砂石墊層法在地基處理中的設(shè)計與應(yīng)用

砂石墊層法在地基處理中的設(shè)計與應(yīng)用前言我國從上世紀50年代中期至今，在建筑、公路、鐵路、水利及市政工程中，用砂石換土墊層處理軟土地基較為廣泛，砂石墊層是一種直接用一定比例的砂石直接置換地基持力層軟弱土的處理方法，施工時將基底下一定深度的軟弱土挖除，分層回填砂、碎石等強度較大的材料，并加以夯實振密，由于以下原因，砂石墊層的承載力比原來的軟弱地基高：（1）用于置換軟弱土層的砂石等材料，其抗剪強度指標較高；（2）墊層的壓縮性較低，即壓縮模量較大，故可減少沉降量；（3）砂石墊層的透水性較大，可以成為下臥飽和軟土的排水面，使軟土上部的孔隙水壓力消散，從而加速軟土的固結(jié)和軟土抗剪強度的提高。此外砂石墊層可以防止凍脹和消除膨脹土地基的脹縮作用，在季節(jié)性土地區(qū)，砂石一般沒有凍脹性；而用砂石墊層置換膨脹土，可以有效的避免土的脹縮，但是，砂石墊層不宜用于處理濕陷性黃土地基，因為砂石墊層的良好透水性反而容易引起黃土產(chǎn)生濕陷。大量工程實踐證明，砂石材料經(jīng)過壓實換填后可以有效提高地基承載力，減少沉降量、加速軟土層的排水固結(jié)、防止凍脹、消除膨脹土的脹縮等作用，在換填材料豐富、土層勘察明確的地區(qū)，砂石換填軟弱地基的施工方法具有施工簡便、成本低、工期短、受天氣影響小等特點，是當前地基處理技術(shù)中比較經(jīng)濟可行和常用的方法之一。工程概況某小區(qū)地下車庫工程，建筑面積5500平方米，條形基礎(chǔ)，剪力墻結(jié)構(gòu)，長度72米，寬度76米，擬建場地屬于河流侵蝕堆積地貌，地勢平坦，原為耕作地，勘察結(jié)果顯示：場地地基土主要以第四紀沼澤沉積淤泥質(zhì)土為主，上部覆蓋少量素填土。第一層素填土，第二層填土呈松散、流塑、軟塑狀，地基土具有高壓縮性，承載力低，屬于地基軟弱土，不宜作為建筑、構(gòu)筑物的持力層，而第三層中粗砂，第四層粉質(zhì)粘土以下的土層呈硬塑狀，具有低壓縮性，承載力高的特點，是勘察場地內(nèi)建筑、構(gòu)筑物良好的持力層，換填部分軟弱土可以有效的提高地基的承載力從而達到設(shè)計要求，該工程原設(shè)計為換填3：7灰土，但是由于基坑開挖時間過長，導致該部分灰土換填施工處于雨季施工，施工無法正常進行，故調(diào)整回填材料，將3：7灰土回填變?yōu)?：7砂石回填。3砂石墊層的設(shè)計計算根據(jù)設(shè)計要求，處理后的地基承載力特征值必須達到150kpa。采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，作用在基礎(chǔ)頂面的荷載Fk=200KN/m，基礎(chǔ)寬度1.20m，埋深1.3m。3.1砂石墊層厚度的確定墊層厚度一般根據(jù)墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于相應(yīng)截面軟弱土的承載力設(shè)計值確定。即：pcz+pz≤faz。式中：fz——基層底面處軟弱土層的承載力設(shè)計值，kpa；pcz——墊層底面處土的自重應(yīng)力，kpa；pz——墊層底面處土的附加應(yīng)力，kpa。根據(jù)《施工手冊》對于條形基礎(chǔ)pz=【（p-pc）b】/（b+2Ztanθ），假設(shè)墊層厚度Z=1.0m，壓力擴散角θ取值如下：換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、卵石、碎石粘性土和粉土（8＜Ip＜14）灰土0.25＞0.5203062330當z/b＜0.25時，除灰土外仍舊取θ=30o，其余材料均取θ=0o。當0.25＜z/b＜0.5時，θ可內(nèi)插求得。本工程z/b=1/1.2＞0.5，θ取θ=30o。