砂垫层的地基基础设计

探讨砂垫层的设计方法及砂垫层的工程质量保证措施，合理的应用这种地基处理方法。

当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换填垫层来处理软弱土地基。换填砂垫层法具有施工工艺简单，施工不需特殊机械，施工周期短，施工质量易于控制等特点，故成为多层建筑软弱地基处理常用的方法之一。

1.换填砂垫层设计

1.1设计原理

换填砂垫层法就是将基础下一定厚度的软弱土层挖掉，然后换填以强度较大的砂、碎石或灰土等材料，并夯至密实，使换填的砂垫层承载力满足基础底地基承载力的设计要求，同时通过压力扩散作用，使垫层底面处软弱土层的承载力满足要求，所以换填砂垫层设计的关键是垫层的厚度、宽度的确定及其下卧土层承载力的验算。

1.2垫层承载力的确定

垫层材料宜选用中砂、粗砂、砾砂、圆砾‘石屑等，级配良好，不得含有植物残体、垃圾等杂物。垫层的承载力宜通过现场原位测试确定，如采用浅层平板荷载试验等确定。对一般工程，当无试验资料时，可根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）条文说明中确定，即当垫层压实系数λc=0.94～0.97时，承载力特征值取150～200Kpa，压实系数小的垫层，承载力特征值取低值，反之取高值。

1.3垫层厚度的确定

垫层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经深度修正后的地基承载力特征值的原则确定，同时其厚度不小于0.5m，亦不宜大于3m。实际设计中可根据地质勘察设计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。

Pz+Pcz≤faz （1）

Pz――荷载效应标准组合时垫层底面处土的附加压力值，Kpa；

Pcz――垫层底面处土的自重压力值，Kpa；

faz――垫层底面处土层经深度修正后的地基承载力特征值，Kpa。

1.3.1 垫层底面下卧土层的地基承载力

faz=fak+ηbγ（b-3）+ηdγm（d-0.5） （2）

式中：fak――地基承载力特征值（包括查表得到的地基承载力特征值的经验值和试验得到的地基承载力特征值），Kpa；

ηb、ηd――考虑基础宽度、埋深影响的地基承载力修正系数，据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）ηb取0，ηd取1.0；

γ――垫层底面处土层的重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；

γm――垫层底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度，kN/m3；

d――垫层埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。

1.3.2 附加压力值

式（1）中垫层底面处的附加压力值Pz，可按式（3）、式（4）进行简化计算。

对条形基础 （3）

对矩形基础 （4）

式中：b――矩形基础和条形基础底面的宽度，m；

l――矩形基础底边的长度，m；

pc――基础底面处土的自重压力值，kpa；

pk――荷载效应标准组合下基础底面处的平均压力值，kpa；

z――基础底面下砂垫层的厚度，即预估厚度，m；

θ――砂垫层的压力扩散角，当z/b=0.25时，取θ=20°；当z/b≥0.5时，取θ=30°；当0.25＜z/b＜0.5时，θ可内插求得。

1.3.3 土的自重压力值

式（1）中垫层底面处土的自重压力值Pcz按式（5）计算。

式中：γi――垫层下卧土层顶面以上各层土的重度，kN/m3;

hi――垫层下卧土层顶面以上各层土的厚度（包括砂垫层），m。

1.3.4 垫层宽度的确定

垫层的宽度应能满足基础底面压力扩散的要求，要按式（6）确定。

b’>b+2tgθ （6）

式中 b’ 为垫层的底面宽度，垫层的顶宽每边宜超出基础底边不小于0.3m，同时为避免砂垫层受到扰动，确保砂垫层的稳定及建筑结构的安全，砂垫层周围应砌筑挡砂墙。

2.工程质量保证措施

为了保证砂垫层质量达到设计要求，施工过程中须采取如下措施，确保工程质量达到设计要求：1）砂垫层的分层铺填厚度可取200～300mm，为保证分层压实质量，应控制机械碾压的速度；2）基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚土层暂不挖去，待铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层；3）换填土层施工应注意基坑排水；4）必须重视挡砂墙的施工，避免出现挡砂墙破坏导致砂垫层失效的情况；5）施工基坑宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面宜挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实；6）垫层施工验收合格后，应及时进行基础施工。

3.结语

换填法适用于淤泥、淤泥质土、素填土及其它软弱土层地基的浅层处理。换填层的厚度、宽度应满足强度和变形的要求，对建筑地基范围内的局部换填，应根据计算沉降量确定其适用性。

参考文献

[1] 李大清，丁龙. 利用换土垫层法处理多层建筑物的浅层地基[J]. 山西建筑，2001（03）.

[2] 马楚城. 换填法在基础处理技术中的应用[J]. 西部探矿工程，2004（10）.

[3] 郝英奇. 换土垫层法垫层厚度的实用计算法[J]. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2002（02）.

[4] 刘巍，王青娟. 换填法地基处理相关问题讨论[J]. 矿山机械，1999（12）.

（作者单位：柳州市建筑设计科学研究院广西柳州545005）