形计算方法进行建筑物沉降计算,保证地基处理效果及建筑物安全2.3.2 素土(灰土、二灰)垫层设计(1)(1)素土、灰土垫层简介素土、灰土垫层简介素土垫层(土垫层)素土垫层(土垫层)灰土垫层(石灰与土体积比灰土垫层(石灰与土体积比2::8,,3::7))湿陷性黄土地区湿陷性黄土地区处理厚度处理厚度1-3m减小地基的减小地基的总湿陷量总湿陷量(以以土治土土治土)素土垫层素土垫层 灰土垫层灰土垫层局部垫层局部垫层 整片垫层整片垫层 分类分类设置在矩形基础或条基下,每边设置在矩形基础或条基下,每边超出基底宽度不小于其厚度一半,超出基底宽度不小于其厚度一半,用于消除地基部分湿陷量;用于消除地基部分湿陷量;无法无法阻水从垫层侧面渗入下部未处理阻水从垫层侧面渗入下部未处理湿陷性土层湿陷性土层设置在整个建筑物的平面范围内,每设置在整个建筑物的平面范围内,每边超出基底宽度不小于其厚度,并不边超出基底宽度不小于其厚度,并不得小于得小于2m,用于消除被处理土层的,用于消除被处理土层的湿陷量,湿陷量,并防止水从垫层上部或侧向并防止水从垫层上部或侧向渗入下部未处理湿陷性土层。
渗入下部未处理湿陷性土层消除湿陷性消除湿陷性消除湿陷性,消除湿陷性,提高承载力和提高承载力和水稳性水稳性(2)局部垫层局部垫层一般设置在基础底面下,可消除部分湿陷量,其平面处理范一般设置在基础底面下,可消除部分湿陷量,其平面处理范围每边超出基底宽度,可按下式计算,并不小于垫层厚度一半:围每边超出基底宽度,可按下式计算,并不小于垫层厚度一半:式中:式中: B为需处理土层底的宽度为需处理土层底的宽度 b为条基短边宽度为条基短边宽度 c为考虑机具影响而增设的附加宽度为考虑机具影响而增设的附加宽度0.2m θ为基底压力扩散角,宜为为基底压力扩散角,宜为22-30o,,用素用素 土时取小值,灰土时取大值土时取小值,灰土时取大值(3)整片垫层整片垫层的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度,且不应小的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度,且不应小于垫层厚度,并不小于于垫层厚度,并不小于2m;;2.3.3粉煤灰垫层设计(1)(1)粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物,其排放堆积不仅占用土地资源,对粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物,其排放堆积不仅占用土地资源,对生态环境也构成了不同程度的危害,但粉煤灰是一种良好的软土换填材料,生态环境也构成了不同程度的危害,但粉煤灰是一种良好的软土换填材料,可用于加固软土地基。
可用于加固软土地基a.粉煤灰种类粉煤灰种类按排放系统分:干排灰、湿排灰、调湿灰按排放系统分:干排灰、湿排灰、调湿灰按含钙量分:高钙灰(按含钙量分:高钙灰(CaO≥10%)) 低钙灰(低钙灰(CaO<10%))b.粉煤灰换填法适用范围粉煤灰换填法适用范围厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积填筑工程填筑工程(2)(2)粉煤灰工程特性及其对环境的影响粉煤灰工程特性及其对环境的影响a.自重轻:自重轻:可降低下卧层土的压力,减小沉降可降低下卧层土的压力,减小沉降因粉煤灰主要由硅铝等非晶态玻璃球体组成,结晶矿物很少,故其因粉煤灰主要由硅铝等非晶态玻璃球体组成,结晶矿物很少,故其ds比粘性土小得比粘性土小得多,多,γ=6-7kN/m3b.击实性能好击实性能好击实曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间粉煤灰最佳含水量变动击实曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间粉煤灰最佳含水量变动幅度为幅度为±4%,而土为,而土为±2%,,使粉煤灰在回填过程中更易达到设计密实度所要求的含使粉煤灰在回填过程中更易达到设计密实度所要求的含水量。
