1、前言
在進行水工建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計時，時常會碰到軟弱地基問題。下面就根據(jù)自己的一些工作實踐經(jīng)驗，淺談一下軟弱地基如何處理和換土墊層法在惠州市某泵站機房基礎(chǔ)設(shè)計中的應(yīng)用情況。
2、軟弱地基的處理方法
直接利用軟弱土層作為建筑物地基時，一般應(yīng)按以下要求進行設(shè)計：
軟弱土層為淤泥和淤泥質(zhì)土?xí)r，應(yīng)充分利用其上覆較好土層作為持力層；
若軟弱土層為沖填土、建筑余泥和性能穩(wěn)定的工業(yè)廢料，并且均勻性和密實性較好時，均可利用作為持力層。
對于有機質(zhì)含量較多的生活垃圾和對基礎(chǔ)有侵蝕性的工業(yè)廢料等雜填土，未經(jīng)處理不宜作為持力層。
當(dāng)?shù)鼗休d力和變形不能滿足設(shè)計要求時，則應(yīng)將地基進行人工處理。這種經(jīng)過人工處理的地基稱為人工地基。
局部軟弱土層及暗溝、暗塘的處理，可采用基礎(chǔ)加深、基礎(chǔ)梁跨越，換土墊層或樁基等方法。
當(dāng)?shù)鼗休d力和變形不能滿足設(shè)計要求時，地基處理可選用機械壓（夯）實、換土墊層、堆載預(yù)壓、砂井真空預(yù)壓、砂樁、碎石樁、灰土樁，水泥旋噴或深層攪拌形成的水泥土樁以及樁基等方法。
處在地下水位以上，由建筑余泥或工業(yè)廢料組成的雜填土地基，可采用機械壓（夯）實方法進行處理。其中重錘夯實的有效夯實深度可達(dá)1.2m左右；若采用強夯，則有效夯實深度應(yīng)經(jīng)試驗確定；當(dāng)需要大面積回填夯實時，可采用機械分層回填碾壓方法；處理含少量粘性土的建筑余泥、工業(yè)廢料和爐灰填土地基時，可采用振動壓實的方法。當(dāng)震實機自重2t，振動作用力100kN時，有效夯實深度可達(dá)1.2~1.5m。
處理較厚淤泥和淤泥質(zhì)土地基時，可用堆載預(yù)壓、砂井堆載預(yù)壓或砂井真空預(yù)壓。采用堆載預(yù)壓時，預(yù)壓荷載宜略大于設(shè)計荷載，預(yù)壓時間應(yīng)根據(jù)建筑物要求以及地基固結(jié)情況決定，同時應(yīng)注意堆載大小和速率對周圍建筑物的影響。采用砂井堆載預(yù)壓或砂井真空預(yù)壓時，應(yīng)在砂井頂部作排水砂墊層。
用砂樁、碎石樁、灰土樁、水泥旋噴或深層攪拌樁處理軟弱地基時，樁的設(shè)計參
數(shù)宜通過試驗確定。施工時，表層土如有隆起或松動，應(yīng)予以挖除或壓實。對地基承載力、變形或穩(wěn)定性要求較高的建筑物，若用樁基，則樁尖宜打入壓縮性低的土層中。
若僅需處理軟弱地基的淺層，可采用換土墊層的方法。
總之，軟弱地基的處理應(yīng)該因地制宜，處理后的地基承載力應(yīng)滿足設(shè)計要求。
2、換土墊層的設(shè)計應(yīng)用
換土墊層就是將基礎(chǔ)下面一定厚度的軟弱土層挖除，然后以中砂、粗砂、礫石、碎石或卵石、灰土、粘性土以及其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料。墊層應(yīng)分層夯實，每層夯實后的密度應(yīng)達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
換土墊層設(shè)計包括決定墊層所應(yīng)具有的最小寬度和厚度。
在墊層的寬度方面，根據(jù)建筑經(jīng)驗，墊層的頂寬一般采用較基礎(chǔ)底邊每邊寬出200mm，墊層的底寬一般取基礎(chǔ)同寬（如圖1）。墊層的厚度應(yīng)根據(jù)作用在墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于軟弱土層承載力的條件確定，同時厚度不小于500mm。
在該灌站機房的基礎(chǔ)進行設(shè)計時，由鉆探資料顯示，該地基為很厚的軟粘土層，其承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=80kN/m2，重度γ=17 kN/m3，IL=1.00，e=1.00。已知機房獨立基礎(chǔ)承受上部結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計值F=155 kN，設(shè)計室內(nèi)外高差為0.3m，室外基礎(chǔ)埋深d=0.80m。從以上數(shù)據(jù)可知，該地基承載力和變形不能滿足設(shè)計要求。
