土木工程施工换填垫层法PPT课件.ppt

地基处理FoundationTreatment 河南科技大学规划与建筑工程学院高笑娟 1 第2章换填垫层法1 换填垫层法适用条件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 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垫层法 简称为换填法 2 换填法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 换填法的加固原理是根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 3 2 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土层的应力减小 2 减小沉陷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 以条形基础为例 在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量的50 如以密实砂或其他建筑材料代替上部软弱土层 就可以减小这部分的沉降量 砂垫层或其他垫层对应力的扩散作用 使作用在下卧土层的压力较小 这样也会相应减小下卧土层的沉降量 4 3 加速软弱土层的排水固结 4 防止冻胀因为粗颗粒的垫层材料孔隙大 不易产生毛细现象 因此可以防止寒冷地区土中的冰所造成的冻胀 这时 砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求 5 消除膨胀土的胀缩作用在各类工程中 垫层所起的主要作用有时也是不同的 对膨胀土地基而言主要是消除膨胀土的脓缩作用 5 3 垫层材料的选用 1 砂石砂石垫层材料宜选用碎石 卵石 角砾 圆砾 砾砂 粗砂 中砂或石屑 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 并通过试验确定虚铺厚度 振捣遍数 振捣器功率等技术参数 对湿陷性黄土地基 不得选用砂石等透水材料 6 2 粉质粘土土料中有机质含量不得超过5 亦不得含有冻土或膨胀土 不得夹有砖材料 当含有碎石时 粒径不宜大于50mm 3 灰土灰土的体积配合比宜为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 其颗粒直径不得大于15mm 石灰宜用新鲜的消石灰 其颗粒粒径不得大于5mm 7 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 作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求 5 矿渣垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣 可分为分级矿渣 混合矿渣及原状矿渣 矿渣垫层主要用于堆场 道路和地坪 也可用于小型建筑物 构筑物地基 易受酸 碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层 大量填筑矿渣时 应考虑对地下水和土壤的环境影响 8 4 垫层设计 1 垫层厚度的确定垫层厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定 并结合式 9 10 11 12 13 14 对于矩形基础 进行垫层厚度设计计算时 一般是先根据初步拟定的厚度 再用公式进行复核 垫层厚度一般不宜大于3m 如果厚度太大 则施工困难 也不宜小于o 5m 厚度太小则垫层的作用不明显 15 2 垫层宽度确定垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡确定垫层顶面宽度 整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽 16 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够完善 垫层的承裁力宜通过现场载荷试验确定 当无试验资料时 可按下表选用 并应验算下卧层的承载力 17 18 例题 某五层砖石混合结构的住宅建筑 墙下为条形基础 宽B 1 2m 埋深d 1m 上部建筑物作用于基础上的荷载F 150kN m 地基土表层为粉质粘土 厚h1 1m 重度 1 17 8kN m3 第二层为淤泥质粘土 厚15m 重度 17 5kN m3 含水率w 55 第三层为密实砂砾石 地下水距地表面为1m 因地基土比较软弱 不能承受上部建筑荷载 试设计砂垫层的厚度和宽度 回归修正系数 f 0 9 承载力基本值为60kPa 承载力修正系数 b 0 d 1 1 应力扩散角 30 z B 0 5 基础及其上填土平均重度 G 20kN m3 19 答 1 假定砂垫层的厚度z 1 6m 并要求分层碾压夯实 干密度达到大于1 6g cm3 则应力扩散角 30 2 砂垫层厚度验算基础底面平均压力设计值砂垫层底面的附加应力 条形基础 20 砂垫层底面的自重应力地基承载力标准值地基承载力设计值地基稳定性故满足稳定性要求 且较经济 砂垫层厚度确定 21 3 确定砂垫层的底宽砂垫层底宽可两边各加宽20cm 4 绘制砂垫层剖面图 22 23 4 垫层材料的选用 1 砂石砂石垫层材料宜选用碎石 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 并通过试验确定虚铺厚度 振捣遍数 振捣器功率等技术参数 对湿陷性黄土地基 不得选用砂石等透水材料 24 2 粉质粘土土料中有机质含量不得超过5 亦不得含有冻土或膨胀土 不得夹有砖材料 当含有碎石时 粒径不宜大于50mm 3 灰土灰土的体积配合比宜为2 8或3 7 土料宜用粉质粘土 不宜使用块状钻土和砂质粉土 不得含有松软杂质 并应过筛 其颗粒直径不得大于15mm 