地基处理—3换土垫层法.

地基处理(GroundTreatment/Improvement)地基处理——3换填法（ReplacementMethods）3.1换填法及其作用3.2垫层的分类及适用范围3.3土的压实机理3.4垫层设计3.1换填法及其作用换填法的定义——当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法。3.1换填法及其作用换填法的作用：1、提高地基承载力——上层砂土抗剪强度提高2、减少沉降量——上层砂土沉降量小，并对荷载有扩散作用3、加速软弱土层的排水固结——上层砂土透水性大，加速软弱土层的排水固结，提高其承载力4、防止冻胀——砂土孔隙大，不易产生毛细管现象。同时砂垫层底部应满足冻深要求。5、消除膨胀土胀缩作用6、消除湿陷性黄土的湿陷作用3.1换填法及其作用具体工程中换填法的作用：工业与民用建筑物基础下的砂垫层——主要起换填作用。路堤和土坝等工程的砂垫层——主要起排水固结作用。3.2垫层的分类及适用范围按回填材料的不同分类砂垫层砂石垫层碎石垫层素土垫层灰土垫层粉煤灰垫层矿渣垫层3.2垫层的分类及适用范围适用范围——适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。换填法的处理范围——换填深度一般控制在3m以内，但同时不小于0.5m。（垫层太薄，换填效果不显著）换填法的设计方法——各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行计算。3.3土的压实机理•当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，如还不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。•当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。•但当土样含水量增大到一定程度后，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个”最优含水量”，这就是土的压实机理。3.4垫层设计3.4.1砂和砂石垫层设计0、持力层：pf(3-1)(0.5)azakdffrd由此即可确定加固区和下卧层顶面处经修正的地基承载力特征值，kPa；1、垫层厚度的确定azzzfppczpczpazf垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：——垫层底面处的附加应力设计值（kPa）;——垫层底面处土的自重压力值（kPa）；——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。3.4.1砂和砂石垫层设计垫层底面处的附加压力值可按压力扩散角进行简化计算：pzpblppbztglztgzc()()()22条形基础：pbppbztgzc()2矩形基础：1、垫层厚度的确定(3-1)粉质粘土、粉煤灰的取值1、垫层厚度的确定b回填土B=b+2ztgdz填zpCZpCD要求：pZ+pCZfz+dztgbbpppCDz2)(zppCDcz填bdbFbGFp以条基为例垫层厚度计算示意图2、垫层宽度的确定垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。关于宽度计算，目前还缺乏可靠的方法。一般可按下式计算或根据当地经验确定。bbztg'2b——垫层底面宽度(m)；——垫层的压力扩散角（°）可按表4.2.1-1采用；当z/b0.25时，仍按=0.25取值。底面宽度：顶面宽度：垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，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。3、垫层承载力的确定垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算下卧层的承载力。垫层承载力亦可通过取土分析、标贯试验、动力触探多种测试手段取得的资料综合分析后确定。当无资料时，可采用P28的表确定。垫层的承载力——取决于填筑材料的性质、施工机具能量大小及施工质量的优劣。4、垫层的沉降计算s2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。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。s1提供砂垫层重度按提供重度计算；不提供重度按原土计算例：某4层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，上部建筑物作用于基础的荷载为120kN/m，基础的平均重度为20kN/m3。地基土表层为粉质黏土，厚度为1m，重度为17.5kN/m3；第二层为淤泥，厚15m，重度为17.8kN/m3，地基承载力特征值为50kPa，承载力修正系数ηd＝1；第三层为密实的砂砾石。地下水距离地表1m。因为地基土软弱，不能承受建筑物的荷载，试设计砂垫层。5、计算实例(1)砂垫层材料采用粗砂，要求压实系数为λc＝0.97，则地基承载力的特征值为fak＝200kpa。