换填垫层底面处土的自重应力的计算方法探讨

魏海涛 文娟娟

(1.核工业西南勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610000; 2.四川建筑职业技术学院，四川 德阳 618000)

0 引言

在道路与桥梁建设过程中，浅层软弱土层或不均匀土层往往因为地基承载力不足、稳定性差等问题不能直接作为构筑物的地基，需要进行地基处理。

1 换填垫层地基处理

换填垫层法适宜于浅层软弱地基或不均匀土层的地基处理[1]。相应于换填垫层法的特点，常用于处理埋深不超过3 m的轻型建筑和道路工程等的一些不良地基。

2 换填垫层地基处理设计

处理浅层软弱地基的换填垫层，必须满足建筑基础足够的承载力要求。在确定基础的几何尺寸之后，换填垫层要进行垫层厚度设计，并根据如下公式进行换填垫层厚度的复核：

pz+pcz≤faz。

式中：pz——相应于作用的标准组合时，垫层底面处的附加压力；

pcz——垫层底面处土的自重压力值；

faz——垫层底面处经深宽修正后的地基承载力特征值[2,3]。

本文主要分析垫层底面处土的自重压力值pcz的计算方法。

该值的计算主要有两种思路：一种在计算过程中取垫层底以上原土层的重度，然后考虑垫层与原土层的重度差——基于原土重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算；一种在计算过程中分别于基底以上取土层重度和垫层厚度内取垫层重度——基于垫层材料重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算[24]。

2.1 基于原土重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算

pcz=∑γi(d+h)+γ′h。

式中：γi——软弱层顶以上土层i的重度；

d——基底埋深;

h——换填垫层厚度;

γ′——垫层材料重度与土层重度差,且γ′≥0。

2.2 基于垫层材料重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算

pcz=∑γid+γ″h。

其中，γ″为垫层材料重度,其他符号意义同上。

3 实例分析

某构筑物基础尺寸为(1.6×1.2)m2，基底埋深1.5 m，已知基底附加应力扩散引起的垫层底面处附加应力为32.1 kPa,土层分布：第一层土，厚1 m，γ=18 kN/m3；第二层土为淤泥层，厚5 m，γ=17 kN/m3，且该层经深度修正后的承载力特征值为123.3 kPa，基底淤泥层不能满足承载力要求，拟使用灰土垫层进行换填，换填厚度为1.5 m，垫层厚度为γ=20 kN/m3，验算该垫层厚度[5]。

3.1 基于基底下原土重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算

垫层验算需满足：pz+pcz≤faz。

pcz=∑γi(d+h)+γ′h=18×1+

17×(0.5+1.5)+(20-17)×1.5=56.5 kPa。

此时，32.1+56.5=88.6 kPa。

88.6 kPa≤123.3 kPa。

垫层厚度满足承载力要求。

3.2 基于基底下垫层材料重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算

垫层验算需满足：pz+pcz≤faz。

pcz=∑γid+γ″h=18×1+17×0.5+20×1.5=56.5 kPa。

此时，32.1+56.5=88.6 kPa，88.6 kPa≤123.3 kPa。

垫层厚度满足承载力要求。和3.1方法同解。

4 结语

综合上述分析计算发现：

1)在换填垫层重度大于土层重度的情况下，两种计算思路的计算结果是一致的。

2)在换填垫层重度不大于原土层重度的情况时，基于原土重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算结果较基于垫层重度的垫层底面处土的自重压力值pcz的计算结果更偏于安全。