换土垫层法在水泵站建设中的应用

换土垫层法在水泵站建设中的应
用
孙宇红吕德浩
一、一般软弱地基的处理方法
直接利用软弱土层作为建筑物地基时，一般应按以下要求进行：
（一）软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用其上覆较好土层作为持力层、
（二）若软弱土层为冲填土、建筑余泥和性能稳定的工业废料，并且均匀性和密实性较好时，均可利用作为持力层：
（三）对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵害性的工业废料等杂质填土，未经处理不宦作为持力层。

当地基承载力和变形不能满足设计要求时，则应将地基进行人上处理，这种经过人1：处理的地基称为人工地基：
局部软弱土层及暗沟、暗塘的处理，可采用基础加深、基础梁跨越、换土垫层或桩基等方法。

当地基承载力和变形不能满足设计要求时，地基处理可选用机械压（夯）实、换土垫层、堆载预压、砂井真空预压、砂桩、碎石桩、灰土桩、水泥旋喷或深层搅拌形成的水泥土桩以及桩基等方法
处在地下水位以上，由建筑余泥或工业废料组成的杂填土地基，可采用机械压（夯）实方法进行处理。

其中重锤夯实的有
效夯实深度可达1.2m左右；若采用强夯，则有效夯实深度应经试验确定；当需要大面积回填夯实时，可采用机械分层回填碾压方法；处理含少量粘性土的建筑淤泥、工业废料和炉灰填土地基时，可采用振动压实的方法。

当震实机自重2t，振动作用力100 km时，有效夯实深度可达1.2—1.5 m：
处理较厚淤泥和淤泥质土地基时，可用堆载预压、砂井堆载预压或砂井真空预压采用堆载预压时，预压荷载宜略大于设计荷载，预压时问应根据建筑物要求以及地基固结情况决定，同时应注意堆载大小和速率对周围建筑物的影响。

采用砂井堆载预压或砂井真空预压时，应在砂井顶部作排水砂垫层：
用砂桩、碎石桩、灰土桩、水泥旋喷或深层搅拌桩处理软弱地基时，桩的设计参数宜通过试验确定。

施工时，表层土如有隆起或松动，应预以挖除或压实，对地基承载力、变形或稳定性要求较高的建筑物，若用桩基，则桩尖宜打人压缩性低的土层中。

若仅需处理软弱地基的浅层，可采用换土垫层的方法。

二、换土层的设计应用
当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时．将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石，素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰，或其它性能稳定、无侵蚀性等材料．井压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法。

其作用是：提高地基承载力；减少地基沉降量；加速软弱土层的排水固结。

此外，砂石垫层材料因颗粒较粗，孔隙较大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀，砂石垫层还对消除膨胀土的胀缩性、建筑场地下的暗沟处理以及增强土的抗液化性方面都具有较好的作用：
换土垫层设计包括决定垫层所应具有的最小宽度和厚度。

在垫层的宽度方面，根据建筑经验，垫层的顶宽一般采用比基础底边每边宽出300 mm，垫层的底宽一般取基础同宽（如图），但须经过计算确定。

垫层的厚层应根据作用在垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于软弱土层承载力的条件确定，同时厚度不小于500 mm，垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(<0.5 m)，作用不显著。

例：在某电灌站机房的基础进行设计时，由钻探资料显示，该地基为很厚的淤泥质土，其天然重度为17.6kN/m3，承载力特征值为80 kPa，上部结构作用在基础上的荷载为P=100
kN/m，基础宽度0.5m，埋深1.0m（如图）。

从以上数据可知，该地基承载力和变形不能满足设计要求。

由于该电灌站交通不便，重型机械无法进入（如打桩机等），为了减少工程投资，又能达到设计要求，经几个方案的比较，决定采用人工就可施工的换土垫层法作为该电灌站基础设计。

在垫层材料方面，采用可就地取材的中砂作为垫层。

（一）砂垫层厚度的计算
在进行砂垫层厚度计算时，一般应满足Pcz+Pz≤Fz 式中：Pcz-作用在垫层底面处土的自重力(kn/m2)
Pz -垫层底面处的附加应力设计值(kn／m2)
Fz -垫层底面处软弱土层承载力设计值(krl，mz)
采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，然后按上式校核，如不满足要求时，必须增加垫层的厚度，直至满足要求为止。

经计算，取厚度为1.0 m时：
Pz=b(Ps-Pc)/[b+2ztan θ ]=55.27kpa
Pcz=1 (d+z)=35.2kpa
Fz=106.4kpa
Pcz+Pz=90.47kpa<Fz=106.4kpa故满足设计要求？垫层的厚度为1.0 m。

（二）垫层的宽度确定
B?=b+2ztan 0 0=1.65 m(当z/b≥0.5时压力扩散角0为300)
（三）施工要点
1．垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。

密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。

这些方法都要求控制一定的含水量，分层铺砂厚约200—300 mm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。

2．垫层的砂料必须具有良好的压实性。

砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，允许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。

3．开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。

基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。

当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。

三、结束语
该水泵站工程建成且连续安全运行已有两年多，经观测，机房基础沉降<3 mm（基本无沉降），机房上部结构无任何异常情况，运行良好。

因此采用换土垫层法处理软弱地基，满足规范要求，满足运行要求，是经济和安全的。