垫层法在软土地基处理中的应用

冯德强

（新疆公路工程咨询公司，新疆 乌鲁木齐830000）

1 工程概况

S316 线新源至旱田公路改建工程第一合同段项目位于新疆维吾尔自治区西北部伊犁哈萨克自治州新源县境内，公路自然区划为西北干旱区—伊犁河谷副区（Ⅵ4b）。西临伊宁市，东临那拉提草原风景区。本工程所处地区地势东部高、西部低，海拔为755～980m。依据本合同段项目区内地貌形态及成因可分为如下三种类型。

（1）山前洪积倾斜平原

上覆盖次生黄土，大部分段落地形较为平坦，起伏不大。局部路段穿越黄土梁，地形略有起伏。

（2）冲积平原

土质平原，地形较平坦，有些地段略呈波状起伏，可见到小丘。

（3）侵蚀堆积河谷平原区

区内的河流主要有巩乃斯河、卡普河，一级阶地发育，零星有二级阶地发育。阶地基本对称，发育在河谷两岸，阶地堆积物为二元结构，阶地表面有次生的黄土状土和粉质土覆盖。

全线共41.5km，设计桥梁2座，其中卡甫河大桥中心桩号位于S316 线K45+785，桥梁起点K45+613，终点K45+957，全长344m。该桥位于直线段内，纵面位于0.11%直坡段内，桥长及桥下过水能力不受设计水位影响，上部构造采用（4—30m）+（4—30m）+（3—30m）预应力混凝土箱梁，桥梁交角度90°。全桥共三联，采用先简支后连续的施工方法；下部结构采用柱式墩、U 形台，扩大基础。另外1～10m 小桥1 座，上部采用预应力空心板，下部采用U 形桥台，扩大基础。 K44+700～K72+000段28km为路基加宽改建，K30+500～K44+700段为路面罩面段，计算行车速度为80km/h，设计荷载为汽车—20级。

2 软土地基处理施工方案

根据地质情况，存在软土或过湿土地基。设计中采用垫层法进行软土地基的处理。该段地基处理施工方案为该段清表后设置卵石垫层，反复碾压，至卵石垫层完全嵌入土层后再进行一次冲击碾压，在其上设置50cm 砂砾垫层。卵石直径不小于15cm。施工时先按规范（要求编制特殊路段路基处理施工方案，报监理工程师审批，并采用批准后的施工方案：新旧路搭接进行土工格栅铺设，并上报试验路总结，批复后由试验路总结得到的技术参数可作为大规模施工的依据，采取机械开挖，回填砂砾，人工铺设土工格栅，接头处理方法符合规范要求。

3 垫层设计

3.1 设计要求

根据地基承载力的要求进行垫层设计。垫层法是将基础下直接承受荷载的软弱土层进行换除，换之以具体足够承载力的垫层。垫层的使用可以使荷载在垫层中进行应力扩散，这样可以使下卧软弱土层顶面处所受到的应力满足土层承载力的要求。或者使用的垫层是低压缩性的垫层时，可以降低垫层的沉降量。当工程中的软土厚度较小时，应全部置换软土层。

3.2 垫层的厚度

对于需要进行置换的软弱土层，应根据垫层的承载力确定基础的宽度和基底压力，再根据需置换软弱土的深度和垫层下卧层承载力确定垫层的厚度。垫层的厚度应适中，太厚会给施工造成难度，太薄则地基处理达不到要求，因此垫层的厚度通常为3m以内较为适合。

3.3 附加压力

对于垫层底面处附加压力的计算采用的理论基础为双层地基理论，方法为扩散角法。压力扩散角法在使用时要综合考虑垫层的材料和土层的性质。

3.4 垫层的宽度

垫层在确定宽度时应考虑基础底面应力扩散的要求，通常可以根据公式进行计算或者按照当地经验取值。垫层顶面宽度可以从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。

