换填垫层法在水利工程浅层软基处理中的应用探讨

摘　要　换填垫层法是一种常用的基础处理方法,但在水利工程中的运用受到一定的限制,本文通过理论分析和工程实践介绍该法的可靠性,为其合理的运用提供借鉴。
关键词　软弱层　基础处理
安徽省地处南北气候过渡地带,长江、淮河横贯境内,水利工程地层主要为河湖相沉积层,上覆第四系全新统冲积层,以淤泥质土、松散的砂性土或轻壤土较为普遍,土层含水量大,强度低,对建筑物的安全和工程投资产生不利的影响,采取合适的基础处理方法是水利工程设计的重要任务。 换填垫层法在其他工程领域应用较广,受地下水和渗透水头等因素的影响,该法在水利工程的运用受到一定的程度限制。为此,探讨换填垫层法处理水利工程浅层软弱地基具有实用价值。 水利工程一般为挡水建筑物,上、下游有水头差,要求地基具有一定的抗渗能力,如基底土层渗透性较大,在高水头差作用下,土中细颗粒易被渗透水流带走而形成渗漏通道,出现管涌等险情,危害建筑物的安全。
因此,换填垫层宜采用不透水材料,对无水头差的部位可采用透水材料,但粒径不宜过小,以免产生地震液化,另外要求其不得污染地下水。常用的材料主要有以下几种: 粉质粘土,土料中有机质含量不得大于5%,不得含有冻土和膨胀土及大块的瓦片和石块等杂物。灰土,石灰与土的体积比宜采用2∶8或3∶7,石灰为新鲜的消石灰,其粒径不宜大于5mm,粉质粘土粒径不宜大于15mm,不得夹杂松软杂物。 粉煤灰,粉煤灰垫层与建筑物间宜加0·3 ~ 0·5m厚的粘性土褥垫层。近年来,粉煤灰在公路等工程中应用较广,价格攀升,不经济,在水利工程中的大量应用较少。
水泥土,为增加垫层土粒间凝聚力,改善垫层性能,掺入适当的水泥作为固化剂,水泥掺入量一般为 8% ~15%。根据我省的实际情况,为节省投资,就近取材, 便于施工,换填材料常采用水泥土。 根据拟建工程的荷载计算基底压力,如其大于经深度修正后的地基承载力时,需对地基加固处理。基础处理可根据工程的地层条件、地下水位及投资规模等因素采用不同的处理方案。我省中、小型水利工程较多,不良软弱层地基十分普遍,软弱层较厚的地层一般采用复合地基及桩基础,对浅层软弱(厚小于3m)的地基,考虑到节省投资和便于施工,一般采用换填垫层法。
换填垫层设计应满足承载力和变形要求,垫层能置换基础下直接承受建筑基底压力的软弱土层, 荷载通过垫层的应力扩散,使下卧层的承载力满足条件。确定合理的垫层厚度是垫层设计的主要内容,首先应根据垫层的承载力确定基础的宽度和基底压力,再根据垫层下卧层的承载力确定垫层厚度, 对于浅层软土厚度不大的应全部置换。 垫层的承载力宜通过现场试验确定,对安全等级为3级的建筑物及一般不太重要的、小型或对沉降要求不高的工程,在无试验资料或经验时,根据不同的压实系数,常用的垫层材料的承载力特征值及压缩模量。