02--水利工程地基处理--垫层ppt课件

1、合肥工业大学土木与水利工程学院赵 静第一节 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。二、处理对象：软土软土垫层垫层 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

2、、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。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

3、力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。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。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七、换填

4、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。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

5、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（GB50007-2019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

6、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。本节完一、土的压实机理(Compaction Mechanics)：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wopCAB二、室内击实试验(Compaction Test)： 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二、室内击实

7、试验(Compaction Test)：(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(Compaction Test)：(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，故干密度更大二、室内击实试验(Compaction Test)：(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三、现场压实控制：

8、(二)、现场控制参数1、压实系数：即压实度，c= d/dmax2、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一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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。一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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f

9、az经深度修正后垫层底面处软弱下卧层的地基承载力zzazcppfPzPcz一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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:()2kczb pppbztg()(2)(2)kczbl pppbztglztg条形基础(2-2)矩形基础(2-3)b回填土回填土其中：b、l 矩形基础地面的宽和长一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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

10、土的自重：b回填土回填土AbdFpGkFdd- 为基础埋深GG-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(Sand Cushion)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)：b回填土回填土21ddpcd-为地下水以上原地基土湿容重d1d2-为地下水以下原地基土浮容重一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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

11、净压力扩散后在垫层底面形成的附加应力b回填土回填土dd1d2pk -pcpz一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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b回填土一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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。b回填土回填土dd1d2zz1z2.2211zzppccz一、砂(砂石、碎石)垫层(Sand Cushion)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

12、4的粉土，不含软土、粒径小于15mm。石灰新鲜，粒径小于5mm。5、垫层施工： 分层施工，灰土夯实后3day内不得浸水。二、素土垫层和灰土垫层设计和施工：6、质量检验： 取样深度：每层2/3深度处； 干密度测定：环刀法、钢筋贯入法； 取样数量：参考规范本节完一、粉质粘土垫层： 粘土及粉土难以夯实，应掺入不少于30%的砂石。二、石屑垫层： 石料场废弃物，性质接近砂，注意含泥及含粉量。三、工业废料垫层： 矿渣、煤矸石等，需作现场试验确定参数。四、加筋垫层： 土工合成材料等。五、聚苯乙烯板块(Expanded Polystyrene Sheet)：1、资料： 聚苯乙烯板即为泡沫苯乙烯，添加发泡剂。2

13、、特性：（1超轻质性：重度0.20.4KN/m3，为土的1/1001/50（2耐抗压性：5%应变抗压强度100350kPa，变形模量2.511.5MPa。（3摩擦性：与砂、砂浆等间摩擦系数（4直立性：侧向变形小，桥台、挡墙后填土压力小五、聚苯乙烯板块(Expanded Polystyrene Sheet)：2、特性：（5耐水性：水很难渗入（6化学特性：70下强度和变形特性不会改变；阻燃性EPS；抗酸、碱、盐、动植物油的浸蚀；但易溶于芳香族、卤族、酮、脂等类碳氢化合物。（7施工方便：质轻、易切割加工，可模性好。五、聚苯乙烯板块(Expanded Polystyrene Sheet)：3、运用：

14、可作路堤材料两侧用土包裹，见教材），已应用到公路、铁路、机场、港口、市政园林景观的路堤、回填、垫层等。经研究分析，确定采用砂垫层处理方案。第二层地基承载力标准值45kPa。设计垫层。（提示：先假设砂垫层厚度为1m）。例题：kPaAbdFAGFpGkk1201*2 . 11*2 . 1*20120kPadpc5 .171*5 .17*1kPazdpcz3 .25*)10(*21kPatgztgbppbpckz3 .5230*0 . 1*22 . 1)5 .17120(2 . 12)(0kPadffmaka64)5 . 00 . 2(21*)108 .17(1*5 .170 . 145)5 . 0(kPappczz6 .773 .253 .52（1基础底面平均压力：（2基础底面处土自重压力：（3垫层底