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3.1加筋复合垫层设计原则
加筋复合垫层设计原则包括两个方面：
⑴ 复合垫层应具备足够的强度与钢度，保证垫层在建筑荷载作用下不六生拉断或冲切破坏，处于弹性平稳的工作状态。
⑵ 复合垫层厚度应满足软弱下卧层强度验算公式（1）：
PZ+PCZ≤fZ (1)
式中：PZ-软弱层顶面的附加应力（kPa）；
PCZ-软弱层顶面的垫层自重压力（kPa）；
fZ-软弱层深度修正后的承载力设计值（kPa）。
软弱层顶面的附加应力PZ根据加筋在垫层中的作用对山西饱和黄土按下列经验公式（2）计算：
PZ =2γb(1-e0.5Z/b)·k+pe-0.5Z/b (2)
式中：γ-复合垫层容重(kN/m3)；
b-基础板宽度(m)；
Z-复合垫层厚度(m)；
k-加筋作用系数；
p-设计基底压力(kPa)。
其中加筋作用系数k值根据土工织物综合影响系数m。按下列公式计算或依据图1确定：
k=e1-1/mc ⑶
k=e0.5-1/mc ⑷
当软弱层厚度t≤3.0m，且t/b≤0.2m时，k值按公式（3）计算；当t>3.0m或t/b>0.2时值按公式（4）计算。
土工织物综合影响系数m按公式（5）计算：
mc=( )*N/F (5)
式中：lidI-分别为基础横向土工织物筋带的长度与宽度（m）；
ljdj-分别为基础纵向土工织物筋带的长度与宽度（m）；
N-土工织物筋层的层数；
F-基础底面积m2。
3.2 软弱下卧层强度验算
本工程复合垫层厚度Z=2.50m，垫层重度γ=21.5kN/m3,软弱饱和黄土厚度t=2.50m,基础板宽度b=17.50m（图2），设计基底压力P=260kPa,土工织物综合影响系数m≈1.68,加筋作用系数K=1.50。因此，软弱层顶面的附加应力Pz按公式（2）计算为：
Pz=2γb(1-e0.5z/b).k+pe-0.5z/b=160kPa
软弱层顶面的垫层自重压PCZ为：
PCZ=γ·Z=54Kpa
软弱饱和黄土的承载力标准值按《湿陷性黄土地区建筑规范》GBJ25-90进行深度修正后的承载力设计值fz=260Pa。因此
Pz+ PCZ〈fz
3.3 软弱层的薄层积压稳定性分析
饱和黄土层上覆加筋复合垫层强度与钢度较好，设计中是将其中作为一块"硬土板"考虑的。余留软弱饱和黄土与上覆复合垫层及下卧粉细砂层之间所构成的空间体系又可按薄层挤压理论见参考文献[3]对软弱饱和黄土层进行稳定性分析，从而验证3.2节计算的可靠度，从理论上双重保证建筑物的安全。
软弱饱和黄土夹层（简称软弱层）的平均极限承载力p?按下式计算：
p?=Nct·C+Nqt·γ' H （6）
式中：Nct、Nqt-软弱层挤压的承载力系数；
γ'-软弱层顶面上覆土层加权重度（kN/m3）,本工程γ'=19.4kN/m3;
H-软弱层顶面至设计室地坪深度（m）（图2），H≈7.0m；
C-软弱层的凝聚力（kPa）,本工程C=8kPa。
Nct=∫t(Nc+1/tan∮)-1/ tan∮ （7）
Nqt=∫t·Nq （8）
∫t=2b0/b-t/b·a ?(1-E·b-2b0/t·2) （9）
a=tan∮·1+sin∮/1-sin∮ （10）
其中：Nc、Nq-与软弱层内摩擦角有关的承载力系数，本工程Nc=10.37.Nq=3.59；
∮-夹层土的内摩擦角，本工程∮=140；
b0-不受摩擦影响的边缘恒压段的宽度m，本工程按加筋复合垫层的钢度作用（p=15kN）及软弱层的挤出综合考虑取b0=3.75m；
计算结果：a=0.408, ∫t =1.87,Nqt=6.71,Nct=22.9,p?=1094.4kPa。取安全系数K=3则软弱层的 承载力采用值f'z为：f'z=364.0kPa。
因此，在仅考虑复合垫层的整体性钢度不计应力扩散的条件下，同样满足下列验算公式（11）：
p+pcz<f'z （11）
式中符号意义及取值同前。
这样我们就从二种 不同的思路上保证了采用复合垫层的地基的安全度。 3.4 沉降变形计算
拟建教学楼箱形基础下地基最终沉降量S按分层综和法计算如下：
s=ΨsS'=Ψs
式中：S-地基最终沉降量（mm）；
S'-按分层总和法计算出的地基沉降量（mm）；
Ψs-沉降计算经验系数，Ψs=0.55；
Esi-基础底面下第I 层土的压缩模量（Mpa）；
P-设计基底压力（），取值同前；
ZiZi-1-基础压力至第 i 层和第i-1 层底面范围内平均附加压力系数。
ai、ai-1-基础底面计算点至第i 层和第i-1 层底面范围内平均附加压力系数。
沉降计算参数列于表4。地基最终沉降量S≈53.7mm，基础倾斜远小于0.003，地基变形在《高 层建筑沿土工程勘察规程》JGJ72-90容许范围之内。
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表4 沉降计算参数取值 |
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层号 |
土名 |
土层厚度/m |
压缩模量Es/MPa |
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① |
砂 卵 石 |
2.5 |
25.6 |
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② |
粉 土 |
1.5 |
5.0 |
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③ |
粉质粘土 |
1.0 |
5.0 |
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④ |
粉 细 砂 |
10.0 |
12.6 |
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⑤ |
中粗砾砂 |
1.2 |
16.4 |
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⑥ |
卵 石 |
1.3 |
36.8 |
3.5 加筋复合垫层设计
3.5.1 设计概要
图2为拟建教学楼加筋复合垫层地基断面示意图。
复合垫层厚度为2.50cm，与垫层下部设置2层土工织物筋层，第一层距软弱层顶面竖向间距为40m，第二层与下部筋层竖向间距为40cm，筋带两端端头回折2.5～3.0m，垫层边部内置胞腔式土工织物碎石袋，见图3。
筋层土工织物筋带以15cm×15cm方格网形布置。
3.5.2 材料
为保证复合垫层的强度与钢度，土工筋带应具有高强度、低伸长率、低蠕变及抗老化耐腐蚀等特性，本工程复合垫层使用的土工筋带为陕西户县工程塑料厂粗纹TG土工筋带，规格为2.5mm×50mm。材料性能经西北工业大学以MTS810.13±250kN动、静态疲劳实验及测定：抗拉强度为120Mpa，断裂伸长率1.7%。砂卵石为天然级配、圆及亚圆形、耐风化硬质砂岩、灰岩等。
3.5.3 施工[4]
复合垫层施工的重点要求有：
（1） 盐巴材料关。施工前应取得检验部门出具的土工织物性能鉴定书。
（2） 铺设垫层前，应将其下砂卵石界面上棱角明显之颗粒剔除，并以细粒砂平整均匀。
（3） 土工筋带应有一定的松紧度，但不得出现扭曲，皱折及重叠现象，端头处理严格施工图执行。
（4） 纵、横土工筋带搭接处以钉接发连接。
（5） 筋层上部砂卵石碾压常规要求施工至设计垫层顶标高-5.430m
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