地基处理换土垫层法.ppt

1、,换土垫层法,基础工程,2009,A,page 2,目录,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 换土垫层概念, 垫层的作用 垫层材料 换填法适用范围 垫层承载力 垫层厚度计算 垫层宽度计算 设计要点 施工要点 例题,2009,A,page 3,换填法概念,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 将基础底面以下一定范围

2、的软弱土层挖去 或挤开，然后回填强度较高、压缩性较低 并且没有侵蚀性的材料（如中粗砂、碎石 或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等）， 再分层夯实，作为地基的持力层，从而将 软弱地基改良成良好地基的方法。,2009,A,page 4,换填法,基础工程p214,垫层设计,垫层材料,工艺控制,适用范围,地基处理概论-排水固结法 Soil Replacement,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土,垫层厚度，垫层宽度,砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、

3、矿渣、工业废渣、 土工合成材料,分层夯实，控制含水量,垫层的工程应用,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),page 5,基础工程,China University of Geosciences (Beijing),8.5,3,海潮下游,5.5,上游,5.0,10.7 11.5,1 1.5,地基 (淤泥质粘土),码头抛石挤淤,某水闸柑土垫层,们,咱,哥 们Hur E,r,Jn,白LV,fe,AU n m,u,qu,o n E E,2009,A,page 6,垫层的作用,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China Unive

4、rsity of Geosciences (Beijing), 提高持力层的承载力，减小基础尺寸，通 过垫层将基底压力扩散到下层地基许可承 载力范围内。 减少地基沉降量； 加速软弱土层的排水固结； 防止持力层的冻胀或液化。,2009,A,page 7,垫层材料,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 块石：抛石挤淤 砂石：压实,防冻,防液化,加速固结 粉质粘土：有机质含量5% 灰土:灰与土体积比2:8,3:7 三合土:石灰、砂、碎石或碎砖瓦 工业废渣（粉煤

5、灰、矿渣）：用于道路、堆场、 小型建筑物垫层 加筋土：分层土工合成材料与地基土加筋垫层。,2009,A,page 8,压实系数c, 垫层铺填时一定要注意压密，以保证垫层 的质量。 最大干密度可由击实试验确定，对于大规 模的填土，则应在施工现场进行碾压试验 确定。, 0.94 0.97,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),max,最大干密度,填土干密度,d,c,2009,A,page 9,换填法的适用范围,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),F

6、oundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),换土垫层法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填 土等高压缩性软弱土层及暗沟、暗塘等。对于承受振动荷载的地基不 应选择换土垫层法进行换填处理。,2009,A,page 10,垫层承载力,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),2009,A,page 11,垫层厚度的计算,根据垫层底部较软弱土层的承载力来 确定，当上部荷载

7、通过垫层按一定的 扩散角传到下卧层顶面所受的总压力 不应超过其承载力。 pcz pzfaz pcz 垫层底面处土的自重压力, kPa, 按垫层材料及其上回填土容重计算 pz 垫层底面处的附加压力, kPa faz 垫层底面处软弱土的承载力特征值, kPa 一般要求垫层: 0.5m (扩散和技术要求), 3.0m (工程量,经济性),地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),垫层厚度的计算,回填土,底 基,垫 层 b+2ztan,，,N,pz 附加压力,自重压力

8、,Pcz,Pz,，,通事基础工程,n20 Engineering,地基处理概论-排水团结法,2009中国地质大学(北京)page 12 China University of Geosciences (Beijing),2009,A,page 13,垫层厚度的计算,附加压力的确定,条形基础,p pb,b 2z tan p pc0 ab a 2z tan b 2z tan ,c0,p,z,矩形基础,p,z,pz 垫层底面处的附加压力, kPa p 基底压力，按荷载效应标准组合, kPa pc0 基底标高处土的自重压力, kPa b 基础的宽度, m z 垫层厚度, m 垫层材料的压力扩散角, 度

9、() a 基础的长度, m,注：许多书中将公式中所有与 压力相关的量都加有下标k，,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),以明确是按荷载效应标准组合。,2009,A,page 14,垫层宽度的计算,理论 B b 2z tan 施工时：考虑机械夯实所需空间 B b 2z tan 2 0.3,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beiji

10、ng),B 垫层底面宽度, m b 基础的宽度, m z 垫层厚度, m 垫层材料的压力扩散角, 度(),2009,A,page 15,垫层变形验算,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 垫层地基应进行变形验算。包括垫层的变 形和下卧土层的变形。 垫层的模量应根据试验或当地经验确定， 在无试验资料或经验时，碎石、砾石的侧 限压缩模量Es可取为3050MPa，砂可取 2030MPa，粉煤灰可取820MPa。 实际上当用料和压实标准均满足上述要求 时，垫层本

