灰土垫层在小高层住宅楼地基处理中的应用技术

任瑞平

(杨凌职业技术学院， 陕西 杨凌 712100)

0 引 言

灰土垫层是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量情况下，充分拌合，分层回填夯实或压实而成。一般用于加固深1～4 m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。本文结合实际工程案例对小高层地基处理中的应用技术进行了分析。

1 工程概况

该幢楼房位于杨凌示范区田园居内，建筑场地地貌单元属渭河左岸二级阶地，湿陷类型为非自重湿陷性场地，沉陷等级属I(轻微)级。该小高层住宅楼地上11层，地下室1层，型体呈“Y”型，等代基础长度约30 m，宽度约20 m，剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，安全等级为二级。相对标高±0.000等于绝对标高455.950 m。地基基础经比较后选用灰土垫层地基、片筏基础。基底压力P=240 kPa，基础埋深=3.85 m。场地地下潜水19.8 m。

2 工程地质概况

依据《建筑场地岩土工程勘察》报告提供的资料可知，该建筑场地地基土由上至下可分为9层，现扼要描述如下：

耕作层、素填土①总厚约2.70 m，场地平整时予以清除，无工程意义。

黑垆土②层，中等压缩性，层厚2.05 m，fak=150 kPa。

黄土③层，中等湿陷性和高压缩性，层厚3.95 m，fak=120 kPa。

黄土④层，中等偏低压缩性，无自重湿陷性，层厚4.80 m，fak=170 kPa。

古土壤⑤层，弱湿陷性和中压缩性，层厚2.10 m，fak=200 kPa。

粉土⑥层，弱湿陷性和低压缩性，层厚2.40 m，fak=210 kPa。

粉细砂⑦层，层厚0.80 m，fak=210 kPa。

卵石⑧层，花岗岩、石英岩、片麻岩为主，呈亚圆型，表面弱风化，层厚0.60 m，fak=400 kPa。

圆砾⑨层，一般2～5 cm，最大20 cm以上，层厚2.50 m(未穿透)，fak=500 kPa。

3 灰土垫层地基设计

3.1 该建筑物选用灰土垫层地基的原因

只所以选用灰土垫层地基，主要原因是：可以充分发挥黄土④层承载力较高，压缩性中等偏低，无自重湿陷性，压缩模量较大的优势；在地基压缩层范围内，构成地基的各土层如古土壤⑤层，粉土⑥层，粉细砂⑦层工程能力都较强，地基无软弱下卧层；由于各层土压缩模量均较大，地基沉降量将大大减少；灰土垫层施工就地利用原土，简捷方便，经验成熟，有利节省建设投资。

3.2 灰土垫层厚度及材料

灰土垫层材料为3∶7灰土。灰土垫层厚度要保证垫层底落在黄土④层内。从黑垆土②层层面起，至黄土③层底，合计厚度6.00 m(见图1)，减去基础埋深3.85 m，尚余2.15 m，灰土层厚度按2.50 m设计，即可使垫层底入黄土④层0.35 m。

图1 土层、基础、灰土垫层示意图

3.3 灰土垫层地基计算

3.3.1 按地基规范确定地基承载力：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγ0(d-0.5)

式中:fa为修正后的地基承载力特征值，kPa；fak为地基承载力特征值；取灰土fak=230kPa；ηb、ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数(按基底下土的类别查表有：ηb=0，ηa=1.0);γ为基础底面以下土的重度，kN/m3，地下水位以下取有效重度；b为基础底面宽度，m，当宽度小于3 m按3 m计，大于6 m按6 m计；γ0为基础底面以上土的加权平均重度，kN/m3，地下水位以下取有效重度，γ0=16.4 kN/m3；d为基础埋置深度，m。

fa=fak+ηbr(b-3)+ηdr0(d-0.5)=

230+1.0×16.4×(3.85-0.5)=285 kPa

fa>p，即268.5 kPa>240 kPa，说明灰土垫层的承载力满足要求。

3.3.2 灰土垫层顶面附加应力P0的计算

P0=P-Pc=P-γ0×d=

240-(2.05×17.3+1.80×15.5)/3.85×3.85=

240-63=177 kPa

3.3.3 灰土垫层底面附加应力PZ的计算

=141 kPa

(其中θ=30°)