(2)基础埋深定为d＝1m(3)计算墙基的宽度1200.67m,=1m200201kakGFbbfrd取(4)设计砂垫层厚度为z＝2m(5)垫层底面土的自重应力112217.51(17.810)233.1kPaczprhrh基础宽度较小(6)垫层底面的附加应力(z/b=2/1=20.5)所以θ取30。01122.5122.537kPa2tan3.31122tan30zbppbz01120201117.51122.5kPa1kkkcFGppprdb3117.52(17.810)11.03kN/m3m(7)下卧层修正后地基承载力的特征值(0.5)50111.03(30.5)77.6kPaazakbmffD(8)验算垫层下卧层的强度pz+pcz=37+33.1=70.1kPafaz=77.6kPa(9)确定砂垫层底面宽度b’=b+2ztanθ＝1＋2×2×0.577=3.308m取b’=3.4m可见，设计中扩大基础宽度要优于加大砂垫层的厚度。3.5施工质量及检查换填法的施工方法：机械碾压法、振动压实法、重锤夯实法3.5.1垫层的施工方法1、机械碾压法——采用各种压实机械(平碾、羊足碾、压路机等)来压实地基土。此法常用于地下水位以上大面积填土的压实(包括基坑面积大和开挖土方量较大的工程)。——表层地基加固深度一般为2～3m——对于一般黏性土，承载力可达80～100kPa2、振动压实法——振动压实法是用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散地基的处理方法。——处理砂石地基以及碎石、矿渣等渗透性较好无黏性土为主的松散填土地基效果良好。——振动机自重约20kN，振动力50～100kN，振动机频率1160～1180r/min，振幅3.5mm。——对于一般杂填土振实后的地基承载力为100～120kPa3.5.1垫层的施工方法——振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1min以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为1.2～1.5m。——振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。3、重锤夯实法——重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。——重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。——夯锤的自重不宜小于15kN。——承载力可达100～150kPa3.5.1垫层的施工方法3.5.2垫层施工注意事项(1)基坑保持无积水。(2)铺筑垫层材料之前，应先验槽。清除浮土，基坑两侧附近若存在低于地基的洞穴，应先填实。(3)施工中必须避免扰动软弱下卧层的结构，防止降低土的强度、增加沉降。基坑挖好立即回填，不可长期暴露、浸水或任意践踏坑底。(4)如采用碎石或卵石垫层，宜先铺一层15～20cm的砂垫层做底面，用木夯夯实，以免坑底软弱土发生局部破坏。(5)垫层底面应等高。(6)人工级配砂石垫层，应先拌和均匀，再铺填捣实。(7)垫层每层虚铺200～300mm，均匀、平整，严格掌握。禁止一次铺土太厚。(8)垫层材料应采用最优含水率。(9)施工机械应根据不同垫层材料进行选择。(10)进行质量检查。合格后，再上铺一层材料再压实，直至设计厚度为止。3.5.3垫层的质量检验1、垫层的质量控制标准(1)干密度①环刀法(素土、灰土和密砂用容积V≥200cm3的环刀)②灌水法(卵石、碎石采用灌水法；挖坑直径250mm，深度300mm，注水测体积，称量挖出的卵石质量)c(2)压实系数ddmaxcddmax——垫层材料施工要求达到的干密度kg/m3——垫层材料能够压密的最大干密度kg/m3，由击实试验测定。2、垫层的质量检验——分层施工质量检查和工程质量验收。——垫层的施工质量必须分层进行，应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上一层材料。——分层施工质量检验方法主要有环刀法和贯入测定法。应在每层压实系数符合设计要求后铺填上层土。——工程质量验收可用：静载荷试验法，在有充分试验依据时，也可采用标准贯入试验或静力触探试验。3.5.3垫层的质量检验3.6其他垫层3.6.1灰土和素土垫层——灰土垫层(石灰与土的体积比为2:8,3:7)——素土垫层(简称土垫层)——主要处理湿陷性黄土、处理厚度1～4m。——分为局部垫层和整片垫层。——局部垫层设置在矩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。特点3.6.2碎石和矿渣垫层特点：——变形模量大，稳定性好；——垫层本身可以起到排水固结作用；——一般在垫层底部和四周设置15～30mm厚的砂，砂料应采用中粗砂，然后再铺筑碎石或矿渣垫层；3.6.3粉煤灰垫层特点：——自重轻：松散重度在6～7kN/m3——击实性能好：最优含水量变动幅度±4％；施工质量容易得到保证；——抗剪强度：应通过室内土工试验确定。无试验资料时，可定为当压实系数为0.9～0.95之时，——压缩性：应通过室内土工试验确定。无试验资料时，可定为当压实系数为0.9～0.95之时，——渗透性：渗透性大于黏性土。遇水后强度降低。——抗液化性：强于砂质粉土。——含有一定量的微量有害元素和放射性元素。不宜采用水沉法或浸水饱和施工2330kPac＝～，＝5～308~20MPasE3.7垫层材料的选择