第3章--换填垫层法

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力特征值(kPa)。 垫层厚度不宜小于0.5m,也不宜大于3m。



垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算: b( p k pc ) 对条形基础 pz b 2 z tg 对矩形基础
bl ( p k pc ) pz (b 2 z tg )(l 2 z tg )

加固原理: 是根据土中附加应力分布规律,使垫层 承受上部较大的应力,软弱土层承担较小 的应力,以满足设计对地基的要求。




该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大 的回填土方工程,一般适用于处理浅层软弱土层 与低洼区域的填筑。一般处理深度为2~3m。 处理的对象:淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀 土、冻胀土、杂填土地基。 换填材料: 砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、 二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等 根据实验结果及实测资料可将各种材料的垫层 设计都近似地按砂垫层的设计方法进行计算。
第三节 垫层施工


2 控制压实效果的主要因素
(1)最优含水量 在一定的压实机械的功能条件下,土最易于被压 实、并能达到最大密实度时的含水量,称为最优含 水量,相应的干密度称为最大干密度。最优含水量 大致为塑限+2%。土中粘土矿物含量大,则最优 含水量越大。(实际干密度比理论值小) (2)压实功能 当压实功能较小时,土压实后的最大干密度较小 ,对应的最优含水量则较大。所以,在压实工程中 ,若土的含水量较小,则需选用夯实功能较大的机 具,才能把土压实至最大干密度。
建筑物基础沉降量等于垫层自身的变形量和软弱 下卧层的变形量 ,即S=SC+SP SC——垫层自身变量(㎜); SP—— 压缩层厚度范围内(自下卧层顶面,即 垫层底面算起) S--各土层压缩变形之和(㎜)。

4、沉降量计算

垫层自身变形量可按下式计算: SC=(p+ αp ) hs /2Es (2-9)
3.3 土的压实原理 3.3 Mechanism of Soil Compactness


1
普洛特(Proctor)假说
当粘性土的含水量较小时,土粒表面的结合水膜 很薄(主要是强结合水),颗粒间很大的分子力阻 碍着土的压实,这时压实效果就比较差;当含水量 增大时,结合水膜逐渐增厚,粒间联结力减弱,水 起着润滑的作用,使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,孔隙中就出现了自由水,压 实时,孔隙水不易排出,形成较大的孔隙压力,势 必阻止土粒的靠拢,所以压实效果又趋下降,这就 是土的压实机理。
i 1 si ,1 2



4、沉降量计算

沉降量计算经验系数 ψ
2.5 4.0 7.0 15.0 20.0
Es(MPa) 附加应力 Pz≥fk pz≤0.75fk
Es=
1.4
1.1
1.3
1.0
1.0
0.7
0.4
0.4
0.2
0.2
注:Es为沉降计算深度范围内压缩模量当量值; Ai为第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值。 A ,其中 A /E
3.2 垫层的作用 3.2 Functions of Cushion




1、提高持力层的强度,将基底压力扩散到垫层以下 的软弱地基,使软弱地基土中所受应力减小到该软弱 地基土的容许承载力范围内,满足强度要求; 2、垫层置换软弱土层,可减少地基的变形量; 3、加速软土层的排水固结。垫层材料透水性大,软 弱土层受压后,垫层作为良好的排水面,使基础下的 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; 4、防止冻胀。由于粗颗粒的垫层材料孔隙大,不易 产生毛细现象,可防止寒冷地区土中结冰造成的冻胀; 5、对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土,可以消除或部 分消除地基土的湿陷性、胀缩性。
d max
pw · ds · 1 0.01· op · ds
pw——水的密度(kN/m3) η——经验系数,粘土取0.95,粉质粘土取0.96,粉土 取0.97; ds——土颗粒的相对密度(土的比重); ωop——土的最优含水量(%),可按当地经验或取ωp +2( ωp为塑限),粉土取14~18%。
压力扩散角
换填 材料
z/b
中砂、粗砂、 砾砂、圆砾、 角砾、石屑、 卵石、碎石、 矿渣
粉质粘土、 粉煤灰
灰土
0.25
20
6
28
≥ 0.50
30
23
28

