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摘要：换填垫层法是在工程中广泛采用的一种地基处理方法，本文结合石化管架地基处理的工程实践，针对换填垫层的设计与施工进行了探讨。
关键词：砂石换填；垫层厚度；施工工艺；承载力
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
换填法是地基处理常用方法之一，因其施工简单、方便、经济，广泛应用处理浅层软弱地基，适用于淤泥、淤泥质土、素填土、软弱粉土、软弱粘性土、液化砂土地基及暗沟、暗塘等浅层地基。它是将基础下面某一范围内的软弱基土挖除，然后回填质量好的土料，分层压密，作为建筑物的持力层，其处理的地基深度一般为3～5m[1]。
1 工程简介
台橡实业有限公司苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)项目，位于南通市经济技术开发区，该工程主要由环己烷/异戊二烯储存区、原料配置区、原料纯化区、胶液汽提区、聚合反应区、管架区等单体组成，PR-8010区管架属排架结构，总长34m，宽8m，高12m，设计为独立柱基础，基础底部尺寸为2.1m×2.1m，基坑全面开挖至-2m。
图1勘探点平面位置图
拟建场地地貌类型属长江下游冲积平原区新三角洲平原，经勘察表明，第一冲填土层，第二素填土层，第三素填土混淤泥层，呈松散、流塑、软塑状，地基土均具有高压缩性，承载力低，属于地基软弱土，不宜作建筑、构筑物的持力层，第四层粉质粘土层及以下的土层呈硬塑状，具低压缩性、承载力高的特点，是勘察场地内建筑物的良好持力层，其中在 PR-8010管架区东北侧S28～S30勘探点处出现有暗沟，故设计采用砂石换填处理的方法进行地基处理，以达到地基承载力的要求，地基处理后承载力标准值须达到150Kpa。
2 换填垫层的设计计算
2.1 换填垫层厚度的确定
垫层的厚度应根据作用在垫层底面处土的自重压力与附加压力之和不大于垫层底下卧软弱土层承载力的原则确定[2]，从经济角度考虑垫层厚度不宜大于3m，同时厚度不应小于0.5m，实际设计中可根据地质勘察资料及基础埋深要求采用试算法，即预先估计一个厚度，然后按式(1)验算，直到符合要求为止。
（1）
式中：—垫层底面处的附加应力；—垫层底面处土的自重应力；—垫层底面处土层的地基承载力。
图2砂石垫层计算简图
而对于矩形基础， =（2）
式中：b—矩形基础宽度；l—矩形基础长度；—基础底面处土的自重压力值；p—荷载效应标准组合下基础底面处的平均压力值；z-基础底面下砂垫层的厚度，即预估厚度；—砂垫层的压力扩散角，可查表选用。
本工程预计换填软弱层厚度z为2m，z/b=2.0/2.1=0.95>0.5，填充材料为砂碎石，所以垫层的应力扩散角为30°,提取上部结构荷载，基础底面平均压力p=174.6kpa，其基础底面处土的自重压力=2×18=36kpa。
由公式 (2)可求出垫层底面处的附加应力:=2.1×2.1×(174.6-36)/[(2.1+2×2×tg30)×(2.1+2×2×tg30)]=31.43kpa, 垫层底面处土的自重应力=18*2+17*2=70kpa, +=101.43kpa<=150kpa,故满足要求，换填厚度可选定z=2m。
2.2 换填垫层宽度的确定
按规范垫层宽度应满足基础底面应力要求，可按下式计算
B≥b+2ztg =4.41m(3)
式中：b一垫层底面宽度，一垫层扩散角，取B=4.5m，按1:1.5边坡开挖。
3 换填垫层施工
3.1砂石材料的准备
1）砂石材料不含草根、垃圾等有机杂物，控制砂石含泥量不超过3％，限制碎石最大粒径不大于50mm，选用细度模数M为3.1～3.3的河砂，碎石粒径规格为20mm ～45mm和5mm～20mm的碎石，按照试验配合比二次拌制成级配混合料。
2）压实度控制在0.94～0.97范围，垫层承载力标准值可达到200kPa ~250kPa,配合比按照砂子与碎石分别占全重70％和30％的比例原则设计，在实驗室进行不同级配两组砂石材料试配，最大干密度达到21.25kN/m3，将垫层分6层碾压完成。
