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1、5.2 垫层法5.2.15.2.1垫层的作用垫层的作用一、垫层法定义一、垫层法定义 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，采用以下方法处理地基表层：形的要求时，采用以下方法处理地基表层： (l)(l)常在地基表面铺设一定厚度的垫层，常在地基表面铺设一定厚度的垫层， (2)(2)把表面部分软弱土层挖去，置换强度较大的砂石素土等。把表面部分软弱土层挖去，置换强度较大的砂石素土等。 垫层材料：砂、碎石、石渣、矿渣，灰土和素土等。垫层材料：砂、碎石、石渣、矿渣，灰土和素土等。 或增设水平抗拉材料：土工格栅或增设水平抗拉材料：
2、土工格栅( (GeogridGeogrid ) )、土工网垫、土工网垫( (GeomatGeomat) ) 、土工格室、土工格室( (GeocellGeocell) )及高强度土工编织布、经编复合及高强度土工编织布、经编复合布等组成加筋土垫层。布等组成加筋土垫层。二、垫层的分类二、垫层的分类按其组成材料：砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和按其组成材料：砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。加筋土垫层等。按垫层在地基中的主要作用：换土垫层、排水垫按垫层在地基中的主要作用：换土垫层、排水垫层和加筋土垫层等。层和加筋土垫层等。三、垫层的作用三、垫层的作用1 1、换土垫层、换土垫层 挖去地基表层软土，换
3、填挖去地基表层软土，换填强度较大的砂、碎石、灰土和强度较大的砂、碎石、灰土和素土等构成的垫层。素土等构成的垫层。 一般应用于处理基础尺寸一般应用于处理基础尺寸不很大的建筑物软基。不很大的建筑物软基。 作用：作用： (l)(l)通过换填后的垫层，有效提高基底持力层的抗剪强通过换填后的垫层，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；度，降低其压缩性，防止局部剪切破坏和挤出变形； (2)(2)通过垫层，扩散基底压力，降低下卧软土层的附加通过垫层，扩散基底压力，降低下卧软土层的附加应力；应力； (3)(3)垫层垫层( (砂、石砂、石) )可作为基底下水平排水层，增设排水可
4、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。面，加速浅层地基的固结，提高下卧软土层的强度等。 2 2、排水垫层、排水垫层 软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设的水平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，排水层， 一般采用中粗砂或碎石填筑，必要时，在垫层底和一般采用中粗砂或碎石填筑，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、编织布或复合上表面增铺具有反滤性能的无纺土工布、编织布或复合土工布，以防止砂石垫层被淤堵和被拉断裂。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，海堤和主要应用于处理铁路公路路堤、
5、机场跑道，海堤和土石坝软基以及砂井地基的顶部排水层。土石坝软基以及砂井地基的顶部排水层。作用：作用： （1 1）作为水平排水层和下卧软土层的排水通道，加）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；合砂井，加固深部软土层； （2 2）改变应力场和应变场，提高地基稳定性；）改变应力场和应变场，提高地基稳定性； （3 3）在施工中可作抛石填土的缓冲层，防止局部陷）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。人和侧向挤出破坏。3 3、加筋土垫层、加筋土垫层 由砂、石和素土垫层中增
6、设各种类型加筋材料组由砂、石和素土垫层中增设各种类型加筋材料组成的复合垫层，如加筋土垫层、土工格室垫层。成的复合垫层，如加筋土垫层、土工格室垫层。主要应用于处理房屋建筑物软基，和路堤、堤坝、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。油罐等类工程软基。作用：作用： （1 1）作为持力土层承载较大的基础荷载和扩散基底）作为持力土层承载较大的基础荷载和扩散基底应力；应力； （2 2）垫层改变了下卧软土层的应力、应变场，提高）垫层改变了下卧软土层的应力、应变场，提高地基的稳定；地基的稳定； （3 3）有效约束基底应力，改善地基软土中的应力场）有效约束基底应力，改善地基软土中的应力场
7、和应变场，均化应变，调整不均匀沉降，提高地基和应变场，均化应变，调整不均匀沉降，提高地基的承载力。的承载力。（排水垫层和换土垫层也存在，不过加筋垫层更加（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。）有效和明显。）由于垫层法仅对浅层进行处理，承受的荷载不宜太由于垫层法仅对浅层进行处理，承受的荷载不宜太高。高。5.2.25.2.2换土垫层的设计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。换土垫层一般应用于处理房屋和水闸基础下的软土地基。设计原则：设计原则：（1 1）满足建筑物对地基变形和承载力与稳定性的要求，）满足建筑物对地基变形和承载力与稳定性的要求，（2 2）符
