论文部分内容阅读
论文提要：大面积回填砂砾人工地基是采用符合一定要求的级配砂砾(或碎石)等组成的粗粒径土分层碾压而筑成的人工地基，用以代替基底以下的部分或全部软弱土层。这种人工地基与一般砂垫层不同，大面积回填砂砾是在整个建筑物下（不论何种基础形式）形成整片而连续的人工地基。施工面积大，对填料的粒径、级配、压实密度等有一系列严格要求。
关键词：回填、加固、砂砾
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
软弱土一般是指抗剪强度低、压缩性高、渗透性较小的土，如松散砂性土、杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土等。地基主要受力层由软弱土组成时，称为软弱地基。而建筑物的地基，除应保证强度稳定性外，建筑物建成后还不应有影响其安全与使用的沉降和不均匀沉降。软弱地基无法满足这两个要求则必须对地基进行加固和处理，经处理后的地基称之为人工地基。
软弱地基加固处理的方法有多种，通常要根据建筑场地的地质条件、结构条件、设计施工条件、环境条件以及加固效果等因素来综合考虑，选用合理、经济的加固方法。现对大面积回填砂砾人工地基作为一个应用较广泛的加固方法作一个介绍。
大面积回填砂砾是在整个建筑物下（不论何种基础形式）形成整片而连续的人工地基。施工面积大，对填料的粒径、级配、压实密度等有一系列严格要求。砂砾人工地基有着比一般砂垫层高得多的承载能力和变形模量，应用这种地基可以起到提高持力层承载能力，减少建筑物沉降、加速下卧层排水固结的作用。适用于浅层地基软弱土、地下水位较高、对地基持力层承载力要求较高的建筑工程。该施工方法应用范围广泛：不用水泥、石材，能就地取材；由于沙砾颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结影响；无污染；造价低；工期短。
这里就一个工程大面积砂砾回填人工地基的设计及施工、测试情况特例，作以下分析介绍，供参考。
二、工程概况
某工程框架剪力墙结构，东西长50.9m，南北宽18.1m，建筑面积8000平方米，地上九层，地下一层，采用梁板式筏基，砼C40、P6抗渗。砼垫层下采用了大面积回填砂砾人工地基，砂砾层最小厚度0.90m，最大厚度2.0m，并且换至第④层土（第④层土为粉质粘土，地基承载力特征值fak=180kpa），用砂石垫层（30%砂、70%石子）回填夯实，砂砾层宽度比基础砼垫层宽出0.5m，压实系数为0.97，砂砾应分层压实，分层厚度不大于300mm，砂砾层承载力特征值必须达到180kpa。
三、场地工程地质条件
1、地质情况揭示如下：
2、水文地质条件：
场地地下水属潜水型，稳定地下水位埋深约17.40m~18.55m左右，平均稳定水位埋深约18.17 m，平均高程为-18.04m左右，水位变化受大气降水的影响有升降变化，拟建场地范围无明显的污染源，故对砼的侵蚀性可不考虑。
3、场地地震效应：
本场地处在地震基本烈度为6度区范围内，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）可不考虑粉土的液化问题，本场地地基土为中软场地土，Ⅲ类建筑场地，属抗震有利地段。
四、回填砂砾地基设计：
1、地基设计：
基础落在第④层粉质粘土上，地基承载力特征值为180Kpa。如設计深度未达到，将4层以上土挖除，用砂石回填。
2、砂砾垫层的设计：
砂砾垫层的设计要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，还应符合经济合理的原则，砂砾层设计的主要内容是确定断面的合理厚度和宽度。垫层要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层材料向两侧挤出。对排水垫层来说，除要求有一定的厚度和密度满足上述要求外，还要求形成一个排水面，促进软弱土层的固结，提高其强度，以满足上部荷载的要求。
砂砾垫层厚度的确定：
砂砾垫层厚度一般是根据垫层底部软弱土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力，其表达式为：
pcz+pz<=fz
式中fz---垫层底面处修正后的软弱土层的承载力设计
pz---垫层底面处土中附加应力设计值
pcz---垫层底面处土的自重应力
一般在计算时可先根据砂砾垫层的承载力定出基础宽度，再根据下卧土层的承载力确定出垫层厚度，砂砾垫层的承载力要合理拟定，如定的过高，则施工控制难度大，换填的厚度也较大，根据工程经验砂砾层地基的承载力按180—200Kpa，平均变形模量大约为14Mpa，本工程砂砾层地基的承载力按180Kpa设计，垫层厚度取2.0m，进行以下验算：
砂砾垫层底面处的附加应力，除了可按弹性理论的土中应力公式计算外，也可按简化的应力扩散角θ计算：
矩形基础：pz=（p – pc）B/(B+2Ztgθ)(A+2Z tgθ)
式中p---基础底面的压力设计值
pc---基础底面标高处的土的自重应力标准值
A、B---基础底面的长度和宽度
