地基处理换土垫层法.ppt

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1、,换土垫层法,基础工程,2009,21,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,2009,21,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的软弱

2、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。,2009,21,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、矿渣、工

3、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,5.0,10.711.5,1 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,AUn m,u,qu,o nE E,2009,21,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 University of

4、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。,2009,21,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（粉煤灰、矿渣）：用于道路、堆场、小型

5、建筑物垫层 加筋土：分层土工合成材料与地基土加筋垫层。,2009,21,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,2009,21,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),Foundation Engineeri

6、ng,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。,2009,21,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),2009,21,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，当上部荷载通过垫层按一定的 扩散角传到下卧层顶面

7、所受的总压力 不应超过其承载力。pcz pzfazpcz 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,kPafaz 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,Pcz,Pz,，,通事基础工程,n20Engineering,地基处

8、理概论-排水团结法,2009中国地质大学(北京)page 12 China University of Geosciences(Beijing),2009,21,page 13,垫层厚度的计算,附加压力的确定,条形基础,p pb,b 2z tanp pc0 aba 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,kPap 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,kPab 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 压力相关的量都加有下标k，,地基处理概论-

9、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。,2009,21,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(Beijing),B 垫层底面宽度,m b 基础的宽度,mz 垫层厚度,m 垫层材料的压力扩散角,度(),2009,

10、21,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。,2009,21,page 16,地基变形计算,换填法处理后

11、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1525MPa压力扩散系数,p hs Es,2009,21,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

12、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kPai.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 Geosciences(Beijing),2009,21,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 Engin

13、eering,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，并避免垫层 材料侧向挤出,2009,21,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,Chi

14、na 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 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

15、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。,2009,21,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

16、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。,2009,21,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。,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

17、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),2009,21,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 University 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。

18、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 应控制在最优含水量wop 4%。,2009,21,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 Geosc

19、iences(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/m3B、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。,2009,21,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

20、Geosciences(Beijing),2009,21,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 1.2 181.9kPab1.2经深度修正后，砂砾料的承载力 fa fak d m d 0.5p 216,表51 f 150 200kPa 取均值 f 175kPaakak,fa 175 1.0 16.5 1.2 0.5 186.55kPa p 181.9kPa fa 186

21、.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,2009,21,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

22、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 30,2009,21,page 27,第二步：验算砂垫层下软弱层(淤泥质粉质粘土)的承载力,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

23、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 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,2009,21,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)

24、,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,2009,21,page 29,习题,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),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20

25、KN/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：设计垫层的材料、厚度、宽度。,2009,21,page 30,解答：第一步 画图,Fk 108kN/m,b,d,20kN/m3,b 1.2m d 1.0mFk 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 Eng

26、ineering,China University of Geosciences(Beijing),2009,21,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 of Geosciences(Beijing),选用砂垫层 假定砂垫层厚度z=1.0m,2009,21,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,Abb

27、1.2,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),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,2009,21,page 33,回顾：垫层厚度的计算,附加压力的确定,条形

28、基础,p pb,b 2z tanp pc0 aba 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,kPap 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,kPab 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。,2009,21,pag

29、e 34,第三步 验算假定垫层厚度下的下卧层承载力,2）垫层底面以上垫层材料及其上回填土的自重压力计算 题中未给出砂的饱和重度，假设为18.5kN/m3,P 表层土自重压力 砂垫层自重压力 d,z,cz 17.51.0 18.5 9.81.0 26.2kPa3）砂垫层的下卧层地基承载力特征值计算,w,1,垫,faz fak d m d z 0.5 45 1.013.1 1.0 1.0 0.5 64.65kPa,13.1 kN/m3,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(Bei

30、jing),p50表250垫层底面处，淤泥,d z1.0 1.0,26.2,1.0,已知：fak 45kPa,pcz,m,m,d,d,垫层以上加权重度,2009,21,page 35,第三步 验算假定垫层厚度下的下卧层承载力,pcz pz 26.2 52.3 78.5kPa faz 64.65kPa结论：砂垫层为1m厚度时，不能满足下卧层承载力要 求。练习：试重新计算砂垫层选取何值时方可通过下卧层承 载力验算？,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),4）验算下卧层地基承载力,pcz pzfaz,2009,21,page 36,第四步 垫层宽度计算,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),B b 2z tan 2 0.3,B 垫层底面宽度,m b 基础的宽度,mz 垫层厚度,m 垫层材料的压力扩散角,度(),