换土垫层方法处理地基的应用

　　换土垫层方法处理浅层地基，具有造价低、施工工艺简单、效果明显等特点。因此，在工程建设中得到广泛应用。本文拟结合总结本区工程实践，对换土垫层方法应用中的一些问题提出讨论。

　　一、换土垫层方法的作用

　　营口地区地基土，依其岩性及埋藏条件自地表以下依次可分为四个不同的主要地层：人工填土、褐黄色粘性土层、灰色粘性土层、黄色粘性土与粉细砂层。褐黄色粘性土层，是本地区天然地基基础主要持力层，地层厚度由西向东一般为1-2米至4-5米。但是由于一些场地灰色粘性土层中的淤泥与淤泥质埋藏浅、旧城区普遍分布有不均匀的杂填土，工程建设中，需要对地基加固处理。换土垫层方法是本区工程建设中浅层地基处理的主要方法，换填材料主要是低压缩性的中、粗砂。特别在住宅工程中应用最广泛。

　　通过对建筑物使用情况的宏观调查，八十年代以来，在垫层地基建成的建筑物至今使用正常。说明换土垫层方法对改善地基的受力状态，具有显著的作用。它的作用可以概括为以下方面：一是改善地基的强度条件。由于挖出原来的软弱土层，换填强度高、压缩性低的中、粗砂层，必然较大幅度提高地基持力层的承载力，同时通过垫层的应力扩散作用，又减少了下卧层所受附加应力的影响，从而满足上部荷载对地基强度方面的要求。二是明显改善地基的变形条件。1、以一定厚度的垫层为基础持力层，因垫层为低压缩性材料，垫层本身变形量不大，因此减少地基的最终变形量。2、因垫层的应力扩散作用，使其下卧的天然地层所受附加应力减少，因而也改善了地基下卧层的变形状态。3、垫层材料渗透系数大，固结速度快，下卧层受力后，垫层作为良好的排水界面使地基土的孔隙水压力迅速消散，从而加速地基的固结过程。三是改善地基的冻胀环境。垫层为粗颗粒材料构成，属于不冻胀性土，孔隙大、切断毛细管作用，可以有效的防止基础冻胀破坏，在北方地区对基础浅埋是有利条件。

　　二、换土垫层厚度与宽度的设计问题

　　换土垫层方法处理地基，在应用中垫层厚度与宽度是设计的主要问题。影响垫层厚度（H）的因素是：上部结构荷载（N）的大小、垫层本身的密实度（Dr）和强度（fo）、下卧层的地基承载力（fd+z），可以用H=f（N.fo.fd+z）表述。在工程应用中多数采用中、粗砂以上粒径的材料，施工加固处理后，相应的密实度应为中密以上状态，因此，垫层本身的承载力应在180-200Kpa以上。按照地基应力（自重应力、附加应力）的分布规律，垫层地基的承载力还应满足下卧层强度验算的要求，既作用在垫层底面处土的自重应力（δcz）与附加应力（δz）总和，不大于下卧层的允许承载力。由此可见，当上部结构荷载、垫层强度一定时，下卧层的地基承载力的大小对垫层厚度起决定作用。地基附加应力的分布规律主要取决于上部荷载作用的特点和大小，在工程中上部荷载多为面荷载，因此，地基附加应力的分布规律也与基础的几何形状有关，可以概括为条形、矩形二种基础形式，地基中任一点的附加应力，可按照现行地基基础设计规范的要求计算。

　　按照上述原则，根据本区的地质条件，对中小型工程荷载变化范围内的垫层厚度，可按条形、矩形二种基础形式分别进行计算。垫层厚度的计算，实质是地基软弱下卧层强度验算问题。在计算时，为了减少试算工作量，根据本区实际情况，可将垫层的承载力设计为160-200Kpa，垫层厚度按1.0、1.5、2.0、2.5M，下卧层地基承载力按7-11Kpa进行计算。将本区垫层厚度确定为上述四个档次（常用的主要是前三个档次）依据是：1垫层厚度小于1m效果不明显，而大于2m施工困难，也不经济。2垫层厚度的设计，应满足施工分层铺设厚度的要求，否则，在施工中会造成有的分层厚度过大或过小，不利于震捣密实，工程质量难以控制。3有利于减少变形总量。基底附加应力，通过上述四个档次厚度的应力扩散，可减少下卧层顶面处的附加应力，有效的利用垫层地基的承载能力，调整基础底面尺寸。从工程应用角度，确定地基承载力主要是为设计基础宽度、构造措施提供依据。从强度安全方面考虑，基础尺寸越大越安全，但是基础尺寸越大，压缩层计算深度越大，或者说变形越大，地基变形增加超出允许变形值，同样会给建筑物带来损坏。当变形条件不能满足要求时，再大的强度安全储备也无实际意义。

　　垫层的宽度如何确定，也是设计中应当重视的问题。应根据垫层侧面土的承载力决定，基础荷载在垫层中引起的水平应力使垫层有侧向挤出的趋势，如果垫层宽度不足将有被压溃的可能，增加基础沉降量。这一点在现行规范中已作出明确规定，工程实践中应严格执行，正确处理垫层的宽度与基槽开挖放坡度的关系。