水量c.抗剪强度抗剪强度粉煤灰抗剪强度指标粉煤灰抗剪强度指标c、、φ值可通过直剪试验或值可通过直剪试验或三轴压缩试验测定;当无试验资料且压实系数三轴压缩试验测定;当无试验资料且压实系数为为0.9-0.95时时,,c=5-30kPa,, φ=23-30o直剪仪直剪仪d.压缩性压缩性粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度有关当无试验资料且压实系粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度有关当无试验资料且压实系数为数为0.9-0.95时,时,Es=8-20MPae.承载能力承载能力粉煤灰垫层经压实后若遇水其强度会降低,当无试验资料且压实系数为粉煤灰垫层经压实后若遇水其强度会降低,当无试验资料且压实系数为0.9-0.95时时的浸水垫层,其承载力特征值为的浸水垫层,其承载力特征值为120-150kPaf.渗透性渗透性因粉煤灰组成为近似砂质粉土,故其渗透性较好,但随着龄期的增加,渗透性逐因粉煤灰组成为近似砂质粉土,故其渗透性较好,但随着龄期的增加,渗透性逐渐减小龄期效应:龄期效应:粉煤灰中细颗粒在有水条件下,在常温下与粉煤灰中细颗粒在有水条件下,在常温下与Ca(OH)2反应,形成具有反应,形成具有胶凝性质的化合物胶凝性质的化合物(火山灰反应)(火山灰反应),填充孔隙,使其强度和抗渗性得到改善。
填充孔隙,使其强度和抗渗性得到改善g.抗液化性抗液化性粉煤灰经压实后在振动条件下具有较高的抗液化性,比砂质粉土强得多粉煤灰经压实后在振动条件下具有较高的抗液化性,比砂质粉土强得多h.对环境的影响对环境的影响粉煤灰是一种碱性材料,遇水后因碱性可溶物的析出使粉煤灰是一种碱性材料,遇水后因碱性可溶物的析出使PH值升高,同时粉煤灰中值升高,同时粉煤灰中含有一定的微量有害元素和放射性元素,因此在使用粉煤灰作为换填材料时必须满含有一定的微量有害元素和放射性元素,因此在使用粉煤灰作为换填材料时必须满足环境要求足环境要求3)(3)粉煤灰垫层设计粉煤灰垫层设计不不同同材材料料垫垫层层((如如砂砂垫垫层层、、粉粉煤煤灰灰垫垫层层、、矿矿渣渣垫垫层层))的的特特性性基基本本相相似似,,处处理理稳稳定定后后的的地地基基承承载载力力及及沉沉降降也也相相差差不不大大,,所所以以可可将将各各种种材材料料的的垫垫层层近似按近似按砂垫层砂垫层进行设计进行设计a.设计设计2.4 垫层施工 垫层施工按压密采用的不同机械和工艺,一般可分为垫层施工按压密采用的不同机械和工艺,一般可分为机械碾压法、重锤机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法。
夯实法、平板振动法平碾平碾拖式羊足碾拖式羊足碾一、机械碾压法一、机械碾压法 采用压路机、推土机、平碾、羊足碾或其他碾压机械在地基表面来回开采用压路机、推土机、平碾、羊足碾或其他碾压机械在地基表面来回开动,利用自重把垫层或松散地基压实动,利用自重把垫层或松散地基压实2.4.1 按密实方法分类气胎碾气胎碾 蛙式夯蛙式夯振动压实机振动压实机2振动压实机振动压实机1垫层碾压主要施工参数垫层碾压主要施工参数垫层碾压质量检验垫层碾压质量检验指标为指标为填土最大干密度,填土最大干密度,关键在于控制每层的铺关键在于控制每层的铺设厚度和最优含水量(由室内击实试验确定)设厚度和最优含水量(由室内击实试验确定)施工机械、铺填厚度、碾压遍数与填筑含水量施工机械、铺填厚度、碾压遍数与填筑含水量注:注:为了将室内击实试验结果用于设计和施工,必须研究室内击实试验与现场为了将室内击实试验结果用于设计和施工,必须研究室内击实试验与现场碾压的关系,各施工参数应由现场试验确定,在现场应以碾压的关系,各施工参数应由现场试验确定,在现场应以压实系数和施工压实系数和施工含水量进行控制含水量进行控制施工机械施工机械每层铺填厚度每层铺填厚度每层压实遍数每层压实遍数平碾(平碾(8-12t)200-3006-8羊足碾(羊足碾(5-16t)200-3508-16蛙工夯(蛙工夯(200kg)200-2503-4振动碾(振动碾(8-15t)600-13006-8振动压实机振动压实机1200-150010冲击碾压机冲击碾压机700-1200插入式振动器插入式振动器200-500平板式振动器平板式振动器150-250现场碾压现场碾压12遍较为合适遍较为合适二、重锤夯实法二、重锤夯实法 用起重机将夯锤提升到一定高度,然后自由下落,不断重复夯击以加固用起重机将夯锤提升到一定高度,然后自由下落,不断重复夯击以加固地基。