3.2施工工艺
1)在基坑完成整体开挖至-4m后，首先利用挖掘机将原软弱层挖去并运走，基坑周边放坡并打入松木护桩。
2)在基坑边缘导入配置好的碎石进行换填，每回填30～50cm碎石砂后采用1.55～2.2kW平板式振捣器进行振捣，当回填至标高-2m处，采用6～10t的振动式压路机来回逐层辗压夯实,尽量防止扰动层底基坑原状土。
3)严禁换填层浸水,做好排水隔水措施，回填过程中水位升高，快速降水至回填标高附近，但不能在换土回填前大幅度降水，将会影响邻近建筑物的安全。
3.3换填结果
1)静载试验：地基换填完后，为确定换填是否达到设计要求，对工程实施静载荷试验，测试结果满足地基承载力要求，地基换填承载力大于150kPa。
2)沉降观测：设计要求对施工全过程实施沉降观测，在基础顶部设有2个沉降观测点，工程完成一年多，最大沉降值为9.5mm，未出现不均匀沉降现象，在规范容许范围内。
4 结语
1）砂石换填法进行地基处理时，关键是要控制好砂石垫层的配合比、压实系数、地基承载力和变形，同时也要满足基坑稳定性要求，必须待场地垫层辗压夯实沉降稳定，测试合格后方可施工基础工程。
2）目前施工过程中会经常碰到地基软基处理问题，对于换填深度一般不超过3m的软基，采用换填法是一种很好的选择。如果地基土承载力太低或大范围原土层太深，不易换填，建议采用水泥搅拌桩复合地基等其它方式进行加固处理。
3）除地基本身处理措施外，地基还要适应上部结构用基础选型，同时上部结构也必须适应地基基础的变形能力。地基、基础及上部结构是共同协调工作的整体，不可孤立地处理地基而忽视其它，还应适当增强建筑物的整体性和刚度。
参考文献
[1]龚晓南.地基处理手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2000．
[2]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范(JGJ79—2002).北京:中国建筑工业出版社,2002.
[作者简介] 李斌(1986-)，男，毕业于北京交通大学，硕士，助理工程师，主要从事建筑岩土工程勘查与设计研究工作。
关键词：砂石换填；垫层厚度；施工工艺；承载力
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
换填法是地基处理常用方法之一，因其施工简单、方便、经济，广泛应用处理浅层软弱地基，适用于淤泥、淤泥质土、素填土、软弱粉土、软弱粘性土、液化砂土地基及暗沟、暗塘等浅层地基。它是将基础下面某一范围内的软弱基土挖除，然后回填质量好的土料，分层压密，作为建筑物的持力层，其处理的地基深度一般为3～5m[1]。
1 工程简介
台橡实业有限公司苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)项目，位于南通市经济技术开发区，该工程主要由环己烷/异戊二烯储存区、原料配置区、原料纯化区、胶液汽提区、聚合反应区、管架区等单体组成，PR-8010区管架属排架结构，总长34m，宽8m，高12m，设计为独立柱基础，基础底部尺寸为2.1m×2.1m，基坑全面开挖至-2m。
图1勘探点平面位置图
拟建场地地貌类型属长江下游冲积平原区新三角洲平原，经勘察表明，第一冲填土层，第二素填土层，第三素填土混淤泥层，呈松散、流塑、软塑状，地基土均具有高压缩性，承载力低，属于地基软弱土，不宜作建筑、构筑物的持力层，第四层粉质粘土层及以下的土层呈硬塑状，具低压缩性、承载力高的特点，是勘察场地内建筑物的良好持力层，其中在 PR-8010管架区东北侧S28～S30勘探点处出现有暗沟，故设计采用砂石换填处理的方法进行地基处理，以达到地基承载力的要求，地基处理后承载力标准值须达到150Kpa。
2 换填垫层的设计计算
2.1 换填垫层厚度的确定
垫层的厚度应根据作用在垫层底面处土的自重压力与附加压力之和不大于垫层底下卧软弱土层承载力的原则确定[2]，从经济角度考虑垫层厚度不宜大于3m，同时厚度不应小于0.5m，实际设计中可根据地质勘察资料及基础埋深要求采用试算法，即预先估计一个厚度，然后按式(1)验算，直到符合要求为止。
