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地基处理2 一、灰土和素土垫层第二章换填法处理第四节其他类地基土中垫层设计要点1．灰土垫层灰土垫层：是将基础底面下一定深度范围内的软弱土挖去，用一定体积比配合的灰土，在最优含水量情况下分层夯实或压实。适用于处理1～4m厚的软弱土层。灰土原材料：石灰和土。1)灰土垫层及其原材料 表2-4-1二灰垫层试件的抗压强度5)二灰土垫层强度特征用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和，分层夯实的垫层，称“二灰垫层”。“二灰垫层”与灰土垫层相似，但强度较灰土垫层高，见表2-4-1。最优含水量比灰土大，干土重度较灰土小。压实系数在0.94～0.97时，干土重度为9.4～9.7kN／m3，施工最优含水量为50％左右，石灰掺入量以15％～20％为宜。 一、灰土和素土垫层2．素土垫层1)垫层厚度的确定1）素土垫层厚度的计算方法同砂垫层。2）对于处理湿陷性黄土，分两种情形：(1)要求完全消除湿陷性时：①对非自重湿陷性黄土，应满足垫层底部总压力不大于下卧黄土层的湿陷起始压力；②对于自重湿陷性黄土，须全部换填(故仅适于厚<5m者)。(2)要求部分消除时：应根据建筑物的重要性、基础形式、面积、基底压力大小及湿陷类型等因素综合考虑(表2-4-2) 2)垫层宽度的确定(1)当垫层厚度小于2m时，基础外沿至垫层边沿不小于厚度的1／3，且不小于300mm；当垫层厚度大于2m时，可适当加宽且不小于700mm；(2)整片素土垫层超出基础外缘的宽度不得小于1.5m。当垫层厚度大于2m时，宜适当加宽。表2-4-2消除部分湿陷量的最小处理深度(m) 二、碎石和矿渣垫层1．对碎石垫层材料的要求采用碎石或矿渣作垫层来处理软弱地基是目前国内常用的一种地基加固方法。实践证明，碎石和矿渣有足够的强度，变形模量大，稳定性好；而且垫层本身还可起排水层的作用，并加速下部软弱土层的固结。碎石垫层所用的碎石粒径，一般为5～40mm的自然级配碎石，含泥量不大于5％。 矿渣是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣经自然冷却而成的垫层材料。材料要求：矿石类型不同，来源不同，干渣成分不同，其稳定性、侵蚀性、环境危害、变形模量不同。一般要求质地坚硬，性能稳定，无侵蚀性的矿渣为基本原料，经适当破碎获得良好做配并要求最大粒径不超过200mm。松散密度大于1.1g/cm3，泥土－有机质成分≤5%为宜。二、碎石和矿渣垫层2对矿渣垫层材料的要求 (1)稳定性表2-4-2为国内各钢厂重矿渣化学成分分析。表2-4-2国内各钢厂重矿渣化学成分从表2-4-2可看出，重矿渣的主要成分为CaO、SiO2、Ai2O3、MgO和Fe2O3等，其含量大致接近，但宝钢的成分相对稳定，尤其是CaO含量少于45％，大大减少了裂胀分解的可能性。 (2)松散密度根据《混凝土用高炉重矿渣碎石技术条件》(YBJ205—84)的规定，重矿渣的强度可用松散密度指标表示，对分级矿渣松散密度要求不小于1.lt／m3。经测定分析，松散密度与粒径有关，粒径小则轻，粒径大则重。但粒径较小的矿渣砂(粒径在0～8mm之间)，其密度可达1.4t／m3。(3)变形模量一般工程中，不论是分级矿渣或混合矿渣，压实后的变形模量都大于或等于砂、碎石等垫层材料的变形模量。当符合一定的压实标准的话，压实后的矿渣垫层(分级或混合)的变形模量E0可达35MPa以上。 (4)高炉重矿渣主要力学特点垫层压程度实符合标准时，荷载与变形关系具有线性变形体的基本特点。如果压实程度不佳，强度不足，会引起显著的非线性变形。因此，设计前应首先了解矿渣的组成成分、级配、软弱颗粒含量和松散密度；其次是根据场地条件和施工现场条件，确定合理的施工方法和选择各种计算参数。