墊層厚度的驗算，基礎(chǔ)底面平均壓力設(shè)計值為：P=（F+G）/b=184.7kpa基底處的自重應(yīng)力為：pcz=γh=23.4kpa基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力值為：pz=【（p-pc）b】/（b+2Ztanθ）=80.2kpa墊層底面處的自重應(yīng)力為：pcz=1.8×1.3+17×1.0=40.4kpapcz+pz=120.6kpa≤fz。=150kpa，滿足強度要求，墊層厚度可以選定1.0m。3.2砂石墊層寬度b’的確定根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，b’≥b+2tanθ，其中θ仍舊按照上表中進行取值=2.354m，取b’=2.5m，照1：1.5進行放坡開挖。4砂石墊層的施工4.1施工工藝1）采用振動碾壓法施工工藝，分段攤鋪分層碾壓，要求虛撲厚度不大于300mm，上下層錯縫搭接寬度應(yīng)大于2000mm，控制砂石混合料含水量在8%-12%，否則應(yīng)該灑水或者晾干。2）碾壓遍數(shù)的確定：控制壓路機的工作運行速度，要求行駛速度不大于3km/h，第一遍靜壓，第二遍低振幅碾壓，從第三遍開始在高振幅狀態(tài)下連續(xù)碾壓，碾壓遍數(shù)在6-8遍。4.2施工中應(yīng)注意的事項1）砂石材料：砂石墊層中的砂應(yīng)采用粗砂或者中砂，不能采用細砂，碎石應(yīng)該采用5-40mm的碎石，砂石含泥量應(yīng)該控制在5%以下。2）基坑局部處理：基坑中局部淤泥、垃圾、雜填土應(yīng)該清除，采用砂石墊層分層壓實處理；對于挖除淤泥的局部深坑，四周應(yīng)該挖成1：1-1：1.5的階梯，每級高度控制在0.5m左右，在通過砂石墊層分層夯實，如因墊層下土質(zhì)差異而是墊層底面標高不一致時，應(yīng)該將基坑底部挖成階梯形狀，施工時按照先深后淺的順序進行施工。3）在采用壓路機壓實，在地下水位以下施工時，應(yīng)該先采取降低地下水位的措施，使基坑保持無水狀態(tài)。4．3砂石墊層其他施工方式目前，砂石墊層施工方法有振實法、水撼法、夯實法、碾壓法等多種，可以根據(jù)砂石材料、地質(zhì)條件、施工設(shè)備等條件選用，具體見下表。砂石墊層施工方法及鋪筑厚度、最佳含水率一覽表序號搗實方法每層攤鋪厚度（mm）施工時的最佳含水率（%）施工說明備注1平振法200-25015-20用平板振動器往復震動（宜用功率較大者）。不宜使用細砂或含泥量較大的砂。2振搗法振搗器插入深度飽和1用插入式振搗棒。2插入間距可根據(jù)機械振幅大小決定。3不應(yīng)插入下臥粘土層。4插入振搗完畢后，所留孔洞應(yīng)用砂填實。不宜使用細砂或含泥量較大的砂。3水撼法250飽和1注水深度應(yīng)超過每次鋪筑面層。2用鋼叉搖撼搗實，插點間距為100mm。濕陷性黃土不得使用。4夯實法150-2008-121用機械夯實（如蛙式打夯機）。2一夯壓半夯，全面夯實。無。5碾壓法250-3508-12重量6-15t的壓路機往復碾壓，碾壓遍數(shù)以達到要求密實度為準，一般為4-6遍，用振動壓實機械，振動3-5分鐘。1適用于大面積砂石墊層。2不宜用于地下水位以下砂石墊層。5質(zhì)量控制5．1壓實度檢驗1）環(huán)刀法：在每層已經(jīng)壓實后的砂石墊層上，進行環(huán)刀法分層取樣，取樣點位置應(yīng)該在每層2/3壓實厚度上，取樣后測其密實度，取樣頻率按照以下要求：滿堂基礎(chǔ)每50m2取樣一處，條形基礎(chǔ)30m2取樣一處，獨立柱基礎(chǔ)下墊層每個柱基下取一處。達到合格后方可進行下層施工。2）灌水法：在每層已經(jīng)施工完畢的砂石墊層上，采用灌水法檢驗，首先由相關(guān)實驗室做出砂石最佳級配最大干容重，現(xiàn)場實驗人員將現(xiàn)場測定的砂石壓實干容重與最大干容重相比進行比較，達到設(shè)計要求為合格。達到合格后方可進行下層施工。5．2結(jié)果檢測1）靜載試驗：地基換填全部完成后，為確保碾壓換填達到設(shè)計要求，在已經(jīng)完成的墊層上，任意選取試驗點進行試驗進行檢測。2）沉降觀測：設(shè)立沉降觀測點，定期進行觀測，可每施工一層進行觀測一次，進一步驗證砂