換土墊層法在水泵站建設中的應用

□ 孫宇紅 呂德浩

一、一般軟弱地基的處理方法

直接利用軟弱土層作為建筑物地基時，一般應按以下要求進行：

（一）軟弱土層為淤泥和淤泥質(zhì)土時，應充分利用其上覆較好土層作為持力層。

（二）若軟弱土層為沖填土、建筑余泥和性能穩(wěn)定的工業(yè)廢料，并且均勻性和密實性較好時，均可利用作為持力層。

（三）對于有機質(zhì)含量較多的生活垃圾和對基礎有侵害性的工業(yè)廢料等雜質(zhì)填土，未經(jīng)處理不宜作為持力層。

當?shù)鼗休d力和變形不能滿足設計要求時，則應將地基進行人工處理，這種經(jīng)過人工處理的地基稱為人工地基。

局部軟弱土層及暗溝、暗塘的處理，可采用基礎加深、基礎梁跨越、換土墊層或樁基等方法。

當?shù)鼗休d力和變形不能滿足設計要求時，地基處理可選用機械壓（夯）實、換土墊層、堆載預壓、砂井真空預壓、砂樁、碎石樁、灰土樁、水泥旋噴或深層攪拌形成的水泥土樁以及樁基等方法。

處在地下水位以上，由建筑余泥或工業(yè)廢料組成的雜填土地基，可采用機械壓（夯）實方法進行處理。其中重錘夯實的有效夯實深度可達1.2m左右；若采用強夯，則有效夯實深度應經(jīng)試驗確定；當需要大面積回填夯實時，可采用機械分層回填碾壓方法；處理含少量粘性土的建筑淤泥、工業(yè)廢料和爐灰填土地基時，可采用振動壓實的方法。當震實機自重2t，振動作用力100km時，有效夯實深度可達1.2～1.5m。

處理較厚淤泥和淤泥質(zhì)土地基時，可用堆載預壓、砂井堆載預壓或砂井真空預壓。采用堆載預壓時，預壓荷載宜略大于設計荷載，預壓時間應根據(jù)建筑物要求以及地基固結(jié)情況決定，同時應注意堆載大小和速率對周圍建筑物的影響。采用砂井堆載預壓或砂井真空預壓時，應在砂井頂部作排水砂墊層。

用砂樁、碎石樁、灰土樁、水泥旋噴或深層攪拌樁處理軟弱地基時，樁的設計參數(shù)宜通過試驗確定。施工時，表層土如有隆起或松動，應預以挖除或壓實，對地基承載力、變形或穩(wěn)定性要求較高的建筑物，若用樁基，則樁尖宜打入壓縮性低的土層中。

若僅需處理軟弱地基的淺層，可采用換土墊層的方法。

二、換土層的設計應用

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.將基礎底面下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖去，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.井壓(夯、振)實至要求的密實度為止，這種地基處理方法稱為換土墊層法。其作用是：提高地基承載力；減少地基沉降量；加速軟弱土層的排水固結(jié)。此外，砂石墊層材料因顆粒較粗，孔隙較大，不易產(chǎn)生毛細管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹，砂石墊層還對消除膨脹土的脹縮性、建筑場地下的暗溝處理以及增強土的抗液化性方面都具有較好的作用。

換土墊層設計包括決定墊層所應具有的最小寬度和厚度。

在墊層的寬度方面，根據(jù)建筑經(jīng)驗，墊層的頂寬一般采用比基礎底邊每邊寬出300mm，墊層的底寬一般取基礎同寬（如圖），但須經(jīng)過計算確定。

墊層的厚層應根據(jù)作用在墊層底面處土的自重應力與附加應力之和不大于軟弱土層承載力的條件確定，同時厚度不小于500mm，墊層厚度一般不宜大于3m，太厚施工較困難，太薄(＜0.5m），作用不顯著。

例：在某電灌站機房的基礎進行設計時，由鉆探資料顯示，該地基為很厚的淤泥質(zhì)土，其天然重度為17.6 kN/m3，承載力特征值為80kPa，上部結(jié)構作用在基礎上的荷載為P=100kN/m，基礎寬度0.5m，埋深1.0m（如圖）。從以上數(shù)據(jù)可知，該地基承載力和變形不能滿足設計要求。由于該電灌站交通不便，重型機械無法進入（如打樁機等），為了減少工程投資，又能達到設計要求，經(jīng)幾個方案的比較，決定采用人工就可施工的換土墊層法作為該電灌站基礎設計。在墊層材料方面，采用可就地取材的中砂作為墊層。

（一）砂墊層厚度的計算

在進行砂墊層厚度計算時，一般應滿足Pcz+Pz≤Fz

式中：Pcz—作用在墊層底面處土的自重力（kn/m2）

Pz—墊層底面處的附加應力設計值（kn/m2）

Fz—墊層底面處軟弱土層承載力設計值（kn/m2）

采用該式確定墊層厚度時，需要用試算法，即預先估計一個厚度，然后按上式校核，如不滿足要求時，必須增加墊層的厚度，直至滿足要求為止。

經(jīng)計算，取厚度為1.0m時：

Pcz+Pz=90.47kpa

（二）墊層的寬度確定

B?=b+2ztanθ0=1.65m（當z/b≥0.5時壓力擴散角θ為300）

（三）施工要點

1.墊層施工必須保證達到設計要求的密實度。密實方法常用的有振動法、水撼法、根壓法等。這些方法都要求控制一定的含水量，分層鋪砂厚約200～300mm，逐層振密或壓實，并應將下層的密實度檢驗合格后，方可進行上層施工。

2.墊層的砂料必須具有良好的壓實性。砂料的不均勻系數(shù)不能小于5，以中粗砂為好，允許在砂中摻入一定數(shù)量的碎石，但要分布均勻。

3.開挖基坑鋪設墊層時，必須避免對軟弱土層的擾動和破壞境底土的結(jié)構。基坑開挖后應及時回填，不應暴露過久或浸水，并防止踐踏坑底。當采用碎石墊層時，應在坑底先鋪一層砂墊底，以免碎石擠入土中。

三、結(jié)束語

該水泵站工程建成且連續(xù)安全運行已有兩年多，經(jīng)觀測，機房基礎沉降<3mm（基本無沉降），機房上部結(jié)構無任何異常情況，運行良好。因此采用換土墊層法處理軟弱地基，滿足規(guī)范要求，滿足運行要求，是經(jīng)濟和安全的。