砂砾垫层处理软基的设计与实践
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摘要：砂砾垫层是土木工程中处理异常地基的比较常用且经济可行的方法，结合廊泊公路廊坊市南出口至保津高速段改扩建工程工程实际沿线工程地质具体情况，采用砂砾垫层处理公路工程和涵洞工程软基的设计与实践，详述了砂砾垫层的设计及施工处理方法和要点，实践证明砂砾垫层应用于动力荷载作用下的道路及桥涵工程同样经济可行。
关键词：砂砾垫层 软基 处理 设计与实践
1.0工程概况
廊泊公路是廊坊市通往南部地区的重要干线公路，也是沿线地区沟通天津、沧州等地的重要通道。廊泊公路廊坊市南出口至保津高速段是廊泊公路的一部分，是京津塘、保津和石黄三条高速公路的重要连接线，也是廊坊市公路网规划建设的主骨架公路之一。设计总里程全长41.768Km，均采用部颁平原微丘一级公路标准,设计时速为100Km/h。路线自大王务村南的北小埝（桩号K5+010）进入永定河泛区，沿旧路行进至南辛庄村北处改走新线，跨越北遥堤（桩号K17+800）后走出泛区，泛区段长12.77Km。泛区地层为近洪积区、湖沼堆积，第四系湖海沉积相地质，区域浅层地下水为第四系松散层孔隙水，水位埋深基本在2.80～4.35m间，水位埋深受季节、气候、降水等因素影响而有所变化。持力层大致分为3层，第一层为表面耕植土，平均厚度约0.4m；第二层为黄色亚砂土，软塑至硬塑状态，平均厚度0.3～4.0m，承载力为130KPa；第三层为褐灰色亚粘土，软塑，局部硬塑，夹粘土薄层，平均厚度3.3m，承载力120KPa。
廊泊公路的泛区段路面结构设计高度为26cm厚水泥混凝土路面+18cm厚石灰粉煤灰碎石，二灰碎石路基浅埋在第二层土上，路床地基之上为30cm厚隔离垫层。去年第一工期时间，第一公路工程公司在泛区段永定河大堤北侧K15+345——K17+240段长1895m范围内公路工程和涵洞工程不同程度地遇到故河道、暗沟、枯井、村落遗址、软土等异常地基。异常地基没有规律，故河道开挖后暴露的是松软的含水量达48%的粘土软基，深度较浅，厚度一般在0～1.3m之间，深浅分布不规律，是地基处理的难点。所以整段地基都需要进行这方面处理。软基数据见表1.1。
表1.1 软基探坑位置及标高、厚度资料
K15+345——K17+240段软基计算（长度1895米）
桩号
现状地面 标高
淤泥顶 标高
淤泥底 标高
路面设计标高
路床顶 标高
软基挖坑探测厚度
现状地面至淤泥顶 厚度
现状地面至路床顶 厚度
路床顶至淤泥顶 厚度
路床顶至淤泥底 厚度
备注
K15+345
11.083
9.885
9.385
11.585
10.845
0.500
1.198
0.238
0.960
1.460
K15+410
11.155
9.860
9.360
11.551
10.811
0.500
1.295
0.344
0.951
1.451
K15+478
11.050
9.875
9.375
11.515
10.775
0.500
1.175
0.275
0.900
1.400
K15+558
11.040
9.890
9.090
11.473
10.733
0.800
1.150
0.307
0.843
1.643
K15+658
10.864
10.160
9.260
11.451
10.711
0.900
0.704
0.153
0.551
1.451
K15+748
10.954
10.069
9.269
11.451
10.711
0.800
0.885
0.243
0.642
1.442
K15+840
10.993
9.689
8.889
11.451
10.711
0.800
1.304
0.282
1.022
1.822
K15+900
10.948
9.628
9.228
11.451
10.711
0.400
1.320
0.237
1.083
1.483
K16+040
10.863
10.114
9.114
11.451
10.711
1.000
0.749
0.152
0.597
1.597
K16+200
10.947
10.222
9.322
11.451
10.711
0.900
0.725
0.236
0.489
1.389
K16+250
10.773
10.212
9.212
11.451
10.711
1.000
0.561
0.062
0.499
1.499
K16+300
10.847
10.350
9.350
11.451
10.711
1.000
