砂石垫层法在地基处理中的设计与应用

砂石垫层法在地基处理中的设计与应用前言我国从上世纪50年代中期至今，在建筑、公路、铁路、水利及市政工程中，用砂石换土垫层处理软土地基较为广泛，砂石垫层是一种直接用一定比例的砂石直接置换地基持力层软弱土的处理方法，施工时将基底下一定深度的软弱土挖除，分层回填砂、碎石等强度较大的材料，并加以夯实振密，由于以下原因，砂石垫层的承载力比原来的软弱地基高：（1）用于置换软弱土层的砂石等材料，其抗剪强度指标较高；（2）垫层的压缩性较低，即压缩模量较大，故可减少沉降量；（3）砂石垫层的透水性较大，可以成为下卧饱和软土的排水面，使软土上部的孔隙水压力消散，从而加速软土的固结和软土抗剪强度的提高。此外砂石垫层可以防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用，在季节性土地区，砂石一般没有冻胀性；而用砂石垫层置换膨胀土，可以有效的避免土的胀缩，但是，砂石垫层不宜用于处理湿陷性黄土地基，因为砂石垫层的良好透水性反而容易引起黄土产生湿陷。大量工程实践证明，砂石材料经过压实换填后可以有效提高地基承载力，减少沉降量、加速软土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩等作用，在换填材料丰富、土层勘察明确的地区，砂石换填软弱地基的施工方法具有施工简便、成本低、工期短、受天气影响小等特点，是当前地基处理技术中比较经济可行和常用的方法之一。工程概况某小区地下车库工程，建筑面积5500平方米，条形基础，剪力墙结构，长度72米，宽度76米，拟建场地属于河流侵蚀堆积地貌，地势平坦，原为耕作地，勘察结果显示：场地地基土主要以第四纪沼泽沉积淤泥质土为主，上部覆盖少量素填土。第一层素填土，第二层填土呈松散、流塑、软塑状，地基土具有高压缩性，承载力低，属于地基软弱土，不宜作为建筑、构筑物的持力层，而第三层中粗砂，第四层粉质粘土以下的土层呈硬塑状，具有低压缩性，承载力高的特点，是勘察场地内建筑、构筑物良好的持力层，换填部分软弱土可以有效的提高地基的承载力从而达到设计要求，该工程原设计为换填3：7灰土，但是由于基坑开挖时间过长，导致该部分灰土换填施工处于雨季施工，施工无法正常进行，故调整回填材料，将3：7灰土回填变为3：7砂石回填。3砂石垫层的设计计算根据设计要求，处理后的地基承载力特征值必须达到150kpa。采用钢筋混凝土条形基础，作用在基础顶面的荷载Fk=200KN/m，基础宽度1.20m，埋深1.3m。3.1砂石垫层厚度的确定垫层厚度一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于相应截面软弱土的承载力设计值确定。即：pcz+pz≤faz。式中：fz——基层底面处软弱土层的承载力设计值，kpa；pcz——垫层底面处土的自重应力，kpa；pz——垫层底面处土的附加应力，kpa。根据《施工手册》对于条形基础pz=【（p-pc）b】/（b+2Ztanθ），假设垫层厚度Z=1.0m，压力扩散角θ取值如下：来换填材料杨z/b倍中砂、粗砂、蕉砾砂、圆砾、幅角砾、卵石、狗碎石藏粘性土和粉土鄙（孩8博＜献I处p牵＜姓1旁4路）宇灰土景0.25兽＞指0.5拆20更30红6瞒23鄙30当z/b＜0.25时，除灰土外仍旧取θ=30o，其余材料均取θ=0o。缩当押0.2雷5参＜烘z/b梅＜添0.鄙5班时，禾θ刚可内插求得塘。领本工季程课z/b=1/闷1.2惩＞坚0.店5蓬，逗θ询取纱θ洋=3庄0受o辫。仔垫层厚度的验桂算，基础底面串平均压力设计葬值为：杜P徒=毁（境F+记G张）爱/b=184拆.7kpa若基底处的自重宅应力为：技p肠cz束=邮γ宰h=23换.4kpa暮基础底面的附愉加应力值为：接p抹z嚼联=嫂【刻（酿p-p子c追）源b链】英/笑（紫b+2Zta续n脸θ肃）兄=80.2k帽pa彻垫层底面处的条自重应力为：捆p恭c惩z炮=1.放8×1.3+兴17×1.0接=40.4k涛pa傲p冲cz治+p旬z猎=120.彩6kp甲a获≤重f狡z碗。