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1、湿陷性黄土地基处理设计湿陷性黄土在天然湿度下， 其压缩性较低， 强度较高， 但遇水侵湿时， 土的 强度显著降低， 在饱和土的自重压力下或在附加压力和自重压力共同作用下，往 往具有突然下降的性质。 工程实践表明， 当工业与民用建（构） 筑物的地基不处 理或处理不足时，建筑物在使用期间，由于各种原因的漏水或地下水位的上升， 地基湿陷是经常发生的。 因此，在湿陷性黄土地区进行建设，对建筑物的地基需 要采取处理 , 以改善土的物理力学性质，减少或消除湿陷性黄土地基偶然侵水而 引起的湿陷变形，保证建筑物的安全和正常使用。 湿陷性黄土地基处理常用的方法，在国内目前常用的方法有以下几种： （1） 、土垫层法
2、；（2） 、夯实法；（3） 、土（或灰土）挤密桩法； （4） 、化学加固 法； （5） 、桩基础，等等。（A组）1、某院综合楼，长32.7m，宽 12.9m，采用条形基础，基础宽2 m，埋深 1.5m。设计要求容许承载力为180kPa。该工程拟建场地为级自重湿陷性黄土，基底下湿陷性黄土厚度7.5m，湿陷量为 38.12cm，压缩模量 Es为 3.3MPa ，压缩系数 a0.10.2 为 0.6MPa-1，属高压缩性土层，干土密度为12.8KN/m3，含水量 w为 0.18，天然孔隙比为1.0 ，天然地基承载力为120 kPa，桩侧摩阻力为80 kPa。该场地不能满足工程设计要求，为消除湿陷性，
3、降低变形量，进行地基处理设计。 解：根据题设条件可选用两种方法： （一） 、夯实法（强夯）； （二） 、土桩及灰土 桩挤密法。 （一） 、夯实法（强夯） 1、强夯法概述 强夯法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击 引起的振动在土中以波的形式向地下传播。强夯理论认为： 压缩波大部分通过液 相运动，使孔隙水压力增大， 同时使土粒错位， 土体骨架解散， 而随后的剪切波 使土颗粒处于更加密实的状态。 现在一般的看法是， 地基经强夯后， 其强度提高过程可分为： 夯击能量转化， 同时伴随强制压缩或振密； 土体液化或土体结构破坏； 排水固结压密； 触变恢复 并伴随固结压密。 2、设计
4、计算 强夯参数包括：有效加固深度、夯锤和落距、单点夯击能、最佳夯击能、夯 击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等。1、有效加固深度 有效加固深度是选择地基处理的方法的重要依据，又是反映处理效果的重要参数，一般可按下列公式估算有效加固深度： H=hM *式中 ：H 有效加固深度 （本题中有效加固深度为7.5m） ，m ；M 锤重， kN； h落距， m ；系数，对黄土其值可取0.340.5 （在本题中其值可取为 0.4 ） 。 2、夯锤（夯锤的形状、面积、高度）和落距的取值一般国内夯锤可取10-25t ，我国至今采用的最大夯锤为40t 。本题的夯锤 锤重可取为 20t ；夯锤的
5、形状为正方形； 面积取值为 5.29m2夯锤的高度为 0.93m。 所以根据上述有效加固深度公式计算可知，落距可取18m 。 3、最佳夯击能 在黏土中，由于孔隙水的压力消散慢，当夯击能逐渐增大时，孔隙水压 力亦相应的增加， 因而在黏性土中， 可根据孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击 能。 4、夯锤加固范围 强夯和强夯置换处理范围应大于建筑物的基础范围，具体的放大范围， 可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物， 每边超出基础外缘 的宽度宜为处理深度的1/2-2/3,并不宜小于 3m （所以本题的边缘宽度取为4m ） 。 5、夯击点的布置及间距 本题强夯夯击点的位置根据基地平面形状，采