Z---砂砾垫层的厚度
θ---垫层的应力扩散角；当垫层材料为碎石、粗砂或中砂，且Z/B<0.25时，θ=0
本工程地基埋深h=1.5m，基础长A=50.9m宽B=18.1m容重G=18KN/m3，地下水位d=18.17m,粉质粘土层承载力标准值180Kpa
pcz=18*（1.5+2.0）=63KPa
pz=（p – pc）B/(B+2Ztgθ)(A+2Z tgθ)=(180-63)*19.1/(19.1+60.9)=27.9Kpa
fz=180+1.1*18*(3.5-0.5)=219.6Kpa
pcz+pz=63+27.9=90.9Kpa< fz=219.6Kpa
砂砾垫层宽度的确定：
垫层宽度除了要满足应力扩散的要求外，还应根据垫层侧面土的承载力来确定，本工程由于四周有人工挖孔灌注桩的支护，宽度为基础边外延0.5米。
底宽确定后再根据开挖基坑要求的坡度延伸到地面，即得砂砾垫层的设计断面。
砂砾垫层的承载力：
砂砾垫层的承载力宜通过现场荷载试验确定，当无试验资料时，可根据垫层的压实系数λc选用，对于砂砾回填压实系数要求为0.94—0.97。
④压实系数λc为砂石地基垫层质量检验标准的主控项目，是垫层的密实度要求和质量指标，为压实填土的控制（实际）干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值，即λc=ρd/ρdmax。
当填料为碎石或卵石时，其最大干密度可取2.0~2.2t/m3。
五、施工情况
1、铺设垫层前进行验槽，将基底浮土、淤泥、杂物清除干净，并对护壁质量进行验收。
2、振捣过程按分层搭接夯实，接头作阶梯形搭接，每层错开0.5米，搭接夯压密实，夯实过程中交叉重叠1/3，防止漏振漏压。
3、材料选用，回填砂砾最好采用级配良好、质地坚硬的天然砂砾。含泥量要求不宜超过5%，所谓含泥量就是小于0.1mm颗粒的含量，小于 0.1mm颗粒含量增大，地基渗透性将减小。最大粒径不大于5cm，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀压缩。
4、根据施工规范用平振法进行施工，回填砂砾垫层的总厚度为1.90米，分十皮用平板振捣器分层振实。虚铺总厚度为2.30米，振实总厚度为1.90米。
六、回填质量检验
每层砂砾垫层振实后都进行质量检验，由质量监督站试验室专人用环刀压入垫层中取样试验测定干重度，以不少于砂砾在中密状态时的干重度为合格，经抽样，干容重达到质量要求。经观测，地基沉降均匀，地基变形量满足设计要求。
七、结论
1、砂砾回填是一种浅层地基处理方法，可作为不均匀地基找平，也可通过应力扩散满足下卧层地基承载力的场地地基处理。
2、砂砾回填可用于地下水位以下的地基处理，承载能力较高，变形小，比常用的粘土回填有更大应用范围。
关键词：回填、加固、砂砾
中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
软弱土一般是指抗剪强度低、压缩性高、渗透性较小的土，如松散砂性土、杂填土、素填土、淤泥、淤泥质土等。地基主要受力层由软弱土组成时，称为软弱地基。而建筑物的地基，除应保证强度稳定性外，建筑物建成后还不应有影响其安全与使用的沉降和不均匀沉降。软弱地基无法满足这两个要求则必须对地基进行加固和处理，经处理后的地基称之为人工地基。
软弱地基加固处理的方法有多种，通常要根据建筑场地的地质条件、结构条件、设计施工条件、环境条件以及加固效果等因素来综合考虑，选用合理、经济的加固方法。现对大面积回填砂砾人工地基作为一个应用较广泛的加固方法作一个介绍。
大面积回填砂砾是在整个建筑物下（不论何种基础形式）形成整片而连续的人工地基。施工面积大，对填料的粒径、级配、压实密度等有一系列严格要求。砂砾人工地基有着比一般砂垫层高得多的承载能力和变形模量，应用这种地基可以起到提高持力层承载能力，减少建筑物沉降、加速下卧层排水固结的作用。适用于浅层地基软弱土、地下水位较高、对地基持力层承载力要求较高的建筑工程。该施工方法应用范围广泛：不用水泥、石材，能就地取材；由于沙砾颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结影响；无污染；造价低；工期短。
这里就一个工程大面积砂砾回填人工地基的设计及施工、测试情况特例，作以下分析介绍，供参考。
二、工程概况
某工程框架剪力墙结构，东西长50.9m，南北宽18.1m，建筑面积8000平方米，地上九层，地下一层，采用梁板式筏基，砼C40、P6抗渗。砼垫层下采用了大面积回填砂砾人工地基，砂砾层最小厚度0.90m，最大厚度2.0m，并且换至第④层土（第④层土为粉质粘土，地基承载力特征值fak=180kpa），用砂石垫层（30%砂、70%石子）回填夯实，砂砾层宽度比基础砼垫层宽出0.5m，压实系数为0.97，砂砾应分层压实，分层厚度不大于300mm，砂砾层承载力特征值必须达到180kpa。
三、场地工程地质条件
1、地质情况揭示如下：
2、水文地质条件：