3.3.4 灰土垫层底面土自重应力Pcz的计算

Pcz=γH=(6×16.4+0.35×17.5)/6.35×6.35=104 kPa

3.3.5 灰土垫层底以下黄土④层的承载力设计值fz的计算

黄土④层的承载力fak=170 kPa,γ=17.5 kN/m3，γ0=16.4 kN/m3

取ηb=0.2，ηd=1.25

则fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγ0(d-0.5)=

170+0.2×17.5×(6-3)+1.25×

16.4×(6.35-0.5)=300

Pz+Pcz=141+104=245 kPa

300 kPa

说明黄土④层的承载力满足要求。

3.4 灰土垫层地基沉降量

按分层总和法原理和计算公式，计算出该建筑物灰土垫层地基沉降量(中心点)为29.04 mm，压缩层厚度19 m(计算过程略)。

4 施工要点及注意事项

4.1 材料要求

(1)土宜先采用地槽中挖出的原土，但不能含有有机杂质，使用前应先过筛，其粒径不得大于15 mm，含水量应符合规定。

(2)石灰应用块灰或生石灰粉，使用前应充分熟化过筛，不得含有粒径大于5 mm的生石灰块，也不得含有过多的水分。

4.2 操作工艺

检验土料石灰粉的质量并过筛→灰土拌合→槽底清理→分层铺灰土→夯打击实→找平验收。

4.3 灰土垫层施工要点

(1)对基槽(坑)应先验槽，消除松土，并打两遍底夯，要求平整干净，如有积水、淤泥应晾干；局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。

(2)灰土配合比应符合设计规定，一般用3∶7(石灰∶土，体积比)。多用人工翻拌，不少于三遍，使达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手搓成团，两指轻捏即散为宜，一般最优含水量为14%～18%(质量比)。如含水分过多或过少时，应稍晾干或洒水湿润，如有球团应打碎，要求随拌随用。

(3)铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度30 cm，夯实机具根据工程大小和现场机具条件或机械夯打或碾压，遍数按设计要求的干密度由试夯(或碾压)确定，一般不少于4遍。

4.4 灰土垫层地基施工及检测

施工单位依据设计要求，采用大开挖方式，基坑挖至垫层底设计标高，换填3∶7灰土，经机械过筛，拌合后进行机械铺填，人工整平，每层用15 t压路机碾压4遍，总厚度2.50 m，碾压过程中施工单位进行了自检，以保证压实质量。垫层经质量检测部门进行检测后，结论是垫层均匀，承载力满足设计要求。

5 结 论

建筑单位委托杨凌示范区规划建设土地局测绘队于2007年11月至2011年3月共3年多的时间对该建筑物进行沉降观测。整幢楼房布设沉降观测点10个，共观测16周期，最大沉降量21.29 mm，最小沉降量16.74 mm，平均沉降量18.94 mm。观测资料表明沉降量、基础局部倾斜等变形特征值均在规范容许范围内，沉降速度己进入稳定阶段。

本文结合工程实例对灰土垫层地基计算方法作了简明的阐述，上述沉降观测资料验证了建筑物地基基础所选择的方案是正确的，起到提高地基的强度和减少地基变形的作用，同时也证明施工质量是合格的。

参考文献:

[1] 西安宏基建筑勘察设计工程有限公司.杨凌田园居小区岩土工程勘察报告[R].西安：西安宏基建筑勘察设计工程有限公司，2005.

[2] GB50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

[3] 陈晓平,陈书申.土力学与地基基础[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.

[4] JGJ/T 8-97,建筑变形测量规范[S].

[5] 杨凌示范区规划建设土地局测绘队.田园居小高层住宅楼沉降观测成果[R].杨凌：杨凌示范区规划建设土地局测绘队，2011.