墊層法處理地基

墊層法是將基礎底面下一定範圍內的軟弱土層挖去，然後分層填入強度較大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能穩定和無侵蝕性的材料，並夯實（或振實）至要求的密實度。

墊層法分類

1.按墊層材料分類：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、粉煤灰墊層、加筋土墊層等。

2.按墊層所起作用分類：換土墊層、排水墊層、加筋土墊層。

墊層法適用條件：適用於淤泥、淤泥質土、溼陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理，且建築物荷載不太大的地基。換填法的處理深度通常宜控制在3m以內較為經濟合理，但不應小於0.5m。

墊層的作用

在各類工程中，墊層所起的主要作用有時是不同的，如建築物基礎下的墊層主要是起換土作用；而在路堤和土壩等工程，主要是利用墊層起排水固結作用。

1. 換土墊層

（1）提高地基承載力

地基中的剪切破壞是從基礎底面開始的，並隨著基底壓力的增大而逐漸向縱深發展。因此，若以強度較大的砂或其它填築材料代替軟弱土層，就可提高持力層承載力，從而避免地基破壞。

（2）減少地基沉降量

基礎下地基淺層部分的應力較大，其沉降量一般在地基總沉降中所佔的比例也較大，若以密實的砂或密實填築材料代替淺層軟弱土，就可減少地基的大部分沉降量。另外，由於密實墊層對應力的擴散作用，使作用在下臥土層上的壓力較小，因此也相應減少了下臥土層的沉降量。

（3）加速軟弱土層的排水固結

由於砂或碎石等墊層材料的透水性大，當軟弱土層受壓後，墊層可作為良好的排水面，使基礎下面的孔隙水壓力得以迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結，從而提高地基土強度。

（4）防止地基土凍脹

由於粗顆粒墊層材料的孔隙較大，不易產生毛細管現象，因此可以防止寒冷地區土中結冰所造成的凍脹。

2. 排水墊層

排水墊層是指軟土地基上堤壩或大面積堆載基底等所鋪設的水平排水層，一般採用透水性良好的中粗砂或碎石填築，必要時在墊層底和上表面增設具有反濾性能的土工合成材料，防止砂石墊層被淤堵和拉裂。

其主要作用為：

（1）作為水平排水層和下臥軟土層的排水通道，加速地基的排水固結，提高淺層地基的抗剪強度，配合砂井，加固深部軟土層；

（2）約束軟弱下臥層的側向變形，提高地基的穩定性，並改善其變形性質。

3. 加筋土墊層

加筋土墊層是指由砂、石和素土墊層中增設各種類型加筋材料組成的複合墊層。如加筋土墊層、土工格室墊層等。

其主要作用有以下三個方面：

（1）擴散應力，使壓縮應力分佈均勻；

（2）增強砂石墊層的整體性和剛度，減小不均勻沉降；

（3）約束軟弱土的側向變形。

換土墊層的設計

主要內容：墊層材料的選用、厚度的確定、墊層鋪設範圍以及地基沉降計算等。

一、墊層材料選用

墊層材料：砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、礦渣、加筋土等。

選用原則：因地制宜根據工程的具體條件合理選用。

二、砂墊層厚度及寬度的確定

三.沉降計算

對於碎石、卵石、砂夾石、砂和礦渣等粗粒換填材料的墊層由於在施工期間墊層自身的壓縮變形已基本完成，且量值很小，因而在地基變形計算中，可以忽略該部分；但對於細粒材料，尤其是厚度較大的換填墊層，則應計入墊層自身的變形。

s1計算中，應力可取墊層頂面和底面壓力的平均值。一般砂墊層Es=20~30MPa；粉煤灰則Es=8~20MPa，碎石、卵石為30~50MPa。無論是地基還是墊層，其沉降計算均可傳統分層總和法計算。