地基适于地下水位距地表大于适于地下水位距地表大于0.8的稍湿粘性的稍湿粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土注:注:1、重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行;、重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行;2、单独柱基基坑内,宜按先外后里的夯击顺序进行;、单独柱基基坑内,宜按先外后里的夯击顺序进行;3、同一基坑底面标高不同时,应先深后浅、逐层夯实;、同一基坑底面标高不同时,应先深后浅、逐层夯实;4、累计夯击、累计夯击10-20次,最后两击平均夯沉量,砂土不超过次,最后两击平均夯沉量,砂土不超过5-10mm,细料,细料土不超过土不超过10-20mm;;5、现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量、有效夯实深度(有、现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量、有效夯实深度(有效夯实深度达效夯实深度达1m,可消除,可消除1-1.5m厚土层的湿陷性厚土层的湿陷性三、平板振动法三、平板振动法 使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少,透水性好的使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少,透水性好的松散杂填土地基的方法松散杂填土地基的方法振实效果与填土成份、振振实效果与填土成份、振动时间等因素有关动时间等因素有关注:注:1、施工前需试振,得到稳定下沉量与时间的关系(建筑垃圾、施工前需试振,得到稳定下沉量与时间的关系(建筑垃圾振动时间约在振动时间约在1min以上,细粒填土振动时间约在以上,细粒填土振动时间约在3-5min,有,有效振深为效振深为1.2-1.5m))2、振实范围应从基础边缘放出、振实范围应从基础边缘放出0.6m左右,先振基槽两侧,后左右,先振基槽两侧,后振中间;振中间;3、振动合格标准为振动机原地振实不再继续下沉,并辅以轻、振动合格标准为振动机原地振实不再继续下沉,并辅以轻便触探检验其均匀性与影响深度。
便触探检验其均匀性与影响深度 砂石是良好的换填材料(砂石是良好的换填材料(以中粗砂为好以中粗砂为好))砂垫层含泥砂垫层含泥量不宜超过量不宜超过5 % ,也不得含有草根、垃圾等有机质杂物如,也不得含有草根、垃圾等有机质杂物如用作排水固结砂石材料垫层用作排水固结砂石材料垫层,含泥量不宜超过含泥量不宜超过3 %;;并且不应并且不应夹有过大的石块或碎石夹有过大的石块或碎石,因为碎石过大会导致垫层本身的不因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀压缩均匀压缩,一般要求碎一般要求碎(卵卵) 石最大粒径不宜大于石最大粒径不宜大于50mm ,对,对于于湿陷性黄土地基不应选用透水性的砂石垫层湿陷性黄土地基不应选用透水性的砂石垫层 采用采用细砂细砂作为换填材料,应改善材料的级配状况,应掺作为换填材料,应改善材料的级配状况,应掺入入30%-50%的碎石(最大粒径不超过的碎石(最大粒径不超过50mm),当碾压),当碾压(或夯、振)功能较大时,亦不宜大于(或夯、振)功能较大时,亦不宜大于80mm一、砂(或砂石)垫层一、砂(或砂石)垫层2.4.2 按垫层材料分类1、材料选用、材料选用2.施工参数施工参数干密度干密度ρd是砂垫层施工是砂垫层施工质量控制的技术标准质量控制的技术标准。
