基礎(chǔ)軟弱地基換填思路及設(shè)計(jì)實(shí)例

張英

【摘 要】本文著重介紹了換填墊層法的具體方法，即墊層材料、寬度、深度的選擇，以及該方法適用條件以及具體實(shí)施細(xì)則。換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，也是經(jīng)濟(jì)有效的處理方法。

【關(guān)鍵詞】換填；墊層材料；擴(kuò)散角；軟弱下臥層

一 概述：當(dāng)軟弱地基的承載力和變形滿(mǎn)足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時(shí)，采用換填墊層法能取得較好的效果。

目前，淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，經(jīng)常采用的是換填墊層法，如砂墊層、碎石墊層、灰土或素土墊層、煤渣墊層、礦渣墊層、砂石墊層以及其它性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性的材料做的墊層等。雖然材料不同的墊層其計(jì)算方法都可按近似的砂石墊層的計(jì)算方法計(jì)算，不同材料的墊層，也與砂石墊層作用相同。

1 其主要作用是：

1） 提高地基承載力：淺基礎(chǔ)的地基承載力與基礎(chǔ)下的土層抗剪

強(qiáng)度有關(guān)，如果以抗剪強(qiáng)度較高的砂石或其它填筑材料代替軟弱的土，可提高地基的承載力。

2） 減少沉降量：由于砂石墊層或其它墊層對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用，

是作用在下臥層上的壓力較小，這樣會(huì)減少下臥層的沉降量。

3） 加速軟弱土層的排水固結(jié)：建筑物的不透水基礎(chǔ)直接與軟弱

土層接觸時(shí)，在荷載的作用下，軟弱土地基中的水被迫繞基礎(chǔ)兩側(cè)排出，因而使基地下的軟弱土不宜固結(jié)，形成較大的孔隙水壓力，還可能導(dǎo)致由于地基強(qiáng)度降低而長(zhǎng)生的塑性破壞的危險(xiǎn)。砂石墊層等墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可做為良好的排水面，可以使基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下的軟弱土層的固結(jié)和提高其強(qiáng)度，避免地基土塑性破壞。

4）防止凍脹：因?yàn)榇诸w粒的墊層材料孔隙大，不宜產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹。這時(shí)砂石墊層應(yīng)滿(mǎn)足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度的要求。

5）消除膨脹土的漲縮作用.

2.墊層的設(shè)計(jì)：

1）砂石墊層厚度的確定：

根據(jù)<<建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>>（GB50007-2002）中

Pz+Pcz

先根據(jù)初步擬定的砂墊層厚度，再用（4.2.1-1）式復(fù)核，砂石墊層厚度一般不宜大于3米，太厚施工困難，太?。?lt;0.5m）則換填作用不顯著。

2）砂石墊層寬度確定：

墊層寬度除要滿(mǎn)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，防止墊層向兩邊擠動(dòng)。常用的方法是：

<<建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>>（GB50007-2002）中（4.2.2）

整片墊層底面的寬度可根據(jù)施工的要求適當(dāng)加寬。

墊層頂面寬度可從墊層底面兩側(cè)向上，按基坑開(kāi)挖期間保持邊坡穩(wěn)定的當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)放坡確定。墊層頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊不宜小于300mm。

3）根據(jù)<<建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>>（GB50007-2002）規(guī)定，墊層的承載力宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，并應(yīng)進(jìn)行下臥層承載力的驗(yàn)算。

4） 對(duì)于墊層下存在軟弱下臥層的建筑，在進(jìn)行地基變形計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮鄰近基礎(chǔ)對(duì)軟弱下臥層頂面應(yīng)力疊加的影響。當(dāng)超出原地面標(biāo)高的墊層或換填材料的重度高于天然土層重度時(shí)，宜早換填，并應(yīng)考慮其附加的荷載對(duì)建筑及鄰近建筑的影響。

墊層地基的變形由墊層自身變形和下臥層變形組成。換填墊層在滿(mǎn)足本規(guī)范第4.2.1條、第4.2.2條和第4.2.6條的條件下，墊層地基的變形可僅考慮其下臥層的變形。對(duì)沉降要求嚴(yán)的或墊層厚的建筑，應(yīng)計(jì)算墊層自身的變形。

墊層下臥層的變形量可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。

3.墊層的施工：其要點(diǎn)是是將砂石加密到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，另外鋪筑前要先進(jìn)行驗(yàn)槽；開(kāi)挖基坑鋪設(shè)墊層時(shí)，必須避免擾動(dòng)軟弱土層的表面，墊層地面宜在同一標(biāo)高上等。

二 設(shè)計(jì)實(shí)例：本設(shè)計(jì)為山東某鋼鐵集團(tuán)180m2燒結(jié)機(jī)工程環(huán)冷機(jī)基礎(chǔ)，環(huán)冷機(jī)為燒結(jié)工藝系統(tǒng)一個(gè)重要環(huán)節(jié)，上部設(shè)備高且荷載大，因此對(duì)于基礎(chǔ)有些較高的要求。

1. 本設(shè)計(jì)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告；場(chǎng)區(qū)上部2層粉質(zhì)粘土承載力特征（fak）=140Kpa，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-2.000m，要求設(shè)計(jì)承載力達(dá)到200Kpa，綜合各種經(jīng)濟(jì)及工期各方面考慮，對(duì)現(xiàn)有基礎(chǔ)進(jìn)行換填設(shè)計(jì)，方法為用4：6砂石換填，壓實(shí)系數(shù)>0.97，換填深度1.5m， 換填寬度7.4m.

2. 現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-2.000m，僅對(duì)其進(jìn)行深度修正。

已知fak=140kpa，rm=18.8，d=2.0m，查<<建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>>（GB50007-2002）表5.2.4得nd=1.6.

因此 faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（2-0.5）=185kpa

3.根據(jù)<<建筑地基處理技術(shù)規(guī)范>>（JGJ 79-2002）-4中換填墊層法：

墊層的厚度z應(yīng)根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并符合下式要求：Pz+Pcz

根據(jù)規(guī)范（4.2.1-2）條，換填角度為20度，得出：Pz=138Kpa

反算Pz+Pcz

138Kpa+20Kpa/m2 x 3.5（m）=208 Kpa

-3.5m處地基承載力深度修正：

faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（3.5-0.5）=230kpa

因此，承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

三 綜上所述在采用此方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)、巖土工程條件、施工機(jī)械設(shè)備及填料性質(zhì)和來(lái)源等進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì)和選擇施工方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)合理、施工便利、建設(shè)經(jīng)濟(jì)的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中國(guó)建筑工業(yè)出版社2002；

[2]《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中國(guó)建筑工業(yè)出版社2003；