02--水利工程地基处理--垫层

合肥工业大学土木与水利工程学院赵静地基处理GroundTreatment第一节垫层的作用及适用范围又称换填法，是浅层处理方法一、垫层处理概念：当软弱（缺陷）土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱（缺陷）土层的厚度又不是很大时，将基础底面下处理范围内的软弱（缺陷）土层部分或全部挖去，然后换填密度大、压缩性低、强度高、水稳性好的天然或人工材料,并分层夯(振、压)实至要求的密实度,达到改善地基应力分布、提高地基稳定性和减少地基沉降的目的，这种地基处理方法称为垫层处理,也叫换填法。第二章垫层处理ReplacementMethod二、处理对象：软土垫层第一节垫层的作用及适用范围淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土、杂填土地基三、垫层材料：砂砾土、碎（卵）石土、灰土、素土（壤土）、中砂、粗砂、矿渣等四、分类：按回填不同材料形成的垫层(Cushion)进行分类，如砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿渣垫层、粉煤灰垫层等。五、换填法加固机理：换填法的加固原理是据土中附加应力分布规律，让垫层承受上部较大的应力，软弱层承担较小的应力，以满足设计对地基的要求。第一节垫层的作用及适用范围六、垫层的作用：1、提高持力层的承载力通过扩散作用使传到垫层下软弱层的应力减小。2、减少沉降量一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的。如条形基础，在相当于基础宽度深度范围内的沉降量约占总沉降的50%左右，如以密实砂代替软弱土层，就可减少这部分沉降。由于砂垫层或其它垫屋对应力的扩散作用，使作用在下卧层土的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。第一节垫层的作用及适用范围六、垫层的作用：3、加速较弱土层的排水固结不透水基础直接与软弱上层相接触时，在荷载的作用下，软弱土地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险，砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度。第一节垫层的作用及适用范围六、垫层的作用：4、防止冻胀因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中的冰所造成的冻胀，垫层应满足当地冻结深度的要求。5、消除膨胀土的胀缩作用第一节垫层的作用及适用范围七、换填法适用范围：规范表述：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。课本表述：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。分类及适用范围见表2-1。第一节垫层的作用及适用范围表2-1换土的适用范围换土种类适用范围砂石（砂砾、碎卵石）垫层适用于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理；不宜用于湿陷性黄土地基，也不适宜用于大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理；可有条件地用于膨胀土地基；砂垫层不宜用于有地下水且流速快、流量大的地基处理；不宜采用粉细砂作垫层土垫层素土垫层适用于中小型工程及大面积回填、湿陷性黄土地基的处理灰土垫层适用于中小型工程，尤其适用于湿陷性黄土地基的处理，也可用于膨胀土地基处理粉煤灰垫层用于厂房、机场、港区陆域和堆场等大、中、小型工程的大面积填筑，粉煤灰垫层在地下水位以下时，其强度降低幅度在30％左右矿渣垫层用于中小型建筑工程，尤其适用于地坪、堆场等工程大面积的地基处理和场地平整，铁路、道路地基等；但不得用于受酸性或碱性废水影响的地基处理八、讨论：1、大面积填土设计按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）设计2、处理深度3m左右，不小于0.5m3、不同垫层可按照砂垫层设计4、换填法的“压实”与“固结”的不同本节完第一节垫层的作用及适用范围1、查明地层土性及不良地质2、查明处理场地的地形、地质构造及物理力学性质3、查明地下水情况4、查明地下管线、障碍物等5、查明换填土料的来源、种类、规格、价格等根据工程地质、建筑要求、材料来源等进行综合比较，提出合理的换填方案，尤其需提供换填土料的最优含水量、最大干密度、压实系数、施工机械、碾压要求、监理标准等施工参数。本节完第二节勘察和调查一、土的压实机理(CompactionMechanics)：1、含水量小时2、含水量增大时，最优含水量3、含水量继续增大第三节土的压实机理wopCAB二、室内击实试验(CompactionTest)：垫层施工质量检验控制需要得到最大干密度，可通过击实试验得到。(一)、击实试验1、土料风(烘)干、搅拌均匀2、测土料含水量，按塑限估计最优含水量，依次相差2%计算每份土料需水量3、制备预定含水量的试样第三节土的压实机理二、室内击实试验(CompactionTest)：第三节土的压实机理(一)、击实试验4、按标准方法击实土样－－修整土样－－推出土样5、从击实后的土样中取出土测含水量、干密度6、绘出击实曲线7、求出最大干密度和最优含水量二、室内击实试验(CompactionTest)：(二)、压实功能与最大干密度、最优含水量关系压实功能增大更易克服粒间吸引力，故干密度更大第三节土的压实机理二、室内击实试验(CompactionTest)：第三节土的压实机理(三)、土性与最大干密度、最优含水量关系粘粒越多颗粒间引力越大，相同压实功能下，只有较大含水量下才能达到更大干密度。三、现场压实控制：(一)、击实试验与现场压实的差别1、有无侧向约束2、土料颗粒级配等差别第三节土的压实机理三、现场压实控制：(二)、现场控制参数1、压实系数：即压实度，λc=ρd/ρdmax2、施工含水量：最优含水量＋/－2%3、碾压遍数：达到设计的压实度时的碾压遍数本节完第三节土的压实机理一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：对砂垫层的设计，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。