设计要求的设计要求的ρd为室为室内击实试验内击实试验ρdmax与压实系数与压实系数λc的乘积;无击实试验资料时,可把的乘积;无击实试验资料时,可把中密状态的中密状态的ρd作为设计要求的干密度:中砂为作为设计要求的干密度:中砂为1.6t/m3;粗砂为;粗砂为1.7t/m3;碎石和卵石为;碎石和卵石为2.0-2.2t/m3注:注:1.粉质粘土或灰土(夯压):现场含水量控制在粉质粘土或灰土(夯压):现场含水量控制在wop±2%2.粉质粘土或灰土(振动碾压):现场含水量控制在粉质粘土或灰土(振动碾压):现场含水量控制在wop的的-6%~+2%3.粉煤灰(夯压):现场含水量控制在粉煤灰(夯压):现场含水量控制在wop±4%碾压法碾压法振动法振动法夯实法夯实法 分层铺筑分层铺筑分层压实分层压实c.施工要点施工要点砂和砂石垫层采用什么方法和机具砂和砂石垫层采用什么方法和机具对于垫层的质量至关重要对于垫层的质量至关重要,,除下卧除下卧层是高灵敏度的软土在铺设第一层层是高灵敏度的软土在铺设第一层时要注意不能采用振动能量大的机时要注意不能采用振动能量大的机具扰动下卧层外具扰动下卧层外,,在一般情况下在一般情况下,砂砂和砂石垫层首选振动法和砂石垫层首选振动法,因为振动比因为振动比碾压更能使砂和砂石密实碾压更能使砂和砂石密实。
垫层最优含水量可根据施工方法确定:垫层最优含水量可根据施工方法确定:平板振动器:平板振动器: wop=15%-20%平碾及蛙式夯:平碾及蛙式夯:wop=8%-12%插入式振动器:宜为饱和的碎石、卵石或矿渣充分洒水湿透插入式振动器:宜为饱和的碎石、卵石或矿渣充分洒水湿透分层压实质量应控制机械碾压速度:分层压实质量应控制机械碾压速度:平碾:平碾:2km/h 羊足碾:羊足碾:3km/h振动碾:振动碾:2km/h 振动压实:振动压实:0.5km/h二、素土(或灰土、二灰)垫层二、素土(或灰土、二灰)垫层2.素土垫层土料中有机质含量不得超过素土垫层土料中有机质含量不得超过5%,不得含有冻土、膨胀土,不得,不得含有冻土、膨胀土,不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料,碎石粒径不得大于夹有砖、瓦和石块等渗水材料,碎石粒径不得大于50mm;;3.灰土垫层土料宜用粘性土或灰土垫层土料宜用粘性土或Ip<4的粉土,不得含有松软杂质,粒径不得的粉土,不得含有松软杂质,粒径不得大于大于15mm,宜用新鲜的消石灰,石灰粒径不得大于,宜用新鲜的消石灰,石灰粒径不得大于5mm;;4.控制垫层质量的压实系数控制垫层质量的压实系数λc应符合:当垫层厚度不大于应符合:当垫层厚度不大于3m时,时,λc大于等大于等于于0.93;当垫层厚度大于;当垫层厚度大于3m,, λc大于等于大于等于0.95;;6.分段施工时不得在柱基、墙角及承重间墙下接缝,接缝处应夯压密实,分段施工时不得在柱基、墙角及承重间墙下接缝,接缝处应夯压密实,上下两层的缝距不得小于上下两层的缝距不得小于500mm,灰土应拌合均匀,应当日铺填夯压,压,灰土应拌合均匀,应当日铺填夯压,压实后实后3天内不得受水浸泡。
天内不得受水浸泡5.采用分层填夯(压)实的施工方法,分层铺填厚度见采用分层填夯(压)实的施工方法,分层铺填厚度见P14表表2.3;;1.垫层承载力由现场载荷试验确定,若无试验资料时,素土垫层不宜超过垫层承载力由现场载荷试验确定,若无试验资料时,素土垫层不宜超过180kPa,灰土垫层不宜超过,灰土垫层不宜超过250kPa;;碾压法碾压法振动法振动法分层铺筑分层铺筑分层压实分层压实1.虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定,若无试验资料,可选用铺筑厚虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定,若无试验资料,可选用铺筑厚度度200-300mm,碾压后的压实厚度为,碾压后的压实厚度为150-200mm;施工压实含水量可控制在;施工压实含水量可控制在wop±4%2.对小型工程可用人工分层摊铺,在整平后用平板振动器或蛙式