基础工程学

1论述换填法地基处理的设计与计算方法结合实际工程实例介绍方案、流程及计算过程与结果建工学院吴伟学号G2015133一、换填法地基处理特点与试用范围换填法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。此方法是我国建筑工程中目前较为常用的一种处理软弱地基的方法。换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小等优点。换填垫层法具有加速饱和土的排水，缩短固塑变形时间，减少房屋沉降量、提高基础的承载力，具有就地取材、施工方便、适用经济、施工简易、降低造价等优点。换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理，用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。二、换填法施工分类及优缺点按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。这里主要介绍灰土垫层与砂石垫层：灰土垫层是将基础地面以下按要求挖去软弱土，用石灰按一定的体积比，土料宜采用粉质黏土，不宜使用块状黏土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得大于15mm。石灰宜采用新鲜的石灰，其颗粒粒径应小于5mm，最优含水量的情况下，分层回填和压实。其具有一定的强度，水稳定性和抗渗性，施工简单，费用低。其施工要点：施工前先验槽，使其内部平整干净；灰土配合比满足设计规定，保证最优含水量在14%-18%范围内；铺灰层应分段分层夯筑，一般至少夯实四遍，灰土分段施工时，上下两层接缝距离不得小于500mm，接缝处应压实；雨季施工应注意防水，夯实灰土3天内不得受水浸泡；冬季施工，应注意防冻，注意保温。砂石垫层是采用砂和砾石混合物，经分层夯实而成。其提高了地基承载力，降低建筑物对地基压应力，减少沉降，由于砂石透水性大，可做好良好的排水层，加速软弱土层的排水固结。2三、换填法地基处理的设计与计算换填法的设计主要是确定以下四个参数：换填垫层的厚度、换填垫层的宽度、承载力和沉降。1、换填垫层厚度的确定垫层的厚度一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力，具体计算时，一般是先初步拟定的一垫层厚度，再用上式验算，直到满足要求为止。垫层厚度一般不宜大于3m，也不宜小于0.5m。太厚施工较困难，太薄则换土垫层的作用不显著。所垫层厚度的确定，除应满足计算要求外，还应根据当地的经验综合考虑。2、换填垫层宽度的确定垫层的宽度除应满足基础地面应力扩散的要求外，还应考虑垫层侧面土的强度条件，防止垫层材料由于侧面土的强度不足或由于侧面土的较大变形而向侧边挤出，增大垫层的竖向变形，使建筑物沉降增大。3、垫层承载力的确定经换填处理后的地基，由于理论计算方法尚不完善，垫层的承载力宜通过现场荷载试验确定，如对于一般工程可直接用标准贯入试验、静力触探和取土分析法等。4、沉降计算垫层地基的沉降分两部分，一是垫层自身的沉降，二是软弱下卧层的沉降，由于垫层材料模量远大于下卧层模量，所以在一般情况下，软弱下卧层的沉降量占整个沉降量的大部分。四、换填法在实际工程中应用1、工程概况西安市第四十六中学教学综合楼位于西安市雁塔区东仪路202号（西安市第四十六中学校园内），拟建设五层框架结构教学综合楼一栋，建筑面积6538.44平方米，框架结构，结构高度：22.5m，基础长3m，宽3m，基础埋深2.1m，基础及上覆土重250KN。2、材料要求及施工要点⑴在垫层的施工中，填料质量的好坏、是直接影响垫层施工质量的关键因素。对于砂、石料等垫层主要检验其粒径级配以及含泥量等。砂及砂石料可根据施工方法的不同控制最优含水量。最优含水量由工地试验确定。⑵砂垫层施工中的关键是将砂加密到设计要求的密实度。加密的方法常用的有振动法(包括平振、插振、夯实)、碾压法等。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，—般为15～20cm。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。⑶铺筑前，应先行验槽。浮土应清除，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、井和墓穴等，应在未做垫层前加以填实。3⑷开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动软弱土层的表面，否则坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度就会显著降低，以致在建筑物荷重的作用下，将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。⑸砂石垫层底面应铺设在同一标高上，如深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步（阶梯）或斜坡搭接，搭接处应注意捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。⑹人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再行铺填捣实。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、插振法。⑺地下水位高出基础底面时，应采用排水降水措施，这时要注意边坡的稳定，以防止塌土混入砂石垫层中影响垫层的质量。3、换填砂石垫层设计计算首先根据工程地质条件及各土层的主要物理力学性质指标，确定砂石垫层的厚度：假设砂石垫层厚度为2m，利用公式算出垫层底面土的附加应力与自重应力，如计算出的地基承载力特征值大于底面土的附加应力与自重应力之和，则符合设计要求。反之，继续论证假设。当确定合理的砂石垫层厚度后，可运用公式计算出垫层底面宽度及沉降量是否满足规范要求4、论证质量检验结果现场取样，检验垫层竣工后的密实度，根据估算出垫层的承载力及压缩模量与实际试验检测结果对比，验证换填砂石垫层后地基承载力、沉降量是否满足设计要求。