3.5 垫层的变形

对于软黏土地区进行换填垫层处理时，软弱下卧土层在荷载的作用下往往会产生较大的变形，并且可能出现较大的沉降差异。而对于粗粒材料的垫层，在施工中，垫层本身已经完成绝大部分的压缩变形，因而在粗粒材料的垫层中进行基础沉降的计算，可以忽略垫层本身的沉降值。而对于细材料垫层，则在计算基础沉降时，应将垫层本身的沉降加入考虑。

3.6 垫层的压实标准

垫层承载力的确定可以根据当地的经验进行取值，或者采用原位测试的试验方法进行确定。对于垫层模量的取值，应根据当地经验进行确定。

4 垫层施工技术

4.1 施工原则

（1）当地基持力层中存在软硬不均匀点时，对于其处理方法要综合考虑持力层的稳定性和建筑物的安全性。当软硬不均匀点的范围较小、埋深较深、四周土层较为稳定时，地基土的压缩基本不会对建筑物产生影响，因此对于软硬不均匀点可以不予考虑。否则，应对软硬不均匀点进行处理，通常进行挖除，并进行分层回填，回填土的选用要遵守与周围土的土质和密实度一致的原则，土层在回填之后进行夯实，减少换填土层在荷载作用下的不均匀变形。

（2）当垫层底下的软弱下卧层中存在软硬不均匀点，情况与（1）中所述一致时，不对软硬不均匀点进行处理，或者在对不均匀沉降要求不高的工程中，也可不对软硬不均匀点进行处理，其处理的原则和方法与（1）中一致。

（3）垫层下的软弱下卧层在施工中如果遭受到扰动，将会使其本身所具有的一定的结构强度遭到破坏，使其强度大大降低，同时产生较大的变形，强度的降低和变形的加大都会对建筑物的安全使用造成影响。在施工开挖基础时，通常采取的措施是预留约200mm 的保护层，接着进行垫层的换填施工，在完成之后对保护层挖除一段并立即用换填材料进行铺填，直至将所有的保护层

全部挖除换填完成，这种施工方式可以保护软弱下卧层不受施工的扰动破坏。

4.2 砂石垫层施工要点

（1）在砂石垫层的施工过程中，应避免对软弱下卧土层进行扰动。砂石垫层在铺设时应保证全部平面在同一个高程上，施工中应按先深后浅的原则进行。当分层进行垫层的铺设时，在每完成一层垫层的铺设之后应进行夯实，保证垫层的密实度，在密实度符合要求之后才可进行上一层的垫层铺设施工。

（2）当砂石垫层的材料采用人工进行配置时，在施工前应将砂石进行拌和，拌和均匀之后才可进行铺设和夯实。碎石垫层通常采用的材料为自然级配的碎石，其粒径大小一般为5～40mm，泥土的含量不得超过5%。当采用的垫层材料为卵石或者碎石时，在夯实之前应进行浇水湿透。

（3）在垫层施工完成之后应对垫层的各项指标进行检查，如表1所示。

表1 垫层检查项目

4.3 质量检验

（1）在垫层施工完成之后，应进行质量检验。对于砂石垫层，质量检验时采用重型动力触探的方法。在垫层中可以设置纯砂检验点，并且采用环刀取样法进行检验，或者还可以采用灌水、灌砂法进行垫层质量的检验。

（2）在进行垫层的检验时，应先进行现场试验，所进行试验的区域应该是压实系数达到设计要求的垫层，采用动探或者贯入试验进行垫层的检验，将试验所得到的贯入深度或者击数作为压实系数的控制标准。

5 结语

在软土地基上修建基础通常无法达到要求的地基承载力，因此此时应对软土地基进行处理。本文结合工程实例，采取垫层法处理软基，总结了换填垫层法设计及其具体的施工要点和施工实践等，工程实施效果表明垫层法在软土地基处理中应用的可行性，为同类工程提供参考借鉴。

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