用于垫层的矿渣的基本技术参数要符合下列规定：稳定性合格；松散密度不小于1.1t／m3；泥土与有机质含量不大于5％。当然，对于一般的场地平整，矿渣质量可不受上述指标的限制。 二、碎石和矿渣垫层3．碎石垫层和矿渣垫层的构造要求为了防止基坑表层软弱土发生局部破坏而使建筑物基础产生附加沉降，一般应在碎石和矿渣垫层的底部，设置一层15～30mm(a)(b)图2.4.1碎石或矿渣垫层：(a)碎石或矿渣垫层；(b)阶梯式碎石或矿渣垫层1．基础，2．砂垫层，3．碎石或矿渣垫层，4．砂或混凝土挡当软弱土层厚度不同时，垫层应做成阶梯形，见图2.4.1(b)，但两层垫层的高差不得小于1m，同时阶梯宽度需符合b>2h的要求。厚的砂垫层，砂料应采用中、粗砂，然后再铺筑碎石或矿渣垫层，见图2.4.1(a)。 三粉煤灰垫层1、粉煤灰及其工程特性1)粉煤灰的概念：是指燃煤电厂排放的工业废弃物。根据一些地区的工程实践证明，粉煤灰是一种良好的地基处理材料来源，具有良好的物理力学性能，能满足工程设计的技术要求。表2-4-3粉煤灰的化学组成 2)工程特性①自重轻：击实后的干密度0.92～1.5g/cm3(做垫层有利于减轻下卧土层的压力减少沉降);②击实性能好：最优含水量(WOP)变动幅度大于±2%，达±4%的变动幅度，因此，施工中容易控制设计密度所要求的含水量，施工质量易保证)；③抗剪强度：与灰种、压实系数，龄期长短有关。无试验资料时：在压实系lc为0.9～0.95时，Φ=23～30，C=5~30kPa； 2)工程特性④压缩性：与击实能量、密实度、饱和度有关。无试验资料时，在压实系lc=0.9～0.95时，Es=8～20Mpa；⑤承载能力：在lC=0.9～0.95时，允许承载力可采用120～200kPa；⑥渗透性：粉煤灰渗透系数较大，但随时间推移会逐步降低；⑦击实之后的抗液化性好；⑧对环境影响随时间推移而下降，整体上对环境影响不大。 三粉煤灰垫层2、粉煤灰垫层设计1)厚度与宽度的基本计算方法与砂垫层一样，粉煤灰垫层的压力扩散角θ＝22o；2)粉煤灰的最大干土密度rdmax和最优含水量WOP在设计和施工前应按《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)由室内击实试验确定，压实系数lC一般取0.9～0.95。垫层的碾压次数，铺垫厚度以现场试验为准； 3)粉煤灰的内摩擦角φ、黏聚力c、压缩模量Es及渗透系数k与粉煤灰的材质和压实密度有关，故应通过室内土工试验确定。当无试验资料时，可参照上海地区提出的数值lC＝0.9～0.95时，φ＝23～30o,c＝5~30kPa，Es＝8~20kPa,k＝2×10－4~9×10－5cm/s；4)对于lC＝0.9～0.95的浸水垫层，承载力特征值可取120～200kPa,但仍应满足软弱下卧层的强度与变形要求。 1)砂垫层施工中的关键:是将砂加密到设计的密实度。加密的方法常用的有振动法(包括平振、插振、夯实)、水撼法和碾压法等(表2-5-1)。这些方法要求在基坑内分层铺砂，然后逐层振密或压实，分层的厚度视振动力的大小而定，一般为15～20cm。每层铺筑厚度不超过表2-5-1所规定的数值。分层厚度可用样桩控制。施工时，应将下层的密实度经检验合格后，方可进行上层施工。一砂和砂石垫层施工第二章换填法处理第五节垫层施工要点 表2-5-1砂和砂石垫层每层铺筑厚度及最优含水量注：在地下水位以下的垫层其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm 2)铺筑前，应先进行验槽。浮土清除，边坡必须稳定，防止塌土。基坑(槽)两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴，应在未做垫层前加以填实。3)开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动下卧软弱土层的表面。否则，坑底土的结构在施工前就遭到破坏，其强度就会显著降低，以致在建筑物荷载作用下，将会产生很大的附加沉降。