致=150kp剧a保，满足强度要拼求，垫层厚度榆可以选像定伏1.0底m仓。肉3.烛2珠砂石垫层宽送度暴b还’是的确定恋根据设计规范挡要求稍，市b琴’旅≥纠b+2t劫an柿θ箱，其中赶θ培仍旧按照上表落中进行取争值带=2.354卷m汉，到取霉b订’机=2.5厕m侵，随照绩1见：融1.杠5择进行放坡开挖杏。放鸟4启扯砂石垫层的施抵工席4.坐1封施工工艺条抬1边）兰采用振动碾压揉法施工工艺，封分段摊铺分层档碾压，要求虚艘扑厚度不大惑于肯300m待m惰，上下层错缝知搭接宽度应大殃于扭2000m畅m斤，控制砂石混肢合料含水量志在抱8%-12艇%柏，否则应该洒恨水或者晾干。词该2续）碾压遍数的闭确定：控制压石路机的工作运望行速度，要求围行驶速度不大感于顶3km/准h傲，第一遍静压而，第二遍低振祥幅碾压，从第吹三遍开始在高害振幅状态下连裕续碾压，碾压锄遍数崭在队6-撞8悦遍。闲4.漏2餐施工中应注意庸的事项辅贡1泰）砂石材料：将砂石垫层中的励砂应采用粗砂难或者中砂，不伙能采用细砂，质碎石应该采华用米5-40m抚m音的碎石，砂石向含泥量应该控读制宾在圈5吹%恒以下。捕吹2肝）基坑局部处少理：基坑中局叮部淤泥、垃圾搞、杂填土应该围清除，采用砂撕石垫层分层压废实处理；对于逝挖除淤泥的局零部深坑，四周匙应该挖列成陕1启：慰1-工1翅：增1.原5含的阶梯，每级姐高度控制吉在器0.5锻m篮左右，在通过璃砂石垫层分层具夯实，如因垫裳层下土质差异辆而是垫层底面辅标高不一致时构，应该将基坑冬底部挖成阶梯砍形状，施工时笨按照先深后浅著的顺序进行施晨工。戒3改）在采用压路全机压实，在地旷下水位以下施德工时，应该先箱采取降低地下侧水位的措施，则使基坑保持无布水状态。劈4困．币3炎砂石垫层其他否施工方式邀陆场目前，砂石垫览层施工方法有府振实法、水撼坡法、夯实法、沉碾压法等多种店，可以根据砂康石材料、地质戚条件、施工设爱备等条件选用倚，具体见下表锹。腥砂石垫层施工粮方法及铺筑厚火度、最佳含水议率一览表长序号循捣实方法痛每层摊铺厚度服（醒m废m吩）圣施工时的最佳山含水率宴（亿%蚕）残施工说明抵备注等1腰平振法微200-25酸0猪15-20钱用平板振动器演往复震动（宜芦用功率较大者矿）。钓不宜使用细砂沿或含泥量较大流的砂。炊2谦振捣法种振捣器插入深仇度丈饱和疑1持用插入式振捣巨棒。思2庸插入间距可根喂据机械振幅大墙小决定。疲3仁不应插入下卧恳粘土层。语4训插入振捣完毕摸后，所留孔洞测应用砂填实。冒不宜使用细砂船或含泥量较大弹的砂。饿3摸水撼法炉250妻饱和市1旅注水深度应超造过每次铺筑面昨层。养2擦用钢叉摇撼捣霞实，插点间距钱为臂100m毙m扯。涨湿陷性黄土不哀得使用。膨4绣夯实法怜150-20洲0及8-12勒1扮用机械夯实（挎如蛙式打夯机竹）。叨2救一夯压半夯，眼全面夯实。侮无。尼5消碾压法膀250-35旅0抚8-12旦重匪量荒6-15柜t川的压路机往复浪碾压，碾压遍斗数以达到要求末密实度为准，拜一般划为索4-短6沃遍，用振动压善实机械，振贺动悔3-丘5安分钟。臭1以适用于大面积江砂石垫层。逼2机不宜用于地下膛水位以下砂石救垫层。5质量控制迅5蓄．睛1眼压实度检验袭1斩）环环刀法：在每困层已经压实后巴的砂石垫层上含，进行环刀法宵分层取样，取滋样点位置应该殿在每敢层梁2/应3搞压实厚度上，洲取样后测其密板实度，取样频药率按照以下要还求：满堂基础顶每默50m岁2浊取样一处，条耐形基耐础膀30m扫2芒取样一处，独悉立柱基础下垫升层每个柱基下脆取一处。达到损合格后方可进城行下层施工。城2傅）灌水法：在硬每层已经施工亏完毕的砂石垫朱层上，采用灌轿水法检验，首丈先由相关实验膏室做出砂石最净佳级配最大干血容重，现场实妥验人员将现场个测定的砂石压害实干容重与最蠢大干容重相比斤进行比较，达哪到设计要求为欺合格。达到合服格后方可进行杂下层施工。获5弓．兆2姨结果检测搭1矛）静载试验：笑地基换填全部遣完成后，为确去保碾压换填达枯到设计要求，爬在已经完成的掌垫层上，任意谅选取试掠验点进行试验挥进行检测。速2迷）沉降观测：验设立沉降观测枯点，定期进行尽观测，可每施慨工一层进行观妇测一次，进一维步验证砂