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砂垫层在膨胀土地基处理中的应用
柳州市钢花工程建设监理有限责任公司 龙国刚
摘要 运用砂垫层来处理膨胀土地基，可以大大地缩短工期和降低工程造价，而且能满足设计要求的各项技术指标，是一种适用经济的处理方法。
关键词 地基 膨胀土 砂垫层 处理方法
1 前言
我国是世界上膨胀土分布最广、面积最大的国家之一。自五十年代以来，我国各地先后发现膨胀土危害的地区，已达20多个省。膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物成分——蒙脱石和伊利石组成，土的细颗粒含量较高，具有明显的湿胀干缩效应。遇水时土体即膨胀隆起，产生很大的上举力，使房屋上升；失水时，土体即收缩下沉。由于这种体积膨胀收缩的反复可逆运动，使建筑物产生不均匀升、降运动而造成出现裂缝、位移、倾斜甚至倒塌。由此可见，膨胀土对建筑物的危害是相当大的，研究膨胀土地基的处理，对于确保建筑物的结构安全，具有十分重要的意义。在柳州市监狱局转送站综合楼工程中，我们成功地运用砂垫层来处理膨胀土地基，取得了较好的效果。
2 工程概况
柳州市监狱局转送站综合楼位于市三中路桂新饭店内，主体结构为三层，建筑面积约1300m2，设计采用独立基础、砌体墙承重结构。经地质勘探部门现场勘察，该场地下卧土层分为三层：第一层为松散的灰色素填土，不能作为地基持力层；第二层为表层次生红粘土层，亦不能作为持力层；第三层为次生红粘土，承载力标准值为235kpa，其自由膨胀率平均值为35%,大于判别指标界限值34%，故综合判定该层为弱膨胀土。根据地质部门的勘察结果，持力层选在第三层，但必须对膨胀土地基进行处理。
3地基处理方案的选择
膨胀土地基的处理方法也是比较多的，其中最主要是采用换土垫层法，所谓换土垫层法是将建筑物基底下一定深度的较弱土层挖掉，然后回填强度较大、压缩性较小、料源较丰富、价格较便宜且无腐蚀性的砂土、碎石、石渣、素土、煤灰、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，作为持力层，达到增强承载力，减少地基沉降的目的。在各种材料的垫层中，我们经过认真的分析、比较，觉得砂垫层的优越性更加显著，因为它可起到排水作用，地基土中孔隙水可通过砂垫层快速排出，能加速下部土层的沉降和固结，同时由于砂颗粒大，可以防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响。因此我们决定采用砂垫层来处理地基。
4 地基处理方案的实施
4.1 首先通过计算及规范要求确定砂垫层的宽度和厚度，其宽度为独立柱基砼垫层每边加300mm，厚度为500mm。夯实后砂的干密度要求为1.80g/cm3，地基承载力标准值要求为fk=240Kpa。
4.2 对材料的要求
砂宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，含泥量应小于5%，兼作排水垫层时，含泥量不得超过3%。
4.3 施工方法
4.3.1 铺设垫层前应进行验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，基坑两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。
4.3.2 垫层底面标高不同时，土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。
4.3.3 分两层填砂，每层厚度约280mm，夯实后达到250mm，夯实前用刮子将砂子刮平。
4.3.4 用平板振动器往复振捣，往复次数以简易测定密实度合格为准。振捣器移动时，每行应搭接三分之一，以防振动面积不搭接。
4.3.5 第一层夯实完后，用250mm长的钢钎插入砂中，检查是否达到设计厚度，超过厚度的铲掉，不足的铺砂，然后再进行补夯。第二层也同样按此施工。
5 方案实施效果的检测
实施效果的检测，主要是检测砂垫层施工后的干密度pd和承载力标准值fck是否达到设计的要求。
5.1 干密度的检测
5.1.1 在11个柱基中分别随机抽取一个测试点。在每个测试点上开挖出直径约300~350mm，深度250~300mm的砂堆，用天秤称出砂堆湿重量G。
5.1.2将一块塑料薄膜放入开挖后的孔内，薄膜要尽量铺平整，不要出现皱折。然后将盛在刻度量杯内的清水倒入孔内，倒满后可以直接读出砂堆的体积V。
5.1.3 将挖出的湿砂放入砂盘中，用酒精燃烧法测出砂的含水率w%。即在砂盘中倒入少量的工业酒精，点火燃烧后湿砂中的水份逐渐蒸发，反复燃烧两次后，剩下的就是干砂。用天秤称出干砂的重量G′，然后用公式w% =( G—G′)/ G×100%,计算出含水率。
5.1.4、 通过公式PW = G/V计算出湿砂的湿密度Pw；最后通
过公式 Pd = Pw /(1+w%) 计算出砂的干密度Pd。
实际的检测结果全部符合设计要求，如下表：
中粗砂垫层干密度试验报告
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试件编号 |
湿密度Pw
（g/cm3） |
含水率w
（%） |
干密度Pd
（g/cm3） |
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1 |
2.00 |
6.40 |
1.88 |
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2 |
2.09 |
6.40 |
1.96 |
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3 |
2.01 |
5.80 |
1.90 |
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4 |
2.03 |
6.50 |
1.91 |
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5 |
2.11 |
5.80 |
1.99 |
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6 |
2.07 |
5.80 |
1.96 |
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7 |
2.06 |
5.80 |
1.95 |
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8 |
2.15 |
6.30 |
2.02 |
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9 |
2.02 |
5.8 |
1.91 |
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10 |
2.06 |
6.6 |
1.93 |
|
11 |
2.18 |
5.8 |
2.06 |
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设计要求干密度（g/cm3）≥1.80 |
5.2 承载力标准值fck的检测
5.2.1 在10个柱基中分别随和抽取一处进行检测。
5.2.2 用N10轻型动力触探仪在已选好的测试点上锤击，自由落体高度为300mm，当锤击杆不再下沉时记录下锤击次数μi。
5.2.3 根据公式 计算出锤击数的平均值μ。
5.2.4 运用数理统计的方法，根据公式 计算出锤击数的标准差σ。
5.2.5 现场试验锤击次数N=μ—σ。
5.2.6 根据现场试验锤击次数N查下表，可求得砂垫层的承载力标准值fck=250Kpa，满足设计要求。
砂土承载力标准值（Kpa ）
|
N
土类 |
10 |
15 |
30 |
50 |
|
中粗砂 |
180 |
250 |
340 |
506 |
|
粉、细砂 |
140 |
180 |
250 |
340 |
5.2.7 实际检验结果如下：
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测点编号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
贯入深度（mm） |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|
锤击次数μi |
26 |
25 |
29 |
31 |
39 |
37 |
27 |
34 |
33 |
44 |
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锤击数平均值μ |
32.5 |
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锤击数标准差σ |
6.15 |
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现场试验锤击次数N |
22 |
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换算承载力标准值fck（KPa） |
250（符合设计要求） |
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6 结束语
通过砂垫层在柳州市监狱局转送站综合楼工程中的应用，不但满足了设计要求的各项技术指标，在施工和检测方面简单易于操作，而且在经济上大大地降低了地基处理的费用，有效地缩短了工期，所以砂垫层是处理膨胀土地基的一种较为为适用和经济的方法。
参考文献
1 《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）
2 江正荣编.《地基与基础施工手册》.中国建筑工业出版社，
1997年.
3 刘正峰主编.《地基与基础工程新技术》.海潮出版社，2000年.
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