因此，基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。 4)砂、砂石垫层底面宜铺设在同一标高上。如果深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.5～1.0m的距离，搭接处应注意捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。5)人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再进行铺填捣实。6)捣实砂石垫层时，应注意不要破坏基坑底面和侧面原状土。尤其是对基坑下灵敏度大的地基土，在垫层最下一层宜先铺设一层15～20cm的松砂，只用木夯夯实，不得使用振捣器，以免破坏基底土的结构。 7)采用细砂作为垫层的填料时，应注意地下水的影响，且不宜使用平振法、振捣法和水撼法。8)水撼法施工时，在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层虚铺25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔出，在相距10m处重新插入摇撼，直至这一层全部结束，经检查合格后铺第二层(不合格时需要再插撼)。每铺一次、灌水一次进行摇撼，直至设计标高为止。 二灰土与素土垫层施工1．灰土垫层施工1)灰土垫层施工前必须验槽，如果发现坑(槽)内有局部软弱土层或孔穴，应挖出后用素土或灰土分层填实。2)施工时，应将灰土拌和均匀，控制含水量，如果土料水分过多或不足时，应晾干或洒水湿润。一般可按经验在现场直接判断，其方法为，手握灰土成团，两指轻捏即碎。这时，灰土接近最优含水量。3)分段施工时，不得在墙脚柱基及承重窗间墙下接缝。上下两层灰土的接缝位置的水平距离不得小于500mm。接缝处的灰土应夯实。 4)掌握分层虚铺厚度，必须按所使用的夯实机具来确定，见表2-5-2。每层灰土夯打遍数应根据设计的干土重度在现场试验确定。表2-5-2灰土最大虚铺厚度 5)在地下水位以下的基坑(槽)内施工时，应采取排水措施。夯实后的填土，在3d内不得受水浸泡。6)灰土垫层筑完后，应及时修建基础和回填基坑，或做临时遮盖，防止日晒雨淋。刚筑完毕或未夯实的灰土如果遭受雨淋浸泡，则应将积水及松软灰土除去并补填夯实。受浸湿的灰土，应在晾干后再夯至密实。 二灰土与素土垫层施工2．素土垫层施工素土垫层的土料一般以黏性土为宜。填土必须在无水的基坑(槽)中进行。夯(压)实施工时，应使土的含水量接近最优含水量，最优含水量应通过室内击实试验确定，也可以采用最优含水量Wop±2％作为土的施工控制含水量。填土的夯(压)实应分层进行，每层的虚铺厚度见表2-5-1。填土夯(压)实后达到的干土重度可按室内击实试验和现场测得的最大干土重度进行控制。 表2-5-1砂和砂石垫层每层铺筑厚度及最优含水量注：在地下水位以下的垫层其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm 三碎石和矿渣垫层施工1）碎石或矿渣垫层施工，一般是将软弱土层挖至需要深度，先作砂垫层，用平板式振捣器振实。然后再将碎石或矿渣分层铺设和压实。压实可采用机械碾压法或平板振动法。大面积施工宜采用机械碾压法，即采用8～12t的压路机或拖拉机牵引5t的平碾分层碾压。每层铺设厚度为300mm，用人工或推土机推平后，往复碾压4遍以上。每次碾压均与前次碾压轮迹宽度重合一半。碾压时宜浇水湿润以利密实 2）小面积施工宜采用平板振动器振实，系用功率大于1.5kW、频率为2000次／min以上的平板振捣器往复振捣，每层铺设厚度为200~250mm，振捣时间不小于60s，振捣遍数由试验确定，一般为3～4遍，做到交叉、错开和重叠。施工时，按铺设面积大小，以总的振捣时间来控制碎石或矿渣分层捣实的质量。 