2 垫层宽度的确定
方法一: 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:




式中 b’ --垫层底面宽度(m); θ -- 压力扩散角,按上表采用;当在 z/b小于0.25时,仍按表中z/b = 0.25 取值 。 垫层顶面每边超出基础底边不宜小于 300mm。



(3)压实条件 指压实时被压实土层的特点,所采用压实 机械的功能和性能,压实的方法和方式等。 室内击实试验的结果只能作为工程实践的参 考。 (4)其他因素 土的颗粒粗细、级配、矿物成分和添加的 材料等因素对压实效果是有影响的。颗粒越 粗,就越能在低含水量时获得最大的干密度 ;颗粒级配越均匀,压实曲线的峰值范围就 越宽广而平缓;对粘性土,其压实效果与其 中的粘土矿物成分含量有关。
3.4 垫层设计(Design of Cushion)

要求:
1)足够的厚度 :置换可能受到剪切破坏的软弱 土层 ,满足地基强度和变形的要求 2)足够的宽度 :防止垫层向两侧挤出增加沉降 3)形成一个排水层面,以利于软土的排水固结

3.4 垫层设计(Design of Cushion)

换土垫层法
垫层种类 适 用 范 围
砂(沙砾、 碎石)垫层 素土垫层
灰土或二 灰土垫层 粉煤灰垫层 干渣垫层
多用于中小型建筑工程的滨、塘、沟等的局部处理。适用 一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理。不宜适 用湿陷性黄土地基,也不适宜大面积堆载。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 作垫层。
3.6 垫层施工方法 3.6 Construction of Cushion
2.含水量 施工含水量应尽量接近最优含水量。 3.铺填厚度及压实遍数 应通过现场试验确定。采用不同的施工机械, 要选择与之相应的参数。
b b 2 z tg
2、垫层宽度的确定

方法二:按侧面土的承载力标准值确 定
3、垫层承载力的确定

现场试验确定 静载试验、取土分析、标准贯入、动力触 探等综合确定。
3、垫层承载力的确定

不太重要、小型、轻型、沉降要求不高的
4、沉降量计算

比较重要的建筑物或垫层下存在软弱下 卧层的建筑:验算基础的沉降量,使建筑 物基础的最终沉降量小于建筑物的容许沉 降量。

1 垫层的厚度的确定
垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下 卧土层的承载力确定,并符合下式要求:


p z pcz f az

式中 pz-- 相应于荷载效应标准组合时,垫 层底面处的附加压力值(kPa); pcz--垫层底面处土的自重压力值(kPa);

faz --垫层底面处经深度修正后的地基承载


(5)矿渣。主要用于堆场、道路和地坪, 也可用于小型建筑物、构筑物地基。选用 矿渣的松散重度不小于11kN/m3,有机质 及含泥总量不超过5%。 (6)其他工业废渣。在有可靠试验结果或 成功工程经验时,对质地坚硬、性能稳定 、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均 可用于填筑换填垫层。 (7) 土工合成材料。由分层铺设的土工 合成材料与地基土构成加筋垫层。
i i si

5
垫层材料的选用


(1)砂石。宜选用碎石、卵石、角 砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑( 粒径小于2mm的部分不应超过总重的45 %),应级配良好,不含植物残体、垃 圾等杂质。当使用粉细砂时,应掺入不 少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最 大粒径不宜大于50mm。 (2)粉质粘土。土料中有机质含量 不得超过5%,当含有碎石时,粒径不宜 大于50mm。
式中

p——基底压力(kpa) Es—— 垫层压缩模量,由静载荷试验确定,当 无试验资料时,取15~25MPa。 α—基底压力扩散系数。 条基: α=b/(b+2hstanθ) 矩形基础:
α=Lb/(b+2hstanθ)(L+2hstanθ)
源自文库
4、沉降量计算


