2018岩土工程师考试专业辅导_地基处理讲义：垫层法

　　垫 层 法

　　5.2.1垫层的作用

　　当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者把表面部分软弱土层挖去，置换强度较大的砂石素土等，处理地基表层，这类方法称为垫层法。垫层的材料一般用强度较高，透水性强的砂、碎石、石渣、矿渣，灰土和素土等。为了增强垫层水平抗拉断裂性能和整体结构性能，通常在垫层内增设水平抗拉材料，如：竹片、柳条、筋笆、金属板条和近年来广泛应用的土工格栅 (Geogrid)、土工网垫 (Geomat)、土工格室 (Geocell)及高强度土工编织布、经编复合布等组成加筋土垫层。按其组成材料分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。按垫层在地基中的

　　主要作用又分为换土垫层、排水垫层和加筋土垫层等。

　　1. 换土垫层 这是指挖去地基表层软土，换填强度较大的砂、碎石、灰土和素土等构成的垫层。一般应用于处理基础尺寸不很大的建筑物软基。其作用为：(1) 通过换填后的垫层，有效提高基底持力层的抗剪强度，降低其压缩性，防止局部剪切破坏和挤出变形;(2) 通过垫层，扩散基底压力，降低下卧软土层的附加应力;(3) 垫层 (砂、石)可作为基底下水平排水层，增设排水面，加速浅层地基的固结，提高下卧软土层的强度等。总而言之，换土垫层可有效提高地基承载力，均化应力分布，调整不均匀沉降，减少部分沉降值。

　　2.排水垫层 这是指软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设的水平排水层，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要时，在垫层底和上表面增铺具有反滤性能的无纺土工布、编织布或经编复合土工布，以防止砂石垫层被淤堵和被拉断裂。主要应用于处理铁路公路路堤、机场跑道，海堤和土石坝软基以及砂井地基的顶部排水层。由于这类工程的基底面积较大，垫层的厚度相对而言较薄，对于扩散应力的效果甚微，所以它的作用主要是作为水平排水层和下卧软土层的排水通道，加速地基的排水固结，提高浅层地基的抗剪强度，配合砂井，加固深部软土层。其次，垫层的强度和变形模量都比下卧软土层的大，两者相互

　　作用约束软土层的侧向变形，改变其应力场和应变场，提高地基的稳定性，并改善其变形性质。此外，在施工中可作抛石填土的缓冲层，防止局部陷人和侧向挤出破坏。实践证明：这类垫层的排水固结作用和约束地基的侧向变形，可有效提高筑坝 (堤)的高度，增强地基的稳定性，防止过大的侧向变形和施工时的局部挤出。

　　3.加筋土垫层 这是指由砂、石和素土垫层申增设各种类型加筋材料组成的复合垫层，如加筋土垫层 (见图6-6)、土工格室垫层 (见图6-5)和柴排或筋笆加筋垫层等。主要应用于处理房屋建筑物软基，和路堤、堤坝、油罐等类工程软基。由于这类垫层所用加筋材料的抗拉强度较大，延伸率较小，和砂石组成的加筋垫层，一般不易被拉断裂，整体性较好，具有较大的变形模量和抗弯刚度，类似柔性片筏基础。因此，其作用除了作为持力土层承载较大的基础荷载和扩散基底应力外，还有效约束基底应力，改善地基软土中的应力场和应变场，均化应变，调整不均匀沉降，提高地基的承载力。这些作用，排水垫层和换土垫层也存在，不过加筋垫层更加有效和明显。

　　应该指出，垫层仅对软土地基作表层处理，不论地基强度的提高、变形性质的改善和应力场应变场的改变等都是在浅层，所以所能承受的建筑物荷载不宜太大。若设计建筑物的荷载较大，则需和其他方法联合处理。

　　5.2.2 换土垫层的设计

　　换土垫层一般应用于处理房屋和水闸基础下的软土地基。设计的基本原则为：既要满足建筑物对地基变形和承载力与稳定性的要求，又要符合技术经济的合理性。因此，设计的内容主要是确定垫层的合理厚度和宽度，并验算地基的承载力与稳定性和沉降，既要求垫层具有足够的宽度和厚度以置换可能被剪切破坏的部分软弱土层，并避免垫层两侧挤出，又要求设计荷载通过垫层扩散至下卧软土层的附加应力，满足软土层承载力与稳定性和沉降的要求。下面以砂垫层为例阐述设计的方法和步骤。

　　(1) 砂垫层厚度的确定 如图5-1所示：设所置换厚度内垫层的砂石料具有足够的抗剪强度，能承受设计荷载不产生剪切破坏。

　　图5·1砂垫层剖面图

　　所以在设计时，着重验算荷载通过一定厚度的垫层后，应力扩散至软土层表面的附加应力与垫层自重之和是否满足下卧土层地基承载力的要求，即

　　砂垫层剖面确定后，对于比较重要的建筑物还要求验算基础的沉降，要求最终沉降量小于设计建筑物的允许沉降值。验算时不考虑垫层的压缩变形，仅按常规的沉降公式计算下卧软土层引起的基础沉降。

　　应该指出:应用此法确定的垫层厚度，往往比之实际需要的偏厚，较保守。不难看出：由式 (5-1)确定的垫层厚度，仅考虑应力扩散的作用，忽略了垫层的约束作用和排水固结对地基承载力提高的影响，所以实际的承载力要比考虑深度修正后的天然地基承载力大。因此对于重要工程，建议通过现场试验来确定。

　　换土垫层的材料可用砂、砾石、碎石、石屑、粉质土、粉土和灰土等，必要时可加铺土工合成材料或采用加筋土垫层换填。换土垫层必须注意施工质量，应按换填材料的特点，采用相应碾压夯实机械，按施工质量标准碾压夯实。这是不可轻视的问题。此外，在施工垫层时，应采取必要的措施，按规定的顺序施工，挖除软土，回填垫层，切实防止施工对原地基的扰动与破坏，以免影响垫层的效果。

　　排水垫层和加筋垫层两者，因其作用机理与换土垫层不同，其设计方法和施工技术也相应有所区别。排水垫层的作用主要是排水固结，常和砂井联合使用，所以其设计方法将在5.3节排水固结法中一并阐述;同样加筋垫层的应用与设计也将在第6章土工合成材料在工程中应用中阐述。

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