0.497
0.136
0.361
1.361
K16+350
10.730
9.236
8.436
11.451
10.711
0.800
1.494
0.019
1.475
2.275
K16+470
13.219
10.616
9.116
11.440
10.700
1.500
2.603
2.519
0.084
1.584
K16+740
11.041
10.133
9.433
11.413
10.673
0.700
0.908
0.368
0.540
1.240
K17+070
11.259
10.368
9.668
15.000
14.260
0.700
0.891
-3.001
3.892
4.592
高填方
K17+240
10.787
9.939
9.139
16.800
16.060
0.800
0.848
-5.273
6.121
6.921
高填方
平均厚度
0.800
1.077
-0.159
1.236
2.036
2.0为什么选用砂砾垫层
上述地基中出现的暗浜、软基除少量小于0.25m深，且部分小段工程量可以挖除外，其余全部用砂砾垫层处理。这是因为：
2.1第二层的地耐力最大，但只平均0.67m厚度，往下是0.8m的软弱层，而采用挤密石灰桩基，又不经济；采用换填土，除耽误工期外，几十万方废弃土及好土的处置将是不可思议的事情。
2.2因为第三层粘土与砂砾垫层的压缩模量都在5～15 KPa之间，局部地基处理后涵洞不会造成不均匀沉降。
2.3类似软基的处理，有的在基槽中抛填毛石，有的采用充填黄砂和石子的方法，但单纯的砂、石料体空隙率较大，很难捣实，导致涵洞及路基产生较大沉降量及不均匀沉降。采用人工级配的砂砾，不仅克服了上述缺点，而且经过处理的地基的抗剪能力也大大增强，同时原材料广泛，运距也近。
2.4如果采用灰土处理，虽然经济，但当地粘土难与石灰掺和拌匀，技术难度较大，无法保证施工质量，容易耽误工期，受季节影响，不能及时晾晒。
3.0处理地基的挖深与探宽的原则及设计、实践
地基的挖深与挖宽的原则：①满足附加应力扩散的要求；②防止侧面土向外挤出；③地基中不留杂填土、粉砂等。
软土、故河道、暗沟、杂填土等完全清除后。当深度H>0.8m时，砂砾垫层与地基土进行踏步搭接。土力学研究的结果，虽然表明二灰碎石刚性基础的附加应力扩散角α=22o，但目前还缺乏可靠的理论方法计算砂砾垫层的宽度B’=B+2Htgα计算（B’、B、H及α见图3.1所示），如果两边是好的持力层土时，α取30o，如果四周都是回填土时，α取45o，以保证砂砾垫层受压后侧面不向外挤出。
桩号K17+070、K17+150、K17+200三处1—4.0m现浇板暗涵洞工程地基处理比较复杂，基坑的现场鉴别检验是该工程地基处理的关键，也是难点。因为涵洞前后两侧重力式涵墙身位置软基是分布及厚度都不均匀的含水量52%的夹有薄泥炭层的粘土，在湿润状态下与粉质粘土分界不明显。为把握起见，根据膨胀土失水收缩的性质，一般挖开基坑3～5天后，裂缝则小得多，为了保证基础受荷载后沉降均匀，把地基挖深晾晒处理，每隔1天检查含水量，之后反复翻耕晾晒压实，同时掺加少量砂砾，砂砾垫层必须入老土0.2m，以保证两者牢固结合，直到监理工程师检测含水量符合要求，再压实，压实度要求达到95%以上，然后分两层做厚0.6m的砂砾垫层及0.2m厚素混凝土隔离垫层，实践证明这样处理完全可以做到。通过工程实践，这样处理能够达到预想的地基承载力200KPa以上要求。
本段道路去年提出切合实际的砂砾垫层施工方法，施工单位进行500m实验段，通过数据分析研究证明这样处理后的地基达到路基承载力要求，通过施工单位春季施工的努力合作，公路路床软基的处理非常及时，各道工序严格按设计施工，通过砂砾垫层标高复测、二灰碎石层标高复测，路基没有沉降现象。
4.0砂砾垫层的施工方法
砂砾垫层目的是把原始软土地基配合砂砾形成一个人工密实的整体。原材料要求用中砂，含泥量小于3%，水搅拌；搅拌均匀的砂砾分层铺筑在挖好的基槽（坑）内，每层虚铺厚度0.2m，用平板式振捣器振捣至不再下沉，然后再逐次铺筑上一层，施工顺序先深后浅的原则，分段施工时，接茬处作成斜坡，每层错开宽出0.5～0.8m。砂砾垫层施工完毕，立即进行混凝土隔离垫层施工，以防地基扰动。
5.0结语
截至工程竣工，已经完工的三道涵洞沉降均匀，路基稳定，完全达到设计及施工的安全要求，为砂砾垫层处理软基的应用提供了一个非常成功的经验；实践证明这一方法成功应用于土木工程的地基处理，在公路桥梁工程中的推广应用同样会节省投资，大大缩短工期，有效地节约成本，从而得到业主的好评。