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砂墊層在膨脹土地基處理中的應用
柳州市鋼花工程建設監理有限責任公司 龍國剛
摘要 運用砂墊層來處理膨脹土地基，可以大大地縮短工期和降低工程造價，而且能滿足設計要求的各項技術指標，是一種適用經濟的處理方法。
關鍵詞 地基 膨脹土 砂墊層 處理方法
1 前言
我國是世界上膨脹土分布最廣、面積最大的國家之一。自五十年代以來，我國各地先后發現膨脹土危害的地區，已達20多個省。膨脹土主要是由強親水性粘土礦物成分——蒙脫石和伊利石組成，土的細顆粒含量較高，具有明顯的濕脹干縮效應。遇水時土體即膨脹隆起，產生很大的上舉力，使房屋上升；失水時，土體即收縮下沉。由于這種體積膨脹收縮的反復可逆運動，使建筑物產生不均勻升、降運動而造成出現裂縫、位移、傾斜甚至倒塌。由此可見，膨脹土對建筑物的危害是相當大的，研究膨脹土地基的處理，對于確保建筑物的結構安全，具有十分重要的意義。在柳州市監獄局轉送站綜合樓工程中，我們成功地運用砂墊層來處理膨脹土地基，取得了較好的效果。
2 工程概況
柳州市監獄局轉送站綜合樓位于市三中路桂新飯店內，主體結構為三層，建筑面積約1300m2，設計采用獨立基礎、砌體墻承重結構。經地質勘探部門現場勘察，該場地下臥土層分為三層：第一層為松散的灰色素填土，不能作為地基持力層；第二層為表層次生紅粘土層，亦不能作為持力層；第三層為次生紅粘土，承載力標準值為235kpa，其自由膨脹率平均值為35%,大于判別指標界限值34%，故綜合判定該層為弱膨脹土。根據地質部門的勘察結果，持力層選在第三層，但必須對膨脹土地基進行處理。
3地基處理方案的選擇
膨脹土地基的處理方法也是比較多的，其中最主要是采用換土墊層法，所謂換土墊層法是將建筑物基底下一定深度的較弱土層挖掉，然后回填強度較大、壓縮性較小、料源較豐富、價格較便宜且無腐蝕性的砂土、碎石、石渣、素土、煤灰、礦渣以及其他性能穩定的材料，分層夯實至要求的干密度，作為持力層，達到增強承載力，減少地基沉降的目的。在各種材料的墊層中，我們經過認真的分析、比較，覺得砂墊層的優越性更加顯著，因為它可起到排水作用，地基土中孔隙水可通過砂墊層快速排出，能加速下部土層的沉降和固結，同時由于砂顆粒大，可以防止地下水因毛細作用上升，地基不受凍結的影響。因此我們決定采用砂墊層來處理地基。
4 地基處理方案的實施
4.1 首先通過計算及規范要求確定砂墊層的寬度和厚度，其寬度為獨立柱基砼墊層每邊加300mm，厚度為500mm。夯實后砂的干密度要求為1.80g/cm3，地基承載力標準值要求為fk=240Kpa。
4.2 對材料的要求
砂宜采用顆粒級配良好、質地堅硬的中砂或粗砂，砂中不得含有雜草、樹根等有機雜質，含泥量應小于5%，兼作排水墊層時，含泥量不得超過3%。
4.3 施工方法
4.3.1 鋪設墊層前應進行驗槽，將基底表面浮土、淤泥、雜物清除干凈，基坑兩側應設一定坡度，防止振搗時塌方。
4.3.2 墊層底面標高不同時，土面應挖成階梯或斜坡搭接，并按先深后淺的順序施工，搭接處應夯壓密實。
4.3.3 分兩層填砂，每層厚度約280mm，夯實后達到250mm，夯實前用刮子將砂子刮平。
4.3.4 用平板振動器往復振搗，往復次數以簡易測定密實度合格為準。振搗器移動時，每行應搭接三分之一，以防振動面積不搭接。
4.3.5 第一層夯實完后，用250mm長的鋼釬插入砂中，檢查是否達到設計厚度，超過厚度的鏟掉，不足的鋪砂，然后再進行補夯。第二層也同樣按此施工。
5 方案實施效果的檢測
實施效果的檢測，主要是檢測砂墊層施工后的干密度pd和承載力標準值fck是否達到設計的要求。
5.1 干密度的檢測
5.1.1 在11個柱基中分別隨機抽取一個測試點。在每個測試點上開挖出直徑約300~350mm，深度250~300mm的砂堆，用天秤稱出砂堆濕重量G。
5.1.2將一塊塑料薄膜放入開挖后的孔內，薄膜要盡量鋪平整，不要出現皺折。然后將盛在刻度量杯內的清水倒入孔內，倒滿后可以直接讀出砂堆的體積V。
5.1.3 將挖出的濕砂放入砂盤中，用酒精燃燒法測出砂的含水率w%。即在砂盤中倒入少量的工業酒精，點火燃燒后濕砂中的水份逐漸蒸發，反復燃燒兩次后，剩下的就是干砂。用天秤稱出干砂的重量G′，然后用公式w% =( G—G′)/ G×100%,計算出含水率。
5.1.4、 通過公式PW = G/V計算出濕砂的濕密度Pw；最后通
過公式 Pd = Pw /(1+w%) 計算出砂的干密度Pd。
實際的檢測結果全部符合設計要求，如下表：
中粗砂墊層干密度試驗報告
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試件編號 |
濕密度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 |
|
6 |
2.07 |
5.80 |
1.96 |
|
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 |
|
10 |
2.06 |
6.6 |
1.93 |
|
11 |
2.18 |
5.8 |
2.06 |
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設計要求干密度（g/cm3）≥1.80 |
5.2 承載力標準值fck的檢測
5.2.1 在10個柱基中分別隨和抽取一處進行檢測。
5.2.2 用N10輕型動力觸探儀在已選好的測試點上錘擊，自由落體高度為300mm，當錘擊桿不再下沉時記錄下錘擊次數μi。
5.2.3 根據公式 計算出錘擊數的平均值μ。
5.2.4 運用數理統計的方法，根據公式 計算出錘擊數的標準差σ。
5.2.5 現場試驗錘擊次數N=μ—σ。
5.2.6 根據現場試驗錘擊次數N查下表，可求得砂墊層的承載力標準值fck=250Kpa，滿足設計要求。
砂土承載力標準值（Kpa ）
|
N
土類 |
10 |
15 |
30 |
50 |
|
中粗砂 |
180 |
250 |
340 |
506 |
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粉、細砂 |
140 |
180 |
250 |
340 |
5.2.7 實際檢驗結果如下：
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測點編號 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
貫入深度（mm） |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
|
錘擊次數μi |
26 |
25 |
29 |
31 |
39 |
37 |
27 |
34 |
33 |
44 |
|
錘擊數平均值μ |
32.5 |
|
錘擊數標準差σ |
6.15 |
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現場試驗錘擊次數N |
22 |
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換算承載力標準值fck（KPa） |
250（符合設計要求） |
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6 結束語
通過砂墊層在柳州市監獄局轉送站綜合樓工程中的應用，不但滿足了設計要求的各項技術指標，在施工和檢測方面簡單易于操作，而且在經濟上大大地降低了地基處理的費用，有效地縮短了工期，所以砂墊層是處理膨脹土地基的一種較為為適用和經濟的方法。
參考文獻
1 《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2002）
2 江正榮編.《地基與基礎施工手冊》.中國建筑工業出版社，
1997年.
3 劉正峰主編.《地基與基礎工程新技術》.海潮出版社，2000年.
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桂公網安備 45010702001375號