加筋砂石垫层在软弱地基中的应用

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1、加筋砂石垫层在软弱地基中的应用王步云（煤炭工业太原设计研究院，山西太原）摘要：根据模型试验，结合理论分析，探讨了土工合成材料加筋垫层的工作机理、应力扩散角与承载力计算；提出了加筋垫层的实用设计方法。工程监测证实，加筋垫层具有增大压力扩散角，加大压缩层范围内地基的整体刚度，增加地基的稳定性等作用。关键词：加筋垫层；软弱地基；土工带；扩散角。加筋土技术是20世纪60年代以来国际岩土工程领域中的重要发展之一。我国从70年代后期开始了这方面的研究应用。1979年云南煤矿设计院在田坝煤矿以多节半刚性联结的预制钢筋混凝土杆件为加筋材料，成功地建成国内第一座加筋土支挡体系的贮煤槽仓。之后，加筋土支挡工程

2、得到迅速发展。但是将土工合成材料加筋垫层应用于建筑地基的研究应用相对较少。为了在山西广泛赋存的高灵敏饱和软弱地基上建造多层及小高层建筑，我院开展了建筑地基加筋垫层的研究应用，取得了较好的效果。1、问题提出建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）第5.2.7条提出：当地基受力层范围内赋存软弱下卧层时，按下式进行强度验算：Pz+Pcz≤faz（1.1）式中：Pz——软弱下卧层顶面处的附加压力值（荷载标准组合条件），kPa；Pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力值，kPa；faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值，kPa。确定Pz的方法，对于条形基础：Pz=b(Pk-Pc)

3、/(b+2ztanθ)（1.2）对于矩形基础：Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztanθ)·(l+2ztanθ)（1.3）式中：b——基础底面宽度，m；l——矩形基础底面长度，m；Pc——工础底面处土的自重压力，kPa；-34-Pc——基础底面处的自重压力,kPa；z——基底至软弱下卧层顶面的距离，m；θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角（压力扩散角），可按表1.1取值。建筑地基处理技术规范（JGJ79—2002）对换填垫层也提出了相应的条文规定，见表1.2。2004版湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）第6.1.8条对灰土的压力扩散角θ作了新的规定，将本文表1.2注1中的灰

4、土角取值修改为“当Z/b<0.25时，可取θ=0”。对于山西地区多层建筑（6～12层）的软弱地基采用置换垫层法处理软土地基时的基础型式多为筏基。这时常出现垫层厚度与基础板宽之比z/b<0.25的情况。按上述表列要求，压力扩散角需取0°。在这种条件下设置执层达不到扩散应力、限制沉降的目的，但模型试验及工程实践证明，在z/b<0.25时，加筋执层具有扩散应力，限制沉降的作用。1998年原国家经贸委曾向国务院上报《关于组织实施土工合成材料的推广应用问题的请示报告》，国务院主要领导于1998年9月6日做了批示：“请有部门贯彻落实，首先在今年开始的大修堤防工程中应用”，据此，国家经贸委建设部联合以经

5、国贸技术[1999]662号文发出《关于建立土工合成材料应用示范工程的通知》。要求认真落实批示精神，积极稳妥地做好土工合成材料的推广应用工程。为此，对91版《建筑地基处理技术规范》补充增加了加筋垫层的设计、施工条文。之后2004年新版地基处理技术规范中较为完整地对土工合成材料加筋垫层作了相关条文规定，但在压力扩散角表中，未提及土工合成材料。即对加筋垫层的压力扩散角θ是否受z/b<0.25时θ=0°的限制，或者θ如何取值，没有明确说明。规范中也未述及加筋垫层的计算方法及构造措施等，这样就给实际应用带来许多困难。我院从1992年开始进行土工带筋带试验研究。至今已在近百幢的工业与民用建筑地基中成

6、功使用，含22层高层住宅不均匀地基处理及直径16m，高52m钢筋混凝土大型贮煤筒仓地基处理。-34-表1.1地基压力扩散角θEsl/Es2z/b0.250.5036°23°510°25°1020°30°注：1、Esl为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量；2、z/b<0.25时，取θ=0°，z/b>0.50时，θ值不变。表1.2换填垫层压力扩散角θzb中砂、粗砂、砾砂、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520°6°28°≥0.5030°23°注：1、z/b<0.25，除灰土取θ=28°外，其余材料均取θ=0°，必要时可由试验确定；2、当0.25

7、求得。2、土工合成材料加筋垫层土工合成材料加筋垫层是由分层铺设于垫层中的土工合成材料与垫层土组合构成的。山西地区在加筋垫层中使用的土工合成材料，前期有土工格栅、土工筋带等。近年多采用土工筋带编网，因为在试验应用土工格栅（包括涤纶纤维经编土工格栅，聚丙烯双向土工格栅）时，发现格栅的结点连接相对较弱，导致筋带的抗拉强度得不到发挥，总体受筋带结点强度的控制；在筏基中，基底边、角部位的压力远大于中部；另外，格栅固定的网距在地基中