8、合技术经济的合理性。）符合技术经济的合理性。设计内容：设计内容：（1 1）确定垫层的合理厚度，）确定垫层的合理厚度，（2 2）确定垫层的合理宽度，）确定垫层的合理宽度，（3 3）并验算地基的承载力与稳定性和沉降。）并验算地基的承载力与稳定性和沉降。 对于垫层本身：要求垫层具有足够的宽度和厚度以对于垫层本身：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，两侧挤出，对于下卧软土层：要求设计荷载通过垫层扩散至下对于下卧软土层：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卧软土层的附加应力，满
9、足软土层承载力与稳定性和沉降的要求。和沉降的要求。砂垫层的设计方法和步骤：砂垫层的设计方法和步骤： (1)(1)确定砂垫层厚度确定砂垫层厚度(P33)(P33) 验算荷载通过一定厚度的垫层后，应力扩散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：下卧土层地基承载力的要求，即：计算时，先假设一个垫层的厚度，然后用式计算时，先假设一个垫层的厚度，然后用式(5-1)(5-1)验算。验算。如不符合要求，则需加大或减小厚度，重新验算，直至满足如不符合要求，则需加大或减小厚度，重新验算，直至满足为
10、止。为止。一般砂垫层的厚度约为一般砂垫层的厚度约为1 12m2m左右，过薄的垫层左右，过薄的垫层( O.5m)( 3m)( 3m)，施工较困难，经济上不合，施工较困难，经济上不合理。理。(2)(2)确定砂垫层宽度确定砂垫层宽度砂垫层的宽度应满足砂垫层的宽度应满足 a a、应力扩散的要求、应力扩散的要求 b b、防止垫层向两侧挤出。、防止垫层向两侧挤出。根据扩散角法来确定：根据扩散角法来确定： a a、扩散层的底宽可按基础的底宽、扩散层的底宽可按基础的底宽b(b(或或l) l)向外扩出向外扩出2ztan2ztan ，即即b + 2ztan b + 2ztan ( (或或l + 2ztan l +
11、 2ztan ) )。 b b、底宽确定后，然后根据开挖基础所要求的坡度延伸至地、底宽确定后，然后根据开挖基础所要求的坡度延伸至地面面. .即得砂垫层的设计剖面。即得砂垫层的设计剖面。(3)(3)验算基础的沉降验算基础的沉降 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。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，仅计算下卧软土层引起的基验算时不考虑垫层的压缩变形，仅计算下卧软土层引起的基础沉降。础沉降。 由式由式(5-1)(5-1)确定的垫层厚度，忽略了垫层的约束作用和排水固确定的垫层
12、厚度，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，所以实际的承载力更高。结对地基承载力提高的影响，所以实际的承载力更高。 例题例题 某四层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，宽某四层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，宽1.2m1.2m，埋深，埋深lmlm，上部建筑物作用于基础的荷载为，上部建筑物作用于基础的荷载为120kN/m120kN/m，基，基础的平均重度为础的平均重度为20kN/m20kN/m3 3，地基土表层为粉质粘土，厚度为，地基土表层为粉质粘土，厚度为lmlm，重度为重度为17.5kN/m17.5kN/m3 3；第二层为淤泥，厚；第二层为淤泥，厚15m15m，重
13、度为，重度为17.8kN/m17.8kN/m3 3，地基承载力特征值，地基承载力特征值f fakak=50kPa=50kPa；第三层为密实的砂砾石。地下；第三层为密实的砂砾石。地下水距地表为水距地表为1m1m。因为地基土较软弱，不能承受建筑物的荷载，。因为地基土较软弱，不能承受建筑物的荷载，试设计砂垫层。试设计砂垫层。 例题例题 某四层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，宽某四层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，宽1.2m1.2m，埋深，埋深lmlm，上部建筑物作用于基础的荷载为，上部建筑物作用于基础的荷载为120kN/m120kN/m，基础，基础的平均重度为的平均重度为20kN/m
14、20kN/m3 3，地基土表层为粉质粘土，厚度为，地基土表层为粉质粘土，厚度为lmlm，重，重度为度为17.5kN/m17.5kN/m3 3；第二层为淤泥，厚；第二层为淤泥，厚15m15m，重度为，重度为17.8kN/m317.8kN/m3，地，地基承载力特征值基承载力特征值fakfak=50kPa=50kPa；第三层为密实的砂砾石。地下水距地；第三层为密实的砂砾石。地下水距地表为表为1m1m。因为地基土较软弱，不能承受建筑物的荷载，试设计砂。因为地基土较软弱，不能承受建筑物的荷载，试设计砂垫层。垫层。当基础埋置深度大于当基础埋置深度大于0.5m0.5m时，地基承载力深度修正时，地基承载力深度修正（P23P23）：）： 修正后的地基承载力特征值；修正后的地基承载力特征值； 地基承载力特征值；地基承载力特征值； 基础底面以上土的加权平均值，地下水位以基础底面以上土的加权平均值，地下水位以 下取有效重度；下取有效重度； 基础埋置深度基础埋置深度作业：P233 53下星期一上课时交用单张纸作即可