基礎灰土墊層施工

1. 厚度確定

軟土地基上土墊層厚度的確定與砂墊層相同。

（1）對非自重溼陷性黃土地基上的墊層厚度應保證天然黃土層所受的壓力小於其溼陷起始壓力值。

（2）對自重溼陷性黃土地基上，墊層厚度應大於非自重溼陷性黃土地基上墊層的厚度，或控制剩餘溼陷量不大於20cm才能取得好的效果。

2.寬度確定

按照處理範圍素土墊層或灰土墊層可分為局部墊層和整片墊層。

（1）局部墊層：一般設置在矩形（或方形）基礎或條形基礎底面下，其平面處理範圍，每邊超出基礎底面的寬度不應小於墊層厚度的一半。

（2）整片墊層：一般設置在整個建築物（跨度大的工業廠房除外）的平面範圍內。每邊超出建築物牆基礎外緣的寬度不應小於墊層的厚度，並不得小於2m。

粉煤灰墊層

1.化學性質

粉煤灰和天然土中的化學成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮溼條件下具有凝硬性，與二氧化硅，三氧化二鋁等物質進行水化反應，生成水化產物，使碾壓密實的粉煤灰顆粒膠結固化形成塊狀結構，可提高粉煤灰的強度，降低壓縮變形，增強抗滲性和水穩定性。

2.物理性質

粉煤灰的壓實曲線與粘性土相似，具有相對較寬的最優含水量區間，其幹密度對含水量的敏感性比粘性土小，最優含水量易於控制。

墊層施工

一、土的壓實機理

土一般由固體顆粒、水、空氣組成。土中固、液、氣三相組成的比例反映乾溼、密實程度，對評價土的工程性質有重要意義，是墊層壓實參數選擇的依據。

實踐證明，要使土的壓實效果最好，其含水量一定要適當。對過溼的土進行碾壓會出現“橡皮土”，不能增大土的密實度。對很乾的土進行碾壓，也不能把土充分壓實。

1.最優含水量

在幹密度——含水量曲線上幹密度的峰值即為最大幹密度，與之對應的含水量即為最優含水量。

2.幹密度——含水量曲線的物理意義

（1）當粘性土的含水量較小時，水化膜很薄，以結合水為主，顆粒間引力大，在一定的外部壓實功作用下，還不能克服這種引力而使土粒相對移動，壓實效果差，土的幹密度較小；

（2）當增加土的含水量時，結合水膜逐漸增厚，顆粒間引力減弱，土粒在相同的壓實功能下易於移動而擠密，壓實效果提高，土的幹密度也隨之提高；

（3）當土中含水量增大到一定程度後，孔隙中開始出現自由水，結合水膜的擴大作用並不明顯，顆粒間引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒間的移動，並隨著含水量的繼續增大，移動阻力逐漸增大，壓實效果反而下降，土的幹密度隨之減少。

3. 土的壓實係數λc

二、墊層施工方法

機械碾壓法、重錘夯實法和振動壓實法三種。

（一）機械碾壓法

機械碾壓法是採用壓路機、推土機、羊足碾、振動碾或其它壓實機械來壓實軟弱地基土或分層填土墊層。常用於基坑面積寬大和開挖土方量較大的工程。

施工步驟:

1.將擬建範圍內一定深度內的軟弱土挖出至設計要求；

2.將底部土體碾壓加固；

3.分層填築，逐層加密。

施工參數：如施工機械、鋪築厚度、碾壓遍數與填築含水量等由工地試驗確定。

為保證有效壓實質量，碾壓速度要有所控制，平碾控制在2.0km/h，羊足碾控制在3.0km/h，振動碾控制在2.0km/h。

碾壓法對錶層地基加固深度一般可達2~3m。一般粘性土經表層壓實處理，其地基承載力可達80~100kPa。

質量檢驗：

施工中，隨層檢驗平均幹密度、含水量。採用環刀法或貫入測定法。每個基坑 或100~500m2設一個檢驗點。

（二）重錘夯實法

重錘夯實法是用起重機械將夯錘（15~30kN）提升到一定高度（2.5~4.5m），然後自由落錘，不斷重複夯擊以加固地基。

1. 施工順序

重錘夯實宜一夯挨一夯順序進行。在獨立柱基基坑內，宜按先外后里的順序夯擊。同一基坑底面標高不同時，應按先深後淺的順序逐層夯實。

2.施工要點

（1）現場試夯；

（2）夯擊前應檢查坑中土的含水量；

（3）施工夯打工藝；

（4）現場有邊坡或鄰近建築物時，應當採用必要的防護措施。

3.質量檢驗

不僅要檢查施工記錄及試夯最後下沉量，而且要檢查加固質量。基槽每30m一點，整片地基每100m2兩點以上。經過重錘夯實的地基承載力可達100~150kPa。

(三)平板振動法

振動壓實法是利用各種振動壓實機，將鬆散土振壓密實。

適用於處理無粘性土或粘粒含量少，透水性較好的鬆散雜填土地基。

振動壓實機的工作原理是由電動機帶動兩個偏心塊以相同速度反向轉動而產

很大的垂直振動力。

壓實效果：一般雜填土經振實後，地基承載力特徵值可達100~120kPa。

振動壓實的效果與填土成分、振動時間等因素有關，一般振動時間越長，效果越好，但振動時間超過某一值後，振動引起的下沉基本穩定，再繼續振動就不能起到進一步的壓實作用。因此，施工前需進行試振，得出穩定下沉量和時間的關係。

參考：對主要由礦渣、碎磚、瓦塊組成的建築垃圾，振動時間約在1min以上；對含爐灰等細粒填土，振動時間約為3~5min，有效振實深度為1.2~1.5m。

振實範圍應從基礎邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩邊，後振中間，其振實的標準是以振動機原地振實不再繼續下沉為合格，並輔以輕便觸探試驗檢驗其均勻性及影響深度。

三、砂（砂礫、碎石）墊層施工

1.墊層材料

砂石：顆粒級配良好、質地堅硬的砂石（砂料的不均勻係數不能小於5，以中粗砂為好，可在砂中摻入一定數量的碎石，但要分佈均勻），不得含有草根、垃圾，含泥量應小於5％，對具有排水要求的砂墊層宜控制在含泥量不大於3%。

灰土：土料宜用粉質粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質粉土，石灰宜用新鮮的消石灰。

2.施工要點

（1）施工機械應根據不同墊層材料進行選擇，壓實參數由現場試驗確定。

（2）不同施工機具應採用不同的最優含水量，尤其對素土和灰土墊層應嚴格控制。

粉質粘土和灰土的施工含水量宜控制在最優含水量wop±2%的範圍內;粉煤灰宜控制在最優含水量wop±4%範圍內;砂石料，當用平板式振動器時可取15%~20%，採用平碾或蛙式夯時可取8%~12%，用插入式振動器時宜為飽和；對於碎石及卵石應充分澆水溼透後夯實。

（3）不良地質現象（如墊層下存在古井、古墓、洞穴、舊基礎、暗塘等），應先進行清理，然後再施工墊層。

（4）施工過程中嚴禁擾動墊層下臥的淤泥和淤泥質土等軟弱土層。為避免坑底土層受到擾動，可保留約200mm厚的土層暫不挖去，待鋪築墊層前再挖至設計標高。對碎石或卵石墊層，其底部宜設置150~300mm厚的砂墊層或鋪一層土工織物，以防止軟弱土層表面的局部破壞。

（5）墊層的底面宜鋪設在同一標高上，若深度不同，基坑底土面應挖成階梯狀或斜坡搭接，並按先深後淺的順序進行墊層施工，搭接處應夯壓密實。

（6）當地下水位高於基坑底面時，應採取排降水措施。

（7）墊層每層虛鋪200~300mm，分層鋪填，分層壓實，每層經檢驗符合設計要求後方能進行下一層施工。

3.質量檢驗

施工質量檢驗——環刀法或貫入測定法。

（1）環刀法：用容積不小於200cm3的環刀壓入每層2/3的深度處取樣，測定其幹密度，幹密度應不小於該砂石料在中密狀態的幹密度值。

（2）貫入測定法：先將砂墊層表面3cm左右厚的砂颳去，然後用貫入儀、鋼叉或鋼筋以貫入度的大小來定性地檢查砂墊層質量。

工程質量驗收——載荷試驗。

換土墊層法注意事項:

a.淺層(深層施工困難);

b.換填厚度為0.5至3.0m(太薄無用,太厚施工困難,費用高);

c.分層回填壓實(保證質量);

d.驗算變形；

e.大面積及深厚墊層宜考慮換填材料重度大於天然土時對變形的影響（本身影響以及對臨近建築物的影響）。