　　三、换土垫层方法应用中的问题

　　换土垫层方法处理地基，在本区取得了明显的社会经济效益，但是也提出了一些值得研究和重视的问题。

　　1、工程勘察中必须详细查明场地的工程地质条件。换土垫层方法与其他地基处理方法一样，有其适应性和局限性，而工程地质条件又是问题的主要方面。当前勘察中存在的问题主要是：对拟建场地有关工程地质资料的收集工作不到位；勘察工作深度未按强制性标准严格执行；地层划分粗糙；对建议的地基基础方案笼统、缺少合理论证。

　　2、工程设计中必须合理确定技术参数。换土垫层作为人工地基，如何确定地基的技术参数，对于保证工程建设安全性、经济性质量具有决定性的影响。因此，必须结合场地的具体条件、工程特点，对垫层地基合理设计。设计的内容应当包括垫层换填材料质量要求、厚度和宽度、施工工艺要求等。目前存在的主要问题是：人工地基设计深度不够；垫层地基承载力应用值普遍偏低；有的简单从事，虽然进行了换土垫层处理，但是基础尺寸不按照处理后的地基承载力进行调整，垫层的经济效果得不到利用；有的未按照地基附加应力扩散的规律，经济的确定垫层的厚度和宽度；有的不根据场地的具体条件，不适当的进行换填垫层方法处理，导致垫层厚度过大，造价增高、施工困难；有的不依据下卧层的土质条件调整垫层水平方向厚度的变化。

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　　3、垫层的施工质量必须满足强制性标准的要求。当前，不按照强制性标准、设计规定的工艺参数施工，是一个较为突出的现象。主要问题是：材质的选择不按质量标准、设计要求进行合理级配；对垫层底层，没有根据本区土质结构性强的特点妥善处理；本区垫层施工一般采用水撼法，但有的分层铺设厚度过大或不分层铺设撼实；分段施工搭接处不按标准正确布置；有的施工过程质量检验失控，密实度指标偏低。

　　分析换土垫层方法在应用中的问题，给我们今后工程建设中有关地基的处理提供了五点启示：

　　1、进一步提高换土垫层方法的应用水平。垫层地基适用于荷载不大的中、小型工程建筑，从本区建筑发展水平和经济实力，它既是一种传统的方法，也是一种应用广泛的方法。因此，应当系统总结本区的建筑经验，形成与本区地质条件相适应的勘察、设计、施工方法，进一步提高应用水平。近年来，在本区工程建设中，各种地基处理方法的引进、推广进程较快，有的适应本区的地质条件，有的适应性较差，需要总结经验、不断完善。判别某种方法先进与落后，应当密切结合场地条件、工程特点，从安全性、技术性、经济性等方面综合分析。任何一种地基处理方法都有其相应的适应性和局限性。企图用一种固定方法解决本区全部场地的地基问题，是不现实的。

　　2、垫层设计厚度应合理界定。从本区建筑经验看，垫层厚度一般不宜大于3米，否则不但不经济，而且因本区地下水位高，施工也很困难。因此，当场地条件不宜采用换土垫层方法处理时，应选择更合适的处理方法。

　　3、对下卧层土的强度和变形特点应做具体分析。从本区实际情况看，需要进行换土垫层处理的场地，下卧层多数为淤泥和淤泥质土，有时强调一律挖尽淤泥和淤泥质土，在工程实践中不仅是困难的，有时也难以作到。实际上从垫层作用的机理看，垫层的厚度只要满足下卧层顶面地基附加应力的要求，一定要挖尽淤泥和淤泥质土、必须见到“好土”的做法，并无实际意义。

　　4、垫层地基同样要重视不均匀变形问题。换土垫层方法可以明显改善地基的变形条件，但是由于下卧层土质的不均匀、不良地质现象的存在，如果地基的局部处理不从勘察、设计、施工、质量检验等方面重视，妥善处理，同样可能引起不均匀沉降，本区的建筑实践也提供了这方面的经验。因此，对于本区的垫层地基在进行强度验算的同时，尚应结合工程的要求进行变形验算，达到安全与经济。

　　5、不注重地基处理方法选择经济性的研究，是值得重视的倾向。不考虑方法本身的局限性，有时虽然多花了钱，但并不能达到预期的效果。例如本区某场地因对地质条件缺少具体分析，采用粉喷桩复合地基，经测试复合地基承载力仅相当于原有天然地基承载力。而在同一场地条件下，八十年代以来建成的住宅，采用天然地基或换土垫层方法处理，至今使用正常，但基础工程的造价却有明显的差异。

　　进一步优化地基处理方案的选择与设计，解决换土垫层等地基处理方法应用中存在的问题，需要勘察、设计、施工、检测、质量监督管理部门的共同努力。首先，进一步加强企业内部质量管理，严格自律、规范质量行为，落实质量责任制、努力提高质量自控能力。其次，严格贯彻执行建设工程牵制性标准。第三，进一步规范建筑市场秩序，目前不正常竞争的劣性循环还没有得到根本的改善，也是导致工程建设出现诸多质量问题的重要原因。第四，进一步加大对勘察、设计质量的监督管理力度。确保地基基础和主体结构安全，是《建设工程质量管理条例》规定的、最重要的、质量管理目标，但是在实际监督管理过程中，往往偏重于主体结构质量的监督检查，偏重于安全性质量的监督管理，忽视勘察设计质量、地基基础质量、经济性质量的监督管理。这是质量监督管理指导思想的一种倾向，应当按照《建设工程质量管理条例》的要求，通过深化改革，调整工作思路。对地基基础和主体结构安全质量、经济性质量同步强化监督管理。