设计时需要确定垫层的厚度、宽度、承载力和沉降量。第四节砂(砂石、碎石)垫层一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定1、基本要求：满足承载力和变形要求2、计算公式：当下卧土层的承载力确定时，应满足下式(2-1):pz----垫层底面处的附加压力值pcz—垫层底面处土的自重压力faz—经深度修正后垫层底面处软弱下卧层的地基承载力第四节砂(砂石、碎石)垫层zzazcppfPzPcz一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(1)求pz：a.垫层底面处的附加压力值pz可按压力扩散角法进行简化计算:第四节砂(砂石、碎石)垫层()2kczbpppbztg()(2)(2)kczblpppbztglztg条形基础(2-2)矩形基础(2-3)b回填土其中：b、l矩形基础地面的宽和长一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(1)求pz：b.pk为基础底面的平均压力，为上部结构荷载(地表面以上)和基础底面以上基础及土的自重：第四节砂(砂石、碎石)垫层b回填土AbdFpGkFdd--为基础埋深γGγG--为基础及基础上土的平均有效容重(即：有地下水应扣浮力)一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(1)求pz：c.pc为基础底面处原地基土的自重压力(若有地下水则水下用浮容重)：第四节砂(砂石、碎石)垫层b回填土21ddpcdγ--为地下水以上原地基土湿容重d1d2γ’--为地下水以下原地基土浮容重一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(1)求pz：d.可以看出，式(2-2)(2-3)中的pk-pc的实际上为考虑了土回弹后的基底净压力。pz为净压力扩散后在垫层底面形成的附加应力第四节砂(砂石、碎石)垫层b回填土dd1d2pk-pcpz一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(1)求pz：e.垫层的压力扩散角取值第四节砂(砂石、碎石)垫层b回填土第四节砂(砂石、碎石)垫层一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(2)求pcz：垫层底面处土的自重压力值：按原地基处土的自重压力计算，地下水位以下采用浮容重。第四节砂(砂石、碎石)垫层b回填土dd1d2zz1z2.....2211zzppccz一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(一)、砂垫层厚度的确定2、计算公式：(3)求faz：地基承载力的修正见《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》第四节砂(砂石、碎石)垫层一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(二)、砂垫层宽度的确定1、垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式确定：2、取值：当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。3、整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。4、垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。第四节砂(砂石、碎石)垫层ztgbb2一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(三)、砂垫层承载力的确定1、垫层的承载力决定于填筑料的性质、施工机具能量大小及施工质量的优劣等，宜通过现场试验确定。2、垫层的承载力尚必须对软弱下卧层的承载力验算后再确定。3、垫层的承载力也可通过取土分析、标贯实验、动力触探等实验资料综合分析确定。4、无试验资料时可参见表2－4。第四节砂(砂石、碎石)垫层一、砂(砂石、碎石)垫层(SandCushion)设计：(四)、沉降计算1、原则：建筑物基础沉降总量S=垫层变形Sc+下卧土层变形Sp2、垫层：粗颗粒垫层一般可忽略变形，需计算时方法：第四节砂(砂石、碎石)垫层szckcEzpppS2)(Es--垫层压缩模量3、下卧土层：土力学分层总和法，《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》二、砂(砂石、碎石)垫层施工：(一)、砂(砂石、碎石)料要求级配良好，质地坚硬，有机质、泥等的限制(二)、施工参数最大干密度、最优含水量、压实系数λc、现场碾压干密度第四节砂(砂石、碎石)垫层二、砂(砂石、碎石)垫层施工：(三)、施工要点1、施工方法：按密实方法分类，施工机械包括：机械碾压法和平板振动法。(1)机械碾压法：常用于基坑面积大、开挖土方量大的工程。平碾、羊角碾、振动碾第四节砂(砂石、碎石)垫层振动压路机18T自行式振动压路机18T拖式振动5边凸块压路机振动平胎碾－砾石羊足碾－粘性土或粉土二、砂(砂石、碎石)垫层施工：(三)、施工要点1、施工方法：(2)平板振动法：用来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好松散杂填土等地基。第四节砂(砂石、碎石)垫层二、砂(砂石、碎石)垫层施工：(三)、施工要点2、砂石料宜采用振动碾压密实3、垫层底部存在软硬不均部位时，应先清理、再砂石回填密实，合格后再进行上层施工。4、严禁扰动下卧软土5、垫层底部尽量在同一标高，若不同应合理连接6、垫层应分层铺筑、碾压，参数现场试验定7、填筑材料应拌和均匀8、注意排水、降水、边坡稳定第四节砂(砂石、碎石)垫层三、砂(砂石、碎石)垫层质量检验：检验方法：环刀法、贯入测定法1、环刀法：测定干密度2、贯入法：钢筋贯入深度3、检验点数量：参考规范4、竣工质量验收：载荷试验、标贯、触探等。本节完第四节砂(砂石、碎石)垫层一、粉煤灰垫层(FlyashCushion)适用范围：适用于厂房、机场、港区陆域和堆场等工程大面积填筑。（废料资源化）按粉煤灰排放系统不同可分为干排灰、湿排灰、调湿灰；按含钙量不同可分为高钙灰、低钙灰。我国大多为水排低钙灰。按照土工规范粉煤灰属于