11、身的变形量很小，往往可以不 计。变形计算方法与一般分层地基相同。,2009,A,page 16,地基变形计算,换填法处理后的建筑物地基沉降量：,s s1 s2,建筑物地基沉降量cm,s1 垫层自身变形量cm,s2 垫层下各压缩土层变形量之和cm,s,垫层自身变形量 s1可按下式进行计算：,hs / Es ,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), p p,s ,2,1,建筑物基础底面压力kPa 垫层厚度cm,垫层压缩模量 ，宜通过静载试验确定，也可选1525

12、MPa 压力扩散系数,p hs Es ,2009,A,page 17,地基变形计算,压力扩散系数,条形基础：, b 2h tg,b,s,矩形基础：, b 2h tg l 2h tg ,bl,ss,下卧层的变形量,可按下式计算：,s2, i i1,i1,si12,s2 pzb,n,E,计算经验系数 垫层底面的附加压力，KPa,Esi12第i层土在压力100200kPa的压缩模量kPa i .i1计算点第i层和第i-1层底面的沉降系数，规范查表, Pz,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosci

13、ences (Beijing),2009,A,page 18,工程设计要点,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),1）处理软土或杂填土 A、换填法处理的主要目的是置换基底下可能剪切破坏的 软弱土层或杂填土层。 B、基底下为软弱土层时，垫层的厚度主要取决于剪切破 坏区域的大小和工程对消除剪切区深度的要求 C、基底下为杂填土时，垫层厚度取决于杂填土的埋深 D、换填后垫层下存在软弱下卧层时，应验算其承载力和 变形 E、垫层宽度必须满足基底压力扩散的要求，并避免垫

14、层 材料侧向挤出,2009,A,page 19,工程设计要点,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),2）处理湿陷性黄土 A、换填法处理的主要目的是消除或部分消除黄土的湿陷量。 B、垫层的厚度主要取决于工程对消除湿陷量的要求。全部消除湿陷 量时，对于非自重湿陷性黄土应满足垫层底部总压力不大于下卧层黄 土沉陷量起始压力；对于自重湿陷性黄土则必须全部挖除，换填法仅 适用于厚度不大的自重湿陷性黄土地基。 C、如果消除部分湿陷量，应根据建筑物的重要性、基础形式、基底

15、 压力、黄土湿陷类型等综合确定。对于非自重湿陷性黄土，当垫层厚 度等于基础宽度时可消除湿陷量的80%以上；当垫层厚度等于1.5倍基 础宽度时可基本消除。 D、垫层宽度取决于工程要求。当垫层超出基础边缘的距离至少为垫 层厚度且不小于1.5m时，可消除建筑物范围内部分黄土层的湿陷性。,2009,A,page 20,工程设计要点,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),3）处理膨胀土 A、换填法处理的主要目的是消除或减少膨胀土的膨胀性能。适用于 薄的膨胀土层或主要

16、膨胀土层不厚的地基。 B、换填厚度应使地基的剩余膨胀变形量控制在容许值范围内，对于 砂垫层条件为： -垫层厚度为1-1.2倍基础宽度；垫层宽度为1.8-2.2倍基础宽度 -垫层密度不小于为1.65t/m3 -基底压力为100-200kPa -基槽两边回填区的附加压力不大于为0.25P（P为基底压力） -当膨胀压力大于为250kPa时，垫层材料应选用中、细砂；当膨胀 压力较小时，应选用粗砂。,2009,A,page 21,施工要求,级配良好的中粗砂、圆砾、卵石或碎石，含泥量小于3%， 最大粒径不大于50mm。,素土垫层：,有机质含量小于5%，亦不含冻土或膨胀土，碎石最大粒径不宜 大于50mm 。

17、,粉煤灰垫层：,1）垫层材料 砂（砂石）垫层：,干渣垫层：,松散密度不小于1.1t/m3；泥土与有机杂质含量小于5%； 稳定性合格。,最优含水量和压实系数由实验确定。,灰土垫层：,石灰与土的体积配合比一般为2:8或3:7，土料宜用粘性土和塑性指数 大于4的粉土,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),2009,A,page 22,施工要求,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China Univers

18、ity of Geosciences (Beijing),2）含水量要求 为保证最佳的夯压效果，以垫层材料的最优含水量wop 为施工控制含水量 A、 wop可按国家标准土工试验方法标准中轻型击实试验求得。 B、对于素土和灰土现场可控制在最优含水量wop 2%的范围内；当使用振动 碾压时可适当放宽下限值即wop -6% wop+2% C、对于素土和灰土缺乏资料时可取0.6倍的液限值或按经验采用塑限wop 2% 作为施工控制含水量 。 D、对于砂石，当采用平板振动器时含水量 取15%-20%，使用平碾或蛙式夯时 含水量取8%-12%，当使用插入式振动器时，砂石料宜为饱和。 E、对于粉煤灰，含水量

19、应控制在最优含水量wop 4% 。,2009,A,page 23,施工要求,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),3）分层厚度 垫层的分层铺填厚度及每层压实遍数应根据垫层材料、施工机具及设计要求等 通过现场试验确定。 4）质量控制要求 A、砂石垫层：中砂，最小干密度d 1.6t/m3 ；粗砂，最小干密度d 1.7t/m3 B、对于素土和灰土，当垫层厚度不大于3m时，压实系数0.93 。当垫层厚度大于 3m时， 0.95。 C、对于粉煤灰，压实系数0.90。