由于該灌站交通不便，重型機械無法進入（如打樁機等），為了減少工程投資，又能達(dá)到設(shè)計要求的目的，經(jīng)幾個方案比較，決定采用直接用人工就可施工的換土墊層法作為該灌站基礎(chǔ)設(shè)計。在墊層材料方面，采用中砂作為墊層，其承載力設(shè)計值按f=180 kN/m2計算（施工時砂墊層密度控制在中密程度），重度取γ=19.5 kN/m3。
按公式l = b=[F/(f-γh)]1/2確定基底長度和寬度（獨立柱正方形基礎(chǔ)）。
式中：l 、b——基礎(chǔ)底面長和寬；
F——上部結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計值；
f——換土墊層承載力；
γ——基礎(chǔ)及回填土平均重度，一般取γ=20 kN/m3；
h——基礎(chǔ)自重計算高度。
l =b=[F/(f-γh)]1/2=[155/（180-20×0.95）]1/2=0.98m，取l =b=1.0m
下面進行砂墊層厚度的計算：
在進行砂墊層厚度計算時，一般應(yīng)滿足pcz+pz≤fz
式中：pcz——作用在墊層底面處土的自重應(yīng)力（kN/m2）;
pz______墊層底面處的附加應(yīng)力設(shè)計值（kN/m2）;
fz________墊層底面處軟弱土層承載力設(shè)計值（kN/m2）;
采用該式確定墊層厚度時，需要用試算法,即預(yù)先估計一個厚度，然后按上式校核，如不滿足要求時，必須增加墊層厚度，直至滿足要求為止。
為了減少計算工作量，設(shè)計該機房基礎(chǔ)換土墊層的厚度時，采用了查曲線圖的計算方法：曲線圖見《建筑地基基礎(chǔ)》 1990 . 10；231。
首先，按下式計算出k1值
k1=[fk+ηbγ軟（b-3）+ηdγ軟（d-0.5）-γ軟d]×10/p0
其次，按下式計算出k2值
k2= k1+15b(ηdγ軟-γ墊)/ p0
式中：p0——基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力（kN/m2）;
fk——墊層底面處軟弱土層的承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）;
ηb、ηd——分別為基礎(chǔ)寬度和埋深的承載力修正系數(shù)；
d——基礎(chǔ)埋置深度（m）；
γ軟、γ墊——分別為軟弱土層和墊層的重度（kN/m3）。
然后根據(jù)k1、k2和基礎(chǔ)底面長邊與短邊的比值n=l/b，由曲線圖查得m值。
最后算出墊層厚度z=mb。
本基礎(chǔ)：fk=80kN/m2、d=0.8m、γ軟=17 kN/m3、γ墊=19.5 kN/m3、按表查得ηb=0、ηd=1.1。
另外，p0=（F+G）/b-γd=（155+1×0.95×20）/1-17×0.8=160.4 kN/m2，代入上兩式得：
k1=[fk+ηbγ軟（b-3）+ηdγ軟（d-0.5）-γ軟d]×10/p0
=[80+1.1×17×(0.8-0.5)-17×0.8] ×10/160.4
. =4.49
k2= k1+15b(ηdγ軟-γ墊)/ p0
=4.49+15×1×(1.1×17-19.5)/160.4
=4.42
根據(jù)k1=4.49、 k2=4.42和n=1查曲線圖得m=0.82。
則砂墊層厚度：z=bm=1.0×0.82=0.82 m，取
z=0.85 m ，如圖2所示。
3、結(jié)語
該灌站工程建成且連續(xù)安全運行已有五年多，經(jīng)觀測，機房基礎(chǔ)沉降<2mm（基本無沉降），機房上部結(jié)構(gòu)無任何異常情況，運行良好。因此采用“換土墊層法”處理軟弱地基，滿足規(guī)范要求，滿足運行要求，是經(jīng)濟和安全的。
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