6、用正方形布置，强夯第一 遍夯击点间距可取夯锤直径的2.8 倍，可取值为6.5m，第二遍夯击点位于第一 遍之间，以后各遍夯击点间距应当适当的减少。 6、夯击遍数的确定 夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯 23 遍，对于渗透性较 差的细颗粒土， 必要时夯击遍数可适当增加最后再以低能量满夯两遍，满夯可采 用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。 夯点的夯击次数， 应按现场试夯得到的 夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件： （1） 、 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于 4000KN m 时为 50mm ；当单击夯击能为40006000KN m时为 100mm ；
7、当单击夯击能大于 6000KN m时为 200mm 。 （2） 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。 （3） 不因夯 坑过深而发生提锤困难。3、施工工艺 强夯法的施工要点包括以下： （1） 、试夯 施工前，应根据初步确定的强夯参数，在现场有代表性的场地上进行试夯， 并通过测试， 与夯前测试数据进行对比， 检验强夯效果， 以便最后确定工程采用 的各项强夯参数 （2） 、平整场地 预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定夯前地面高程， 然后 用推土机平整。同时应认真查明强夯场地范围内的地下构筑物和各种地下管线的 位置及标高，尽量避开在其上进行强夯施工。 （3） 、铺设层或降低地下水位 遇到地表
8、为细粒土，且地下水位高的情况，有时需要在表层铺设0.2 2m 左右厚的松散性材料或人工降低地下水位，以使地表形成硬层， 可以支承起重设 备，确保机械通行和施工。 （4） 、强夯施工 其加固顺序位先深后浅， 即先加固深层土， 再加固中层土， 最后加固表层土。 根据此加固顺序，在最后一遍夯击完成后，用推土机将夯坑填平。4、施工设计图：根据理正岩土软件计算可知，其设计图如下所示分别为平面图和剖面图，见下图所示（二）土桩及灰土桩挤密法 1、土桩及灰土桩挤密法概述 土桩及灰土桩挤密法是利用成孔时的侧向挤压作用，使桩间土得以挤密： 随后将桩孔用素土或灰土分层夯填密实，前者称为土桩挤密法， 后者称为灰土桩
9、挤密法，其共同点是对土的侧向深层挤密加固。土桩或灰土桩挤密地基均属于人 工复合地基，其上部荷载由桩体和桩间挤密土共同承担。 土桩和灰土桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土或杂填土地 基。处理深度宜为515m 。当以消除地基土湿陷性为主要目的时，宜选用土桩 法，当以提高地基的承载力为主要目的时，宜选用灰土桩法（本题采用土桩）。2、土桩加固原理 在湿陷性黄土地区多采用土桩挤密法。土桩挤密地基是由素土夯填的土桩和 桩间挤密土体组合而成。 桩孔内夯填的土料多为就近挖运的黄土类土，其土质及 夯实的标准于桩间挤密土基本一致，因此它们的物理力学性质也无明显的差异。 很显然，土桩挤密法的加固作用主要
10、是增加土的密实度，降低土中孔隙率， 从而 达到消除地基湿陷性和提高水稳定性的工程效果。土桩是一种柔性桩， 不但桩孔 部分夯填土要承受上部荷载， 挤密后的桩间土也将分担很大一部分荷载。其主要 特点是不需大挖大填，土方量少。 3、设计计算 土桩挤密法处理地基时的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积，并 应符合下列规定： 当采用局部处理时， 超出基础底面的宽度： 对非自重湿陷性黄土、 杂填土和 素填土等地基，每边不应小于基地宽度的0.25 倍，并不应小于0.50m；对自重 湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75 倍，并不应小于1.00m（本题 工程拟建场地为级自重湿陷性黄土，超出基础底面的
11、宽度为1.5m） 。 （1） 、桩孔直径的确定 桩孔直径宜为 300450mm ， 并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定（本 题的桩孔直径确定为350mm ） 。 （2） 、桩径和排距 桩孔宜按三角形布置，桩孔间的中心距离，可为桩孔直径的2.0 2.5 倍， 也可按下式估算：maxmax0.95cdcddsd式中 ：s桩孔之间的中心距离，m ；d桩孔直径， m ；maxd桩间土的最大干密度，3/tm；d地基处理前土的平均干密度，3/tm；c桩土经过成孔挤密后的平均挤密系数，对重要的工程不宜小于0.93 ，对一般工程不应小于0.90 。桩间土的平均挤密系数c按下式确定：1maxd cd式中：1