石灰宜用新鲜的消石灰 其颗粒粒径不得大于5mm 25 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 粉煤灰垫层中采用掺合剂时 应通过试验确定其性能及适用条件 作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求 粉煤灰垫层中的金属构件 管网宜采用适当防腐措施 大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响 26 5 矿渣垫层使用的矿谊是指高炉重矿渣 可分为分级矿渣 混合矿渣及原状矿渣 矿渣垫层主要用于堆场 道路和地坪 也可用于小型建筑物 构筑物地基 易受酸 碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层 大量填筑矿渣时 应考虑对地下水和土壤的环境影响 6 其他工业废碴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碴等均可用于填筑换填垫层 被选用工业废渣的粒径 级配和施工工艺等应通过试验确定 27 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 垫层填料宜用碎石 角砾 砾砂 粗砂 中砂或粉质粘土等材料 当工程要求垫层具有排水功能时 垫层材料应具有良好的透水性 在软土地基上使用加筋垫层时 应保证建筑稳定并满足允许变形的要求 28 29 8 聚苯乙烯板块垫层EPSEPS是发泡聚苯乙烯俗名泡沫塑料 这种材料具有超轻的特点 密度约0 2 0 3kN m3 仅为普通路堤填料质量的1 50 1 100 具有耐压缩性 压缩强度可达30 140kN m2 具有耐水性及化学稳定性 EPS块体具有自立性 对挡土结构承受侧向压力很小 用EPS块铺筑路堤 施工简单 快速 方便 无需大型施工机械 工期很短 EPS材料是公路路基理想的超轻质填筑料 特别是在软土地基上修筑高速公路 可起到稳定路基 大幅度减少沉降 消除桥头跳车及降低对构造物的水平推力等作用 30 31 从国外工程实例分析 EPS材料50 以上用于道路工程 而且主要用于路堤填筑 由于EPS具有超轻性 耐压缩性 自立性 耐水性和施工简单 方便等优点 应用范围比较广泛 不仅使用于各种道路 而且在铁路 停车场 公园 住宅和各种建筑物上使用 可以用作填土 结构物背面填料 防护设施等 目前该技术已推广应用在沪杭 杭宁 甬台温 杭金衢 杭州绕城线等高速公路上 上海已用于同三国道上海段的路基设计 32 1995年 杭甬望童跨线桥工程 与原扩孔建桥方案相比节省投资近80万元 1996年 杭州过境一级汽车专用公路 与原桩式路堤方案相比节省投资近105万元 1996年 玉环76省道泽坎线桥头滑移EPS处理 与扩孔建桥方案相比节省投资55万元 1999年 杭宁高速公路湖州段 与原扩孔建桥方案相比节省投资125万元 2001年 杭金衢高速公路 杭州 金华 衢州 萧山段 与相应建桥方案相比节省投资115万元 33 9 粉煤灰垫层粉煤灰垫层是对软土地基采用的换填加固技术之一 粉煤灰排放堆积 不仅占用宝贵的土地资源 而且对生态环境构成不同程度的污染 建造贮灰场又要耗费国家大量的基本建设投资费用和农业用地 因此 对粉煤灰的处理和利用已成为我国一个比较突出的经济和社会问题 迫切需要在岩土工程范围内开发利用粉煤灰资源 把粉煤灰作为软土换境材料使用 经上海宝钢工程 上海冷轧薄板工程 上海关港港区工程 上海外高桥港区工程等各项重点建设工程境筑粉煤灰垫层的工程实例证明 粉煤灰是一种良好的地基处理材料资源 具有良好的物理 力学性能 能满足工程设计技术要求 34 1 自重轻 粉煤灰相对密度比粘性土小得多 一般松散重度为6 7kN m3 经轻型击实试验击实后干重度为9 2 13 5kN m3 因此粉煤灰的相对密度和重度均比粘性土为小 粉煤灰自重轻给回填土工程带来有利的一面 可降低对下卧土层的压力 减少沉降 如利用该特点 道路路堤的填筑工程高度现在可提高至8m 打破了土路堤4 5m的高度极限 35 2 击实性能好 粉煤灰的颗粒组成特点 使它具有可振实或碾压的条件 击实试验曲线峰值段比天然土具有相对宽度的最优含水量区间 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 物煤灰在回演施工过程中达到设计密实皮要求的含水量容易控制 施工质量容易得到保证 3 抗剪强度抗剪试验按直剪 快剪 和三轴剪 固结不排本剪 分别进行 粉煤灰的内摩擦角 粘聚力c均与粉煤灰的灰种 剪切方法 压实系数大小和龄期长短有关 36 4 渗透性由于粉煤灰的颗粒组成近似砂质粉土 压实过程与压实初期都具有较大的渗透系数 但随着龄期的增加 渗透性能逐渐减弱 粉煤灰还具有较强的龄期效应 处于松散状态下的细颗粒并有水存在时 会在常温下与氢氧化钙产生化学反应 形成具有胶凝能力的化合物 这种反应即称为火山反应 这种反应的产物有效填充了孔隙 从而使强度和抗渗性能得到改善 这一特性还能使垫层在后期形成 块具有隔水性能的板块 其刚度和强度均较好 这就大大地改善了地基的承载能力 37 5 抗液化性能粉煤灰经压实后是否能避免在振动条件下液化 对此 在宝钢工程中进行了较为系统的分析 通过标难贯入试验证明不会发生液化 6 对环境的影响粉煤灰是一种碱性材料 遇水后由于碱性可溶物的析出使PH值升高 粉煤从的pH值及硼 微量有害元素 放射性元素等的含量一般能满足有关环境保护的要求 38 例题1 某砌体结构承重住宅 墙下条形基础宽1 2m 基础承受上部结构传来的荷载效应 Fk 150kPa 基础埋深1 0m 地基土层 表层为粘性土层 厚1m 重度17 6kN m3 其下为较厚的淤泥质粘土 重度18 0kN m3 地基承载力标准值65kPa 预用换填垫层法处理地基 砂料为粗砂 最大干重度 39 1 计算出砂垫层表面处得附加应力值接近的值是 A 132kPaB 145kPaC 115kPaD 127k