下卧土层的变形量
按分压层总和法确定: n i i 1 E S P= ψ P zb ′ 式中 ψ ——沉降计算经验系数,按地区沉降观测资 料及经验确定,也可按表2-5; Pz ——垫层底面的附加应力(kPa); b′——垫层底宽度(m); Esi,1—2 —下卧土层第 i层在100-200KPa下的压缩模量 (kPa); δ i, δ i-1—垫层底面计算点分别到第 i层和i-1层土底 面的沉降系数; n——下卧层计算深度内划分的土层数。
适用中、小型工程及大面积回填,湿陷性黄土地基处理。
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的处理。 用于厂房、机场、港区陆域和堆场等工程的大面积填筑, 粉煤灰垫层在地下水位以下时,强度降低30%左右。 地坪、堆物等工程大面积的地基处理和场地平整,铁路、 道路地基等,但受酸性和碱性废水影响的地基不得用干渣 作垫层。

(4)压缩性。当压实系数为0.9~0.95时,压缩模量
为8~20MPa。

(5)承载能力。粉煤灰具有遇水后强度降低的特 性,无试验资料时,对压实系数为0.9~0.95的浸水 垫层,其承载力可采用120~200kPa,但尚应满足软 弱下卧层的强度和地基变形要求。 (6)渗透性。粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土,渗 透系数在10-4~10-5cm/s之间变化,明显大于粘 性土,良好的透水性能给多雨地区的施工带来方便 ,且由于外力引起的孔隙水压力也消散得快。 (7) 抗液化性。粉煤灰经压实后不会发生液化 。


式中 b--矩形基础或条形基础底面的宽度(m); l --矩形基础底面的长度(m); pk --相应于荷载效应标准组合时,基础底面处 的平均压力值(kPa); pc--基础底面处土的自重压力值(kPa); z --基础底面下垫层的厚度(m); θ--垫层的压力扩散角,宜通过试验确定,当无 试验资料时,可按下表采用。
地基处理技术
Ground Treatment Techniques
重庆交通大学 河海学院 吴文雪
3.1 概 述 3.1 Introduction

当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计 要求,而软弱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土层部分或全部挖 除,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土 、灰土、炉渣、粉煤灰)或其他性能稳定、无 侵蚀性的材料,并压实至要求的密实度为止, 这种地基处理方法称为换填法,它多用于公路 构筑物的地基处理。在建筑工程中也有一定范 围的应用。


3.5 粉煤灰垫层(Flyash Cushion)



粉煤灰垫层适用于厂房、机场、公路和堆场等工程大 面积填筑。 粉煤灰的工程特性 (1)自重轻。松散重度6~7kN/m3,击实后干重度 9.2~13.5 7kN/m3。 (2)击实性能好。粉煤灰的最优含水量变动幅度是 4%,大于土的2%的变动幅度,因此粉煤灰在回填施 工过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制,施 工质量容易得到保证。 (3)抗剪强度。粉煤灰的抗剪强度指标与粉煤灰的 灰种、剪切方法、压实系数大小和龄期长短有关。当 压实系数为0.9~0.95时,粘聚力为5~30kPa,内摩擦角 23~30度。


3.6 垫层施工方法 3.6 Construction of Cushion

二、土的压实参数
1.压实系数λc
d c d max
ρd——现场土的实际控制干密度;ρdmax—— 土的最大干密度。
3.6 垫层施工方法 3.6 Construction of Cushion

无资料时:

(3)灰土。体积配合比宜为2:8或3:7。 土料宜用粉质粘土,不宜使用块状粘土和 砂质粉土,不得含有松软杂质,并应过筛 ,其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜得 消石灰,其颗粒不得大于5mm。 (4)粉煤灰。可用于道路、堆场和小型建 筑物、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层 上宜覆土0.3~0.5m。
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