场地地下水属潜水型，稳定地下水位埋深约17.40m~18.55m左右，平均稳定水位埋深约18.17 m，平均高程为-18.04m左右，水位变化受大气降水的影响有升降变化，拟建场地范围无明显的污染源，故对砼的侵蚀性可不考虑。
3、场地地震效应：
本场地处在地震基本烈度为6度区范围内，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）可不考虑粉土的液化问题，本场地地基土为中软场地土，Ⅲ类建筑场地，属抗震有利地段。
四、回填砂砾地基设计：
1、地基设计：
基础落在第④层粉质粘土上，地基承载力特征值为180Kpa。如設计深度未达到，将4层以上土挖除，用砂石回填。
2、砂砾垫层的设计：
砂砾垫层的设计要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，还应符合经济合理的原则，砂砾层设计的主要内容是确定断面的合理厚度和宽度。垫层要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层材料向两侧挤出。对排水垫层来说，除要求有一定的厚度和密度满足上述要求外，还要求形成一个排水面，促进软弱土层的固结，提高其强度，以满足上部荷载的要求。
砂砾垫层厚度的确定：
砂砾垫层厚度一般是根据垫层底部软弱土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力，其表达式为：
pcz+pz<=fz
式中fz---垫层底面处修正后的软弱土层的承载力设计
pz---垫层底面处土中附加应力设计值
pcz---垫层底面处土的自重应力
一般在计算时可先根据砂砾垫层的承载力定出基础宽度，再根据下卧土层的承载力确定出垫层厚度，砂砾垫层的承载力要合理拟定，如定的过高，则施工控制难度大，换填的厚度也较大，根据工程经验砂砾层地基的承载力按180—200Kpa，平均变形模量大约为14Mpa，本工程砂砾层地基的承载力按180Kpa设计，垫层厚度取2.0m，进行以下验算：
砂砾垫层底面处的附加应力，除了可按弹性理论的土中应力公式计算外，也可按简化的应力扩散角θ计算：
矩形基础：pz=（p – pc）B/(B+2Ztgθ)(A+2Z tgθ)
式中p---基础底面的压力设计值
pc---基础底面标高处的土的自重应力标准值
A、B---基础底面的长度和宽度
Z---砂砾垫层的厚度
θ---垫层的应力扩散角；当垫层材料为碎石、粗砂或中砂，且Z/B<0.25时，θ=0
本工程地基埋深h=1.5m，基础长A=50.9m宽B=18.1m容重G=18KN/m3，地下水位d=18.17m,粉质粘土层承载力标准值180Kpa
pcz=18*（1.5+2.0）=63KPa
pz=（p – pc）B/(B+2Ztgθ)(A+2Z tgθ)=(180-63)*19.1/(19.1+60.9)=27.9Kpa
fz=180+1.1*18*(3.5-0.5)=219.6Kpa
pcz+pz=63+27.9=90.9Kpa< fz=219.6Kpa
砂砾垫层宽度的确定：
垫层宽度除了要满足应力扩散的要求外，还应根据垫层侧面土的承载力来确定，本工程由于四周有人工挖孔灌注桩的支护，宽度为基础边外延0.5米。
底宽确定后再根据开挖基坑要求的坡度延伸到地面，即得砂砾垫层的设计断面。
砂砾垫层的承载力：
砂砾垫层的承载力宜通过现场荷载试验确定，当无试验资料时，可根据垫层的压实系数λc选用，对于砂砾回填压实系数要求为0.94—0.97。
④压实系数λc为砂石地基垫层质量检验标准的主控项目，是垫层的密实度要求和质量指标，为压实填土的控制（实际）干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值，即λc=ρd/ρdmax。
当填料为碎石或卵石时，其最大干密度可取2.0~2.2t/m3。
五、施工情况
1、铺设垫层前进行验槽，将基底浮土、淤泥、杂物清除干净，并对护壁质量进行验收。
2、振捣过程按分层搭接夯实，接头作阶梯形搭接，每层错开0.5米，搭接夯压密实，夯实过程中交叉重叠1/3，防止漏振漏压。
3、材料选用，回填砂砾最好采用级配良好、质地坚硬的天然砂砾。含泥量要求不宜超过5%，所谓含泥量就是小于0.1mm颗粒的含量，小于 0.1mm颗粒含量增大，地基渗透性将减小。最大粒径不大于5cm，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀压缩。
4、根据施工规范用平振法进行施工，回填砂砾垫层的总厚度为1.90米，分十皮用平板振捣器分层振实。虚铺总厚度为2.30米，振实总厚度为1.90米。
六、回填质量检验
每层砂砾垫层振实后都进行质量检验，由质量监督站试验室专人用环刀压入垫层中取样试验测定干重度，以不少于砂砾在中密状态时的干重度为合格，经抽样，干容重达到质量要求。经观测，地基沉降均匀，地基变形量满足设计要求。
七、结论
1、砂砾回填是一种浅层地基处理方法，可作为不均匀地基找平，也可通过应力扩散满足下卧层地基承载力的场地地基处理。
2、砂砾回填可用于地下水位以下的地基处理，承载能力较高，变形小，比常用的粘土回填有更大应用范围。