超深砂卵石置换技术及原理及在工程中及应用

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1、超深砂卵石置换技术在工程中的应用郑杰平、陈富仲（中建五局三公司邮编410004）[提要]本文主要介绍砂石置换技术的原理及在工程技术中的应用，主要内容包括：砂石垫层的原理、砂石垫层的设计、施工及应用实例。[关键词]地基、软弱土层、砂石、置换、原理、设计、施工当建筑物或构筑物基础持力层软弱或不均匀，不能满足上部荷载对地基的要求或可能导致结构物不均匀沉降时，需对地基进行处理。本文仅就常用的地基处理方法——置换法的原理、设计、施工及应用进行简单的介绍。1砂石置换技术的原理砂石置换法是将基础底下一定范围内的软弱土层挖去，

2、然后以强度较大的砂石进行置换并将砂石分层夯、压或振动密实，以期达到提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀的目的，满足地基承载的要求。砂石置换法的主要原理：a、提高基础底面以下地基的承载力：地基的剪切破坏是从基础底面开始，随着基底压力的增大而逐渐向纵深发展，因此，基础底面下可能被剪切破坏的软弱土层为强度较大的砂石置换后，可避免破坏，从而提高地基承载力。14b、减少沉降量：基础下浅层的沉降量在总沉降量中所占的比例较大，以密实砂石代替软弱土层，可大大减少这部分沉降量，而且砂石垫层对地基中应力起着

3、扩散作用，使砂石垫层的下卧土层压力减小，也相应地减少了下卧土层的沉降量。c、加速软弱土层的排水固结。由于砂石垫层透水性大，基础承压时，可使基础下面的孔隙水压力迅速消散，避免地基地的塑性破坏，且可加速砂石垫层下卧软弱土层的固结并提高其强度。d、防止冻胀：砂石垫层材料颗粒较粗，不会产生毛细现象，因而防止冻结造成冻胀。2砂垫层的设计砂石垫层的设计应紧密结合现场实际情况，且符合经济合理的原则，设计项目有砂石垫层厚度的确定、砂石垫层宽度的确定、砂石垫层配合比设计、挡砂墙设计（如有必要）以及防止砂石漏失的措施等内容。2.1

4、确定砂垫层的厚度砂石垫层的厚度满足下式条件QCZ＋QZ≤fZ(1)式中，fZ——砂石垫层底面处软弱土层的地基承载力设计值（Kpa）;QCZ——砂石垫层底面处的自重压力（Kpa）;QZ——砂石垫层底面处的附加压力（Kpa）；14对于QZ的计算，由于砂垫层压缩模量比下弱土层的压缩模量大得多，因此，可对条形基础，矩形基础QZ的计算可简化为：对条形基础：QZ=b(p-rod)/b+2Ztgθ(2)对矩形基础：QZ=b(p-rod)/(b+2ztgθ)(l+2Ztgθ)（3）对于QCZ的计算：QCZ=ro（d+z）(4)

5、式中b——基础底边宽度（m）；l——条形基础长度（m）；ro——基底以上土方的加权平均重度（KN/m3）；θ——地基压力扩散角(度)。将（4）和（2）或（3）式代入（1）式即可求得砂垫层的深度Z。2.2确定砂垫层的宽度确定砂石垫层宽度的实用方法是扩散角法，即当砂石垫层厚度为Z，则垫层按扩散度应不小于b+2Ztgθ,根据开挖基坑所要求的坡度延伸至地面，即得砂石垫层设计截面。2.3确定是否需设置挡砂墙当出现下列情况之一时，必须设置挡砂墙。a当不能按开挖坡度延伸时；b根据扩散角计算，场地受限制时；c基坑四周的土太松散

6、，含水量太大易引起砂石被压进坑壁或砂粒易漏失时；14d砂垫层的铺筑高度超出地面时；2.4砂石垫层配合设计一般的砂石垫层在进行配合比设计时，碎石或卵石掺量约占全重量的25%，以增强砂垫石层的强度和透水性，碎石或卵石粒径不得大于5cm。砂石垫层的材料宜选用级配良好，质地坚硬的砂料，其颗粒的不均匀系数Cu=d60/d10≥10为最佳，因此宜采用中粗砂，且粗砂与中砂的比例应控制在1：1.5左右。所以砂卵石垫层的最佳配合比为：2～4cm卵石（碎石）：粗砂（0.5～2mm）：中砂（0.25～0.5mm）：细砂（0.075～

7、0.25mm）=2.5：2.5：4：12.5挡砂墙的设计2.5.1挡砂墙的功能a满足能够挡住砂的要求，不倾覆不滑移，有足够的稳定性，即具备普通挡墙的功能。b不能让砂漏失，即不能让已填筑的砂粒透过挡砂墙漏失掉。c在特殊情况下，考虑挡砂墙必须具备透水不透砂的功能。对于面积较大的整板基础，当水头差产生的压力大于基底新增附加压力和砂垫层底面自重压力之和时，砂石垫层以上的建（构）筑物将会被托起。即：ρh>p0+QcZ时，要采取抗浮措施。2.5.2挡砂墙的设计14挡砂墙设计时，按照普通挡土墙的计算方法进行设计。3砂石垫层施

8、工3.1施工工艺3.1.1施工准备a原材料的选用砂：采用质坚硬的中粗砂，含泥量不得大于1%；石：采用质地坚硬的2～4cm的卵石或碎石，含泥量不大于3%，b主要机具拌和机械：轮胎式装载机运输机械：塔吊吊运、装载机装运、翻斗车转运夯实机械：木夯、平板振动器、小型压路机c工具洒水壶、喷水胶管、2m靠尺、小线3.1.2作业条件a设置控制铺筑厚度的标志，可在基坑中部设水平标准钢筋桩，四周可在挡砂