（1）
式中：—垫层底面处的附加应力；—垫层底面处土的自重应力；—垫层底面处土层的地基承载力。
图2砂石垫层计算简图
而对于矩形基础， =（2）
式中：b—矩形基础宽度；l—矩形基础长度；—基础底面处土的自重压力值；p—荷载效应标准组合下基础底面处的平均压力值；z-基础底面下砂垫层的厚度，即预估厚度；—砂垫层的压力扩散角，可查表选用。
本工程预计换填软弱层厚度z为2m，z/b=2.0/2.1=0.95>0.5，填充材料为砂碎石，所以垫层的应力扩散角为30°,提取上部结构荷载，基础底面平均压力p=174.6kpa，其基础底面处土的自重压力=2×18=36kpa。
由公式 (2)可求出垫层底面处的附加应力:=2.1×2.1×(174.6-36)/[(2.1+2×2×tg30)×(2.1+2×2×tg30)]=31.43kpa, 垫层底面处土的自重应力=18*2+17*2=70kpa, +=101.43kpa<=150kpa,故满足要求，换填厚度可选定z=2m。
2.2 换填垫层宽度的确定
按规范垫层宽度应满足基础底面应力要求，可按下式计算
B≥b+2ztg =4.41m(3)
式中：b一垫层底面宽度，一垫层扩散角，取B=4.5m，按1:1.5边坡开挖。
3 换填垫层施工
3.1砂石材料的准备
1）砂石材料不含草根、垃圾等有机杂物，控制砂石含泥量不超过3％，限制碎石最大粒径不大于50mm，选用细度模数M为3.1～3.3的河砂，碎石粒径规格为20mm ～45mm和5mm～20mm的碎石，按照试验配合比二次拌制成级配混合料。
2）压实度控制在0.94～0.97范围，垫层承载力标准值可达到200kPa ~250kPa,配合比按照砂子与碎石分别占全重70％和30％的比例原则设计，在实驗室进行不同级配两组砂石材料试配，最大干密度达到21.25kN/m3，将垫层分6层碾压完成。
3.2施工工艺
1)在基坑完成整体开挖至-4m后，首先利用挖掘机将原软弱层挖去并运走，基坑周边放坡并打入松木护桩。
2)在基坑边缘导入配置好的碎石进行换填，每回填30～50cm碎石砂后采用1.55～2.2kW平板式振捣器进行振捣，当回填至标高-2m处，采用6～10t的振动式压路机来回逐层辗压夯实,尽量防止扰动层底基坑原状土。
3)严禁换填层浸水,做好排水隔水措施，回填过程中水位升高，快速降水至回填标高附近，但不能在换土回填前大幅度降水，将会影响邻近建筑物的安全。
3.3换填结果
1)静载试验：地基换填完后，为确定换填是否达到设计要求，对工程实施静载荷试验，测试结果满足地基承载力要求，地基换填承载力大于150kPa。
2)沉降观测：设计要求对施工全过程实施沉降观测，在基础顶部设有2个沉降观测点，工程完成一年多，最大沉降值为9.5mm，未出现不均匀沉降现象，在规范容许范围内。
4 结语
1）砂石换填法进行地基处理时，关键是要控制好砂石垫层的配合比、压实系数、地基承载力和变形，同时也要满足基坑稳定性要求，必须待场地垫层辗压夯实沉降稳定，测试合格后方可施工基础工程。
2）目前施工过程中会经常碰到地基软基处理问题，对于换填深度一般不超过3m的软基，采用换填法是一种很好的选择。如果地基土承载力太低或大范围原土层太深，不易换填，建议采用水泥搅拌桩复合地基等其它方式进行加固处理。
3）除地基本身处理措施外，地基还要适应上部结构用基础选型，同时上部结构也必须适应地基基础的变形能力。地基、基础及上部结构是共同协调工作的整体，不可孤立地处理地基而忽视其它，还应适当增强建筑物的整体性和刚度。
参考文献
[1]龚晓南.地基处理手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2000．
[2]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范(JGJ79—2002).北京:中国建筑工业出版社,2002.
[作者简介] 李斌(1986-)，男，毕业于北京交通大学，硕士，助理工程师，主要从事建筑岩土工程勘查与设计研究工作。