時(shí),應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)的有關(guān)規(guī)定。換填時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件,并結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備與當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源等綜合分析,進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì),選擇換填材料和夯壓施工方法。

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