第二节 垫层设计

一、砂和砂石垫层设计

砂和砂石垫层的设计主要是确定断面的合理厚度与宽度，既要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。

垫层厚度 z ，见图 2-1-1 ，应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合式（2-1-1）要求：

式中 p _z ——垫层底面处的附加压力设计值（kPa）；

p _cz ——垫层底面处土的自重压力标准值（kPa）；

f _z ——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力设计值（kPa）。

垫层的厚度不宜大于 3m。

垫层底面处的附加压力值 p _z 可按压力扩散角 θ 进行简化计算：

条形基础：

矩形基础：

式中 b ——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；

l ——矩形基础底面的长度（m）；

p ——基础底面压力设计值（kPa）；

p _c ——基础底面处土的自重压力标准值（kPa）；

z ——基础底面下垫层的厚度（m）；

θ ——垫层的压力扩散角（°），见表2-1-1。

垫层的底面宽度 b '应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经验确定。

式中 b '——垫层底面宽度（m）；

θ ——垫层的压力扩散角，可按表2-1-1采用；当 z / b ＜0.25时，仍按表中 z / b =0.25取值。

垫层顶面每边宜比基础底边大300mm，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡。整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。

垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表2-1-2选用，并应验算下卧层的承载力。

对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层，宜早换填并应考虑其附加的荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。

二、灰土垫层设计

灰土垫层（石灰与土的体积配合比宜为 2∶8 或 3∶7）在湿陷性黄土地区使用较为广泛，这是一种以土治土的处理湿陷性黄土地基的传统方法，适用于处理厚度一般为1～4m的软弱土层。通过处理基底下的部分湿陷性土层，可达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层湿陷量的处理效果。

灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层；除上述要求外，并要求提高土的承载力或水稳性时，宜采用灰土垫层。

局部垫层一般设置在矩形（方形）基础或条形基础底面下，主要用于消除地基的部分湿陷量，并可提高地基的承载力。根据工程实践经验，局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度不应小于其厚度的40 %，并不得小于0.5m，即使地基处理后，地面水仍可从垫层侧向渗入下部未经处理的湿陷性土层而引起湿陷，故对有防水要求的建筑物不得采用。

整片垫层一般设置在整个建筑物（跨度大的工业厂房除外）的平面范围内，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度不应小于垫层的厚度，并不得小于 2m。整片垫层的作用是消除被处理土层的湿陷量，保持下部未经处理的湿陷性土层不致受水浸湿。

三、粉煤灰垫层设计

粉煤灰具有承载能力和压缩模量较大，可利用废料，施工方便、快速，质量易于控制，技术可行等优点，可用于各种软弱土层换填地基的处理以及作大面积地坪的垫层等。

粉煤灰的物理力学特性为：颗粒组成与粉砂类似，粘聚力 c =5～30kPa，与粉质粘土接近，大于粉砂土；内摩擦角 φ =23°～30° ；压缩模量 E _s =12～20MPa，比粉质粘土、粉砂土大，具有较好的力学性能；其渗透系数随材料性能和压实密度而变化， k =2×10 ^-4 ～9×10 ^-5 ，接近粉土类土，具有良好的渗透性；当含水量偏大或遇雨季经摊铺处理后也易于施工，其固结也能较快完成。压力扩散角 θ =22° ；粉煤灰浇筑最大干密度 ρ _{d max} 和最优含水量 w _op 应通过击实试验测定，其经验数值为： ρ _dmax =11.6kN/m ³ ； w _op =30.5 %± 4 %。

粉煤灰垫层具有遇水后强度降低的特性，其经验数值是：对压实系数 λ ₀ =0.90～0.95的浸水垫层，其容许承载力可采用120～200kPa，可满足软弱下卧层的强度与地基变形要求；当 λ ₀ ＞0.90时，可抗地震时地基液化。

粉煤灰垫层厚度的确定，可参见砂和砂石垫层设计。 hGnI9VPZKfpUtVHbcQoGwjtvbLeZYPcoS/wz0aoHEPcLgFsdcNR4Phd2murwGc6D