四粉煤灰垫层施工1)一般可采用分层压实法。压实可用压路机和振动压路机、平板振动器和蛙式打夯机。机具选用应按工程性质、设计要求和工程地质条件等确定。2)对过湿的粉煤灰应沥干装运，装运时含水量以15％～25％为宜。底层粉煤灰宜采用较粗的灰(灰渣)，并使含水量稍低于最佳含水量。3)施工压实参数(ρdmax，wop)可由室内击实试验确定。压实系数λc一般取0.9～0.95，根据工程性质、施工机具和地质条件等因素确定。 4)要分层碾压，并设置泄水沟与排水盲沟。虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若无试验资料时，可选用铺筑厚度200~300mm，压实厚度150~200mm。5)小型工程可采用人工分层摊铺，在整平后用平板振动器或蛙式打夯机进行压实。施工时需要重叠1／2~1／3板往复压实，由外围向中间进行，直至达到设计密度要求。6)大、中型工程可采用机械摊铺，整平后用履带式机具初压两遍，然后用中、重型压路机碾压。施工时需重叠1／2～1／3轮往复碾压，后轮必须超过两施工段的接缝，碾压4~6遍，直至达到设计密实度的要求。 7)施工时宜当天铺筑、当天压实。若压实时呈松散状，则应洒水湿润再压实。洒水的水质应不含油质，pH＝6～9；若出现“橡皮土”现象，则应暂缓压实，采取开槽，翻开晾晒或换灰等方法处理。施工压实含水量可控制在Wop±4％范围内。施工最低气温不低于0℃，以防粉煤灰含水冻胀。8)每一层粉煤灰垫层经验收合格后，应及时铺筑上层或采用封层，以防止干燥松散起尘污染环境，并禁止车辆在其上行驶通行。 第二章换填法处理第六节质量检验垫层的质量检验必须分层进行，以满足设计要求的最小干密度ρd或压实系数λc为控制标准。每夯压完一层，应检验该层的最大干密度ρdmax，或平均压实系数λc，当符合设计要求时，才能铺筑上层。一般用环刀法或贯入法进行质检。对碎石、矿渣等粗骨料垫层，也可采用沉陷差值来控制。1环刀法用容积不小于200cm3环刀压入垫层中取样，测定其干土密度(或压实系数)，以不小于填料在中密状态时的干土密度数值为合格。用环刀法取样检验垫层的质量时，取样点应位于每层2／3的深度处。 不锈钢环刀取土铝合 2．贯入仪或钢筋贯入测定法检查时需要将表面的填料刮去3cm左右，并用贯入仪、钢叉或钢筋等以贯入度大小检查垫层的质量。钢筋贯入工具是用直径为2cm，长度为125cm的平头钢筋，落距为70cm，自由下落。钢叉贯入测定法是用水撼法使用的钢叉，落距为50cm，自由下落。以上钢筋和钢叉的插入深度，可根据砂的控制干土密度预先进行小型试验确定。用贯入仪或钢筋贯入检验垫层的质量时，检验点的间距应小于4m。当取土样检验垫层的质量时，对大基坑每50～100m2应不少于1个检验点；对基槽每10～20m应不少于1个检验点；每个单独柱基应不少于1个检验点。 贯入仪 3．垫层的质量要求1)砂垫层。要求最小干密度ρdmin≥1.6t／m3。2)灰土垫层。对于黏土、粉质黏土及粉土要求最小干密度ρdmin分别为l·45t／m3、1.5t／m3及1.55t／m3。灰土垫层的压实系数λc为0.93～0.95。3)素土垫层。密实度可用压实系数λc来控制，一般为λc≥0.94。处理湿陷性黄土时也可掺入适量石灰或水泥，控制干密度ρd≥1.6t／m3。4)碎石垫层。要求ρdmin≥1.6t／m3。5)处理膨胀土垫层时。垫层材料可用砂、碎石和灰土等，要求干密度ρdmin≥1.55t／m3。 表2-6-1各种垫层的压实标准注：l压实系数λc，为土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎百或卵石的最大于密度可取2.0～2.2t/m3；2当采用轻型击实试验时，压实系数。宜取高值，采用重型击实试验时，压实系数。可取低值。 ①将不满足建筑物要求的土挖去→逐层填入、逐层压实成符合建筑物要求的垫层。