12、d在成孔挤密深度内，桩间土的平均干密度（3/tm） ，平均试样不应少于6 组。（本题的桩孔设计按三角形布置，桩孔间中心距可取为0.84m） 。（3） 、桩孔数量可按下式估算：eAn A式中：n桩孔的数量；A拟处理地基的面积（） ；eA1 根土或灰土挤密桩所承担的处理地基面积（），即24e edA；ed1 根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m ） ；桩孔按等边三角形布置：1.05eds；桩孔按正方形布置：1.13eds。根据题设条件可求得：拟处理地基的面积A=182.4m2；d e=0.88m；Ae=0.61m2所以可以求得布置桩孔的数量：n=A/ Ae=182.4/0.61=300 根 （4
13、） 、桩孔深度 挤密桩孔深度主要取决于湿陷性黄土层的厚度、性质以及成孔机械的性能。 最小不得小于3m ，因为深度过小使用土桩挤密不经济。我国目前生产的成孔机 械能达到的最大深度是15m ，但随着我国建筑机械性能的进步和施工工艺的改 善，成孔深度还可以增加(本题的桩孔深度可取值为8m)。 4、施工工艺 挤密土桩的施工程序位桩孔定位、桩孔成型、桩孔回填夯实。 （1） 、桩孔定位 桩孔定位要求偏差不超过5cm 。可用小木桩或粗钢筋打入土中20cm ，拔出后 在孔内浇少许石灰水即可。 （2） 、桩孔成型 桩孔成型是影响挤密桩地基工程质量的技术关键，也是问题多、 操作困难的 一道工序。 造孔的方法由沉管
14、成孔法、 爆扩成孔法和冲击挤密成孔法，本题不再 赘述。 （3）桩孔回填夯实 使用锤击沉管成孔法于桩孔造成之后，需将打桩机移走， 并将土桩夯实机 就位在桩孔上，夯实锤对准桩孔。然后将含水量适中的拌合均匀并过筛的涂料， 按要求依量填入桩孔中，夯实之后土桩即筑成。 5、施工设计图：根据理正岩土软件计算可知，其设计图如下所示 分别为平面图和剖面图，见下图所示总结：根据以上两个方案对比可知，采用第二个方案“土桩及灰土桩挤密法”较为合理（B组）1、某场地面积约 10058 ，采用条形基础， 基础宽 1.5 m，埋深 2.0m。该场地土自上而下为：新近堆积黄土状亚粘土（Q42Al+pl） ，=16.4KN/
15、m3，d=13.4 KN/m3，e 为 1.03，w L=33.25%，wP=19.58%，a0.10.2=0.050.15MPa-1, s为 0.0320.056，厚 5m，属高压缩、高湿陷性黄土。黄土状亚粘土（Q41Al+pl） ，=17.6KN/m3， d=14.5 KN/m3，e 为 0.856，w L=32.10%，wP=19.70%，s为0.10.20，厚 4.5m，属中压缩性、具湿陷性黄土。黄土状亚粘土（Q3Al+pl） ，=18.8KN/m3， d=14.7 KN/m3，e为 0.76，w L=24.90%，wP=16.20%，s为 0.002，厚 4.5m。要求容许承载力 R
16、200KN/m2，消除全部湿陷性 s0.015；干容重d16 KN/m3，该场地不能满足工程设计要求，为消除湿陷性，降低变形量，进行地基处理设计。解答方案如下所述：（一）砂石桩法 1、概述 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，它是指利用振动或冲击形式，在软 弱的地基成孔后，填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并将其挤入土中，形成较大 直径的砂石体而构成的密实桩体。砂石桩可用于处理松散砂土、粉土、粘性土、 素填土及杂填土地基， 该方法处理可液化地基是很有效的。其工作机理主要靠桩 的挤密和施工中的振动作用使桩周围土的密实度增大，从而使地基的承载力提 高，压缩性降低。 2、设计计算 该方法的设计内容包括以下几个方面： （1） 、桩的平面布置。采用正方形。 （2） 、桩直径的大小。采用500mm 。 （3） 、砂石桩的间距。对粘性土地基砂石桩长宽间距采用0.6m。 （4） 、砂石桩的长度。 主要取决于需加固处理的软土层的厚度，根据地基的 稳
