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1、马 润 勇,地 基 处 理,第三讲,一、灰土和素土垫层,第二章 换填法处理 第四节 其他类地基土中垫层设计要点,灰土垫层：是将基础底面下一定深度范围内的软弱土挖去，用一定体积比配合的灰土，在最优含水量情况下分层夯实或压实。适用于处理14m厚的软弱土层。,灰土原材料：石灰和土。,1) 灰土垫层及其原材料,2) 垫层设计,(1) 承载力特征值的确定。经过人工压实的(或夯实)的3:7灰土垫层，当其压实系数c控制在0.97及干土重度不小于14.515.0 kNm3时，其承载力特征值最大可达300 kPa。对于2:8的灰土垫层，当压实系数控制在0.950.97及干土重度不小于14.815.5kNm3时，
2、其承载力特征值最大可达300kPa。,(2) 垫层厚度的确定。计算方法同砂垫层。,(3) 垫层宽度的确定。灰土垫层的宽度一般为灰土顶面基础砌体宽度加2.5倍灰土厚度之和。,3) 灰土的材料特点及要求,(1) 石灰石灰是一种无机的(矿物的)胶结材料，它不但能在空气硬化，而且还能更好地在水中硬化，建筑工程中常用的熟石灰，其原料是石灰石，含碳酸镁的为白云石。,石灰生产时，将石灰石在煅烧窑内加热到900以上(常达11001200)，碳酸钙分解后放出碳酸气(CO2)而得到氧化钙(CaO)，即 CaCO3CaO+CO2煅烧后生成的石灰是质地较轻的块状物，颜色自白至灰或黄绿色，主要成分为氧化钙，其次为氧化镁
3、。,石灰(指生石灰)在使用前，一般用水熟化。生石灰的熟化是碳化作用，同时也是放热反应，可用下式表示：CaO+H2OCa(OH)2+65.3 kJmol 生石灰加水后放出热量，形成蒸气，同时体积膨胀。当质纯及煅烧良好时，其体积可增大1.52.0倍。体积增大是由于其相对密度减小(生石灰相对密度3.1，熟石灰相对密度2.1)和质地疏松化为粉末状所致。,施工现场，用于灰土的熟石灰要求过筛，其粒径不得大于5mm，且其中不得夹有生石灰块，也不得含有过多的水分。 石灰的性质取决于其活性物质的含量，CaO与MgO含量越高，活性越大，胶结力越强。常用的熟石灰粉末其质量应符合级以上的标准，CaO+MgO含量不低于
4、50，如果要拌制强度较高的灰土，宜选用级或级石灰。当活性氧化物CaO+MgO含量不高时，应相应增加石灰用量。,(2) 土料,灰土中的土不仅作为填料，而且参与化学反应，尤其是土中的黏粒(d8)拌制灰土。淤泥、耕土、冻土、膨胀土以及有机物含量超过8的土料，都不得使用。土料应予过筛，其粒径不得大于15mm。,4) 石灰用量对灰土强度的影响,灰土中石灰的用量在一定的范围内时，其强度随用灰量的增大而提高。但是，当超过一定限值后则强度增加很小，并有逐渐减小的趋势。例如，1：9的灰土，强度很低，只能改善土的压实性能；2：8和3：7的灰土，一般作为最佳含灰率，但与石灰的等级有关。通常应以灰土中CaO+MgO所
5、含总量达到8左右为佳。石灰应以生石灰块消解(闷透)34d后过筛使用。,表2-4-1 二灰垫层试件的抗压强度,5) 二灰土垫层强度特征,用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和，分层夯实的垫层，称“二灰垫层”。“二灰垫层”与灰土垫层相似，但强度较灰土垫层高，见表2-4-1。,最优含水量比灰土大，干土重度较灰土小。压实系数在0.940.97时，干土重度为9.49.7 kNm3，施工最优含水量为50左右，石灰掺入量以1520为宜。,一、灰土和素土垫层,1) 垫层厚度的确定,1） 素土垫层厚度的计算方法同砂垫层。2）对于处理湿陷性黄土，分两种情形：(1) 要求完全消除湿陷性时：对非自重湿陷性黄土，应满足垫层底
6、部总压力不大于下卧黄土层的湿陷起始压力；对于自重湿陷性黄土，须全部换填(故仅适于厚2h的要求。,厚的砂垫层，砂料应采用中、粗砂，然后再铺筑碎石或矿渣垫层，见图2.4.1(a)。,三 粉煤灰垫层,1、粉煤灰及其工程特性,1) 粉煤灰的概念：是指燃煤电厂排放的工业废弃物。根据一些地区的工程实践证明，粉煤灰是一种良好的地基处理材料来源，具有良好的物理力学性能，能满足工程设计的技术要求。,表2-4-3 粉煤灰的化学组成,2) 工程特性, 自重轻：击实后的干密度0.921.5g/cm3(做垫层有利于减轻下卧土层的压力 减少沉降);, 击实性能好：最优含水量(WOP) 变动幅度大于2%，达4%的变动幅度，