②关键参数：rd-WOP及相应曲线与rdmax·WOP③垫层设计关键：地基厚度、宽度、承载力(沉降量计算)④要对各类垫层特性有所了解、掌握处理设计参数的确定，施工要点，垫层质量检验。注意：在达到目的的前提下，材料要尽可能就地取材，避免舍近求远。第二章换填法处理总结 第二章换填法处理工程实例-用砂垫层处理某单位动力馆1．工程概况该动力馆为三层砖混结构，纵横双向条形基础。基础宽度一般为2.4～2.6m，基底埋深-1.3m(设计标高)。建筑物立面图基础平、剖面图见下图。结构正立面图(单位cm) 基础平、剖面图(单位mm) 2．工程地质条件建造地点在某大江下游沿岸，原为池塘，面积120m×200m，于1920~1922年间吹填成平地。动力馆位于其西南边缘，吹填土厚度3～4.5m。虽然此吹填土层形成已40余年，且砂性较重，但由于地下水位较高，且塘底淤泥层黏性较重，几乎不透水，因而土体长期不能排水与固结，土体十分软弱。土质分层与主要物理力学性质指标见表所示。灰色吹填土层的触探、静载荷试验结果图所示。 土层物理力学性质指标触探等击线图荷载试验p-s曲线50kPa 3．垫层设计1)地基条件分析。工程地质勘察与分析结果表明，该场地土质十分软弱，主要原因是排水不畅。2)需要考虑的关键因素。设计时首先考虑改善排水条件；其次，填土层以下土层为池塘底淤泥与淤泥质黏性土等软弱土层，因此必须控制作用在其上的压力。3)处理方案。经过对全部挖除吹填土层及打设预制钢筋混凝土短桩等方案进行经济技术比较后，决定采用砂垫层处理，可达到改善排水途径及控制下卧层的压力。4)设计要注意的一些问题。静载荷试验表明，吹填土的临塑荷载为50kPa，设计垫层厚度时考虑作用在垫层底面的附加压力为40kPa，垫层厚度见剖面I-I。 地基土现场载荷试验1地基土现场载荷试验2地基土现场载荷试验0 基础及垫层剖面图 4．垫层施工由于场地地下水位高，开挖基坑前进行了井点降水，井点布置在建筑物四周，井管设置在池底淤泥不透水层之上。垫层材料采用中砂，分层铺设，平板振动器捣实。干土密度控制标准为ρd≥1.6t／m3。5．质量检验建筑物沉降情况如下：沉降速率变化监控结果见图所示。施工期间沉降量为5.2cm，施工结束后2年3个月时沉降量为13.4cm，推算最终沉降量为19cm。至1965年12月时，纵向挠曲值为0.008，建筑物除顶层有八字缝外，其他情况良好。 沉降速率图 第二章换填法处理作业与习题作业：教材1；2；3；4；5；6；7；8；12思考题1什么叫换填法?它的适用范围是什么?2换土垫层可起到什么作用?3砂垫层的厚度是如何确定的?4砂垫层的宽度是如何确定的?5对砂垫层材料的要求是什么?6对灰土和素土垫层材料的要求是什么?7对碎石和矿渣垫层材料的要求是什么?8矿渣垫层的特性是什么?9碎石垫层和矿渣垫层各有什么构造要求?10粉煤灰垫层具有什么特点? 习题1某承重墙下采用条形基础，基础宽1.9m，埋深1m，上部结构传至地面的轴心荷载为200kN／m。地基土第一层为杂填土，厚1m，重度为16.8kN／m3，第二层土为淤泥，厚7.5m，饱和重度为18.6kN／m3，地基承载力特征值fak＝62kPa。地下水位距地表1m。因为地基土软弱，不能承受上部结构荷载，所以需在基础下设计一砂垫层，试确定砂垫层的厚度z和底面宽度b´。(答案：厚度z=2.2m；底宽b´＝3.8m)2某墙下采用钢筋混凝土条形基础，埋深1.5m，上部结构传至地面的轴心荷载为230kN／m。地基土第一层为粉质黏土，厚1.5m，重度为17.1kN／m3；第二层土为淤泥，较厚，重度为16.5kN／m3，地基承载力特征值fak＝71kPa。因为地基土软弱，不能承受上部结构荷载，所以需在基础下设计一砂垫层，垫层材料采用粗砂，要求砂垫层的承载力特征值达到fak＝160kPa。试确定该基础的底面宽度b、砂垫层的厚度z和砂垫层的底面宽度b´。(答案:基础宽度6＝1.8m；厚度z=2.5m；底宽b´＝4.0m) 结束语谢谢大家聆听！！！56