换填厚度对提高地基承载力的定量分析

　　对软弱地基土进行加固处理常用换填法，这种方法又称换填垫层法，就是先挖除基底下处理范围内的较弱土再分层换强度大、压缩性小、性能稳定的材料，并压实至要求的密实度，作为地基的持力层。其作用是提高地基承载力，减小地基沉降量，加速土的排水固结，防止冻胀，消除土的胀缩和湿陷性。这种方法适用范围广，常用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟、古井等浅层处理，是一种既安全又经济的处理软弱地基的方法。

 

　　由于应用普遍，常常会有人问，换填法提高地基承载力不容置疑，问题是换填多厚，地基承载力能提高多少？它们之间有一种怎样的互动关系？能不能有一个较明确的回答。这是一个很实际的问题，作者经过生产实践、试验、运用经验与理论分析相结合的方法进行了如下思考和研究。

 

 

　　首先我们先提出一个经验量值范围。换填垫层厚度按实际经验，通常不应大于3m，否则工程量大，不经济，难施工。如垫层太薄小于0.5m，则不显著，效果差。一般换填垫层厚度应掌握在1～2m范围为宜。

 

　　软弱地基土的承载力特征值一般为fk=80～90kpa，在1～2m换填厚度前提下，处理后的地基承载力，根据不同的换填材料，也可提出一个经验值范围，天然砂砾石料地基承载力可达fk=200～300kpa；中砂、砾砂fk=150～200kpa。但由于上述换填厚度与提高的地基承载力经验值范围都较大，运用起来不好操作和掌握，作者运用下述两种方法对换填厚度相对应提高的地基承载力值进行了细分和定量分析：

 

 

　　第二，还可运用简便的应力在地基中的扩散原理进行框算。我们设定一个作用力，作用在换填垫层上，通过力向地基中传递、扩散，逐渐减小，当作用力传到地基产生的地基附加应力随深度逐渐减小到与软弱土承载力特征值接近时，即σz≤fk，此深度就看做是换填土层厚度。地基附加力计算公式，可采用集中荷载公式进行计算，即σz=α（α—应力系数，取用0.4775）。例如，某软弱土地基土承载力特征值fk=90kpa，设作用于换填垫层的荷载f=120kpa，通过σz=α计算，当Z=0.8m时，满足σz≤fk=90kpa（fk应用时不作修正），此时，换填厚度Z=0.8m所对应的地基提高承载力即为f=120kpa，以此类推，计算结果列于表中。

 

　　以上计算结果说明：第一，上述计算由荷载作用在地基中产生的附加应力符合应力扩散规律；第二，换填厚度增大，地基承载力逐渐提高。换填厚度小于0.7m由荷载产生的地基附加应力减小不是很大，说明这个换填厚度对提高地基承载力效果不是很好。当换填厚度达到1.0m以后，地基承载力得到迅速提高，说明换填厚度不要小于0.7m，换填厚度在1.0～1.5m之间既经济且效果最好。表中换填厚度（Z）与换填后地基承载力（f）互动关系值，经过工程检验基本是吻合，可供应用参考。