20、,2009,A,page 24,例题 教材p226 例5-1,提示：已给出砂垫层的厚度，验算之并确定宽度,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),2009,A,page 25,第一步：验算砂垫层承载力,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),基底压力 p F G 190 19.6 1.2 1.2 181.9kPa b1.2

21、 经深度修正后，砂砾料的承载力 fa fak d m d 0.5 p 216,表51 f 150 200kPa 取均值 f 175kPa akak,fa 175 1.0 16.5 1.2 0.5 186.55kPa p 181.9kPa fa 186.55kPa,d,p50砂垫层看成人工填土, 1.0,故砂垫层承载力满足基底压力要求,2009,A,page 26,第二步：验算砂垫层下软弱层(淤泥 质粉质粘土)的承载力,pcz pz faz,（2-47),p54,砂垫层底部的自重压力pcz, 16.51.2 20 101.5 19.8 15 34.8kPa,pcz,p pb,地基处理概论-排水固

22、结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),p pb, 66.4kPa,b 2z tan,pz ,b1.2,已求得p 181.9kPa, 基底自重应力pc0 1.2 16.5 19.8kPa z 1.5 0.5 表52 砂垫层压力扩散角 30,b 2z tan,经砂垫层扩散后的附加压力 (5 2)式 p,c0,c0,z,2.93,(181.9 19.8) 1.2194.5,1.2 2 1.5 tan 30,2009,A,page 27,第二步：验算砂垫层下软弱层(淤泥质粉质粘土)的

23、承载力,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),fa Mb b Md md Mcck, 16.5 1.2 17.6 9.81.5 19.8 11.7 11.67kN / m3, 2 表216 M,1.2 1.52.7, 0.03, M 1.12, M 3.32,砂垫层底部淤泥质土的承载力特征值 已知基础宽度 b 1.2m, d 1.2m,m,bdc,k,fa M b b M d m d M cck 0.03 (17.6 9.8) 1.2 1.12 11.67

24、 1.2 1.5 3.32 20 0.28 35.3 66.4 102 kPa pcz pz 34.8 66.4 101.2kPa faz 102kPa， 砂垫层下软弱层承载力满足要求,2009,A,page 28,第三步：砂垫层宽度的确定,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),B b 2z tan 2 0.3 1.2 2 1.5 tan 30 0.6 1.8 3 0.577 3.53m,2009,A,page 29,习题,地基处理概论-排水固结法,中国地

25、质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 某四层砖混结构的住宅楼，承重墙下为条形基础，,宽1.2m，埋深1.0m，上部建筑物作用于基础的荷 载标准值为120KN/m，基础的平均重度为20KN/m3。 地基土表层为粉质粘土，厚1.0m，重度为17.5 KN/m3 ;第二层为淤泥质粘土，厚15 m，重度为 17.8 KN/m3 ，承载力特征值为fak=45kPa；第三层 为密实的砂砾石。地下水埋深1.0m。由于地基土 较软弱，不能满足建筑物设计要求，采用换土垫 层法处理。试设计之。 提示：设计

26、垫层的材料、厚度、宽度。,2009,A,page 30,解答：第一步 画图,Fk 108kN / m,b,d, 20kN / m3,b 1.2m d 1.0m Fk 120kN / m,G,0m,1m,1m,15m,16m,z,垫层底部,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing),2009,A,page 31,第二步 确定垫层材料和厚度,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京),Foundation Engineering,China University

27、 of Geosciences (Beijing), 选用砂垫层 假定砂垫层厚度z=1.0m,2009,A,page 32,第三步 验算假定垫层厚度下的下卧层承载力,pcz pzfaz,1）垫层底面处的附加压力计算pz,条形基础,p pb,b 2z tan,c0,p,z, d 120 201.0 120kPa,Abb1.2, Fk Gbd Fk,基底压力 : p Fk Gk,G,基底处自重压力: pc0 17.51.0 17.5kPa,b 1.2m, z 1.0m,z 1.0 0.5 表52 30,b1.2,bp pc0 1.2 120 17.5,地基处理概论-排水固结法,中国地质大学(北京)

28、,Foundation Engineering,China University of Geosciences (Beijing), 52.3kPa,b 2z tan 1.2 21.0 tan 3001.2 2 0.5772.354,123 123,p,z,2009,A,page 33,回顾：垫层厚度的计算,附加压力的确定,条形基础,p pb,b 2z tan p pc0 ab a 2z tan b 2z tan ,c0,p,z,矩形基础,p,z,pz 垫层底面处的附加压力, kPa p 基底压力，按荷载效应标准组合, kPa pc0 基底标高处土的自重压力, kPa b 基础的宽度, m z 垫层厚度, m 垫层材料的压力扩散角, 度() a 基础的长度, m,注：许多书中将公式中所有与 压