7、因此，施工中容易控制设计密度所要求的含水量，施工质量易保证)；, 抗剪强度：与灰种、压实系数，龄期长短有关。无试验资料时：在压实系lc为0.90.95时，=2330，C=530kPa；,2)工程特性, 压缩性：与击实能量、密实度、饱和度有关。无试验资料时，在压实系lc =0.90.95 时，Es=820Mpa；, 承载能力：在lC =0.90.95 时，允许承载力可采用120200kPa；, 渗透性：粉煤灰渗透系数较大，但随时间推移会逐步降低；, 击实之后的抗液化性好；, 对环境影响随时间推移而下降，整体上对环境影响不大。,三 粉煤灰垫层,2、粉煤灰垫层设计,1) 厚度与宽度的基本计算方法与砂
8、垫层一样，粉煤灰垫层的压力扩散角22o；,2) 粉煤灰的最大干土密度rdmax和最优含水量WOP在设计和施工前应按土工试验方法标准(GB/T50123-1999)由室内击实试验确定，压实系数lC一般取0.90.95。垫层的碾压次数，铺垫厚度以现场试验为准；,3) 粉煤灰的内摩擦角、黏聚力c、压缩模量Es及渗透系数k与粉煤灰的材质和压实密度有关，故应通过室内土工试验确定。当无试验资料时，可参照上海地区提出的数值lC0.90.95时，2330o, c530kPa，Es 820kPa, k 2104 9105 cm/s；,4) 对于lC0.90.95的浸水垫层，承载力特征值可取120200kPa,
9、但仍应满足软弱下卧层的强度与变形要求。,1) 砂垫层施工中的关键: 是将砂加密到设计的密实度。加密的方法常用的有振动法 (包括平振、插振、夯实)、水撼法和碾压法等(表2-5-1)。这些方法要求在基坑内分层铺砂，然后逐层振密或压实，分层的厚度视振动力的大小而定，一般为1520cm。每层铺筑厚度不超过表2-5-1所规定的数值。分层厚度可用样桩控制。施工时，应将下层的密实度经检验合格后，方可进行上层施工。,一 砂和砂石垫层施工,第二章 换填法处理 第五节 垫层施工要点,表2-5-1 砂和砂石垫层每层铺筑厚度及最优含水量,注：在地下水位以下的垫层其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm,2) 铺筑前，应
10、先进行验槽。浮土清除，边坡必须稳定，防止塌土。基坑(槽)两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴，应在未做垫层前加以填实。,3) 开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动下卧软弱土层的表面。否则，坑底土的结构在施工前就遭到破坏，其强度就会显著降低，以致在建筑物荷载作用下，将会产生很大的附加沉降。因此，基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。,4) 砂、砂石垫层底面宜铺设在同一标高上。如果深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.51.0m的距离，搭接处应注意捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。,5) 人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再进行铺填捣实。
11、,6) 捣实砂石垫层时，应注意不要破坏基坑底面和侧面原状土。尤其是对基坑下灵敏度大的地基土，在垫层最下一层宜先铺设一层1520cm的松砂，只用木夯夯实，不得使用振捣器，以免破坏基底土的结构。,7) 采用细砂作为垫层的填料时，应注意地下水的影响，且不宜使用平振法、振捣法和水撼法。,8) 水撼法施工时，在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层虚铺25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔出，在相距10m处重新插入摇撼，直至这一层全部结束，经检查合格后铺第二层(不合格时需要再插撼)。每铺一次、灌水一次进行摇撼，直至设计标高为止。,二 灰土与素土垫层施工,1灰土垫层施工,1) 灰土垫层施工前必须验槽，如果发现坑(槽)内有局部软弱土层或孔穴，应挖出后用素土或灰土分层填实。,2) 施工时，应将灰土拌和均匀，控制含水量，如果土料水分过多或不足时，应晾干或洒水湿润。一般可按经验在现场直接判断，其方法为，手握灰土成团，两指轻捏即碎。这时，灰土接近最优含水量。,
