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1、基础工程,1. 地基与基础 地基：任何建筑物都是支承在地层上，受建筑物荷载影响的那一部分地层称为地基。 基础：建筑物向地基传递荷载的下部结构称为基础。 2. 天然地基和地基处理 天然地基：当基础直接建造在未经加固的天然土层上时，这种地基称为天然地基。 地基处理：如果天然地基很软弱，不能满足地基强度和变形等要求时，则要对地基进行人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。,第一章 概述,1.地基处理的对象：软弱土地基和特殊土地基。 软弱土地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。 特殊土地基包括湿陷黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。,2.地基处理的方法是：利用置换
2、、夯实、排水、胶结、加筋和热学等方法； 目的是：对地基土进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力特征和特殊土地基的特性。,4. 建筑物建造在软弱地基和特殊土地基时面临的四个问题： 强度及稳定性：当地基的抗剪强度不足以承受上部结构的自重及附加荷载时，地基就会发生局部或整体破坏。 变形：当地基在上部结构的自重及附加荷载作用下产生过大的变形时，会影响建筑物的正常使用；当超过建筑物所能容许的不均允沉降时，结构可能产生开裂；湿陷性黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀、失水收缩也属于这类问题。,渗漏：渗漏是由地下水在运动中产生的动水压力而引起的，当地基的渗漏或水力坡降超过容许值时，会导致流砂（土）和管涌
3、事故。 液化：在地震、机器及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载作用下，会引起饱和松散粉细砂（包括部分粉土）产生液化，使土体类似于液体而失去抗剪强度，从而造成地基失稳和震陷。,7. 选择地基处理方案的因素和步骤 根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、工程地质及水文地质条件、环境情况和对相邻建筑的影响等因素，初步选定几种处理方案。 对初步选定的各种地基处理方案，分别从加固机理、适用范围、预期效果以材料来源及消耗、机具条件、工期要求、施工队无素质和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比，确定最优处理方案。 对已确定的处理方案，在有代表性的场地上进行相应的现场试验，并进行必要的
4、测试，以检验设计参数和处理效果，如果达不到设计要求时，应查找原因、采取措施或对方案进行修改。,第二章 换填法,2.分类 按回填材料分类：砂垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层,1.换填法 换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。,按施工机械可分为：重锤夯实法，机械碾压法和振动压实法 。,3.换填法的作用： (1)提高持力层的强度，并将建筑物基础压力扩散到垫层以下的软弱地基； (2)垫层置换了软弱土层，可以减少地基的变形量； (3)加速软土层的排水固结； (4)调整不均匀地
5、基的刚度； (5)对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。,4. 换填法适用土类：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。,一、垫层的设计 (一)砂垫层的设计,1.垫层的设计原则 足够的厚度以置换可能受剪破坏的软弱土层；足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出；设计垫层为排水垫层。,2.砂垫层的厚度z的确定,3.垫层宽度 应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽度b可由下式或根据当地经验确定。,(二)土垫层设计 素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理14m厚的软弱土层。 灰土垫层即通常讲的2：8或
6、3：7灰土。垫层强度随灰量的增加而提高。 二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土。,砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。,（一）厚度确定 软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。 1. 对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。 2. 对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于20cm才能取得好的效果。 （二）宽度确定：灰土垫层的宽度可取,（三）平面处理范围
7、素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。,三、粉煤灰垫层 1.化学性质 粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，与二氧化硅，三氧化二铝等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块状结构，可提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗性和水稳定性。 2.物理性质 粉煤灰的压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏感性比粘性土小，最优含水量易于控制。,第二节 土的压实作用 土一般由固体颗粒、水、空气组成。土中固、液、气三相组成的比例反映干湿、密实程度，对评价土的工程性质有重要意义，是垫层压实参数选
8、择的依据。 一、土的压实机理 实践证明，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。对过湿的土进行碾压会出现“橡皮土”，不能增大土的密实度。对很干的土进行碾压，也不能把土充分压实。 1.最优含水量：在干密度含水量曲线上干密度的峰值即为最大干密度，与之对应的含水量即为最优含水量。,2.干密度含水量曲线的物理意义 当粘性土的含水量较小时，水化膜很薄，以结合水为主，颗粒间引力大，在一定的外部压实功作用下，还不能克服这种引力而使土粒相对移动，压实效果差，土的干密度较小； 当增加土的含水量时，结合水膜逐渐增厚，颗粒间引力减弱，土粒在相同的压实功能下易于移动而挤密，压实效果提高，土的干密度也随之提高； 当土
9、中含水量增大到一定程度后，孔隙中开始出现自由水，结合水膜的扩大作用并不明显，颗粒间引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒间的移动，并随着含水量的继续增大，移动阻力逐渐增大，压实效果反而下降，土的干密度随之减少。,压实系数可参考表1.2-1选用。,d现场土的实际控制干密度；dmax土的最大干密度。,1.压实系数c,室内击实试验：,二、土的压实系数,2.含水量,施工含水量应尽量接近最优含水量。可按表2.2-2选用。,应通过现场试验确定，可参考表2.2-3及2.2-4。采用不同的施工机械，要选择与之相应的参数。,3.铺填厚度及压实遍数,3 垫层施工,一、垫层施工方法 机械碾压法、重锤夯实法和振动
10、压实法三种。 （一）机械压实法 机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其它压实界些来压实软弱地基土或分层填土垫层。 施工步骤 1.现将拟建范围内一定深度内的软弱土挖出至设计要求，2.再将底部土体碾压加固，3.然后分层填筑，逐层加密。,机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土，此法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的工程。 在工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。,施工参数：如施工机械、铺筑厚度、碾压遍数与填筑含水量等都必须由工地试验确定。,土类和场地对碾压设备选用的影响,施工中，随层检验平均干密度、含水量。采用环刀法或贯入测定法。每个基坑或100500m2设一个检
11、验点。,质量检验,(二)重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。,施工顺序 重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。,2.施工要点,现场试夯 夯击前应检查坑中土的含水量 施工夯打工艺 现场有边坡或邻近建筑物时，应当采用必要的防护措施。,3.质量检验,不仅要检查施工记录及试夯最后下沉量，而且要检查加固质量。基槽每30m一点，整片地基每100m22点以上,(三)平板振动法 振动压实法是利用各种振动压实机，将松散土振压密实。 适用于处理无粘性土或粘粒含量少，透水性
12、较好的松散杂填土地基。 振动压实机的工作原理是由电动机带动两个偏心块以相同速度反向转动而产生很大的垂直振动力。,压实效果：一般杂填土经振实后，地基承载力特征值可达100120kPa。,振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步的压实作用。,振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振实的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。,二、砂（砂砾、碎石）垫层施工 1.垫层材料 砂石：颗粒级配良好、质地坚硬的砂石，不得含有草根、垃圾
13、，含泥量应小于5。,2.施工要点 施工机具宜采用振动碾和振动压实机，压实参数由现场试验确定； 不同施工机具应采用不同的最优含水量； 如存在不良地质现象，应先进行清理，然后再施工垫层； 施工过程中严禁扰动垫层下卧的淤泥和淤泥质土等软弱土层； 砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上； 当地下水位高于基坑底面时，应采取排降水措施,3.质量检验 采用环刀法或贯入测定法 环刀法：用容积不小于200cm3的环刀压入每层2/3的深度处取样，测定其干密度，干密度应不小于该砂石料在中密状态的干密度值。 贯入测定法：先将砂垫层表面3cm左右厚的砂刮去，然后用贯入仪、钢叉或钢筋以贯入度的大小来定性地检查砂垫层质量。 采用贯入法时，检验点的间距应小于4m；环刀法：基坑50100m2不小于1个，基槽每1020m不应少于1个。,作业题1 某条形基础，宽1.2m，埋深为1.0m，作用于基础的荷载每米125kN，基础平均重度为20kN/m3。表层土为粉质粘土，厚1.0m，重度为18kN/m3；第二层土为淤泥质粘土，厚10m，重度为17.5kN/m3，fk60kPa；第三层为粗砂层。地下水距地表为1.0m。拟采有砂层换填法，试设计砂垫层的厚度和宽度，砂垫层深度修正系数d1.0，压力扩散角取30度。 （计算例题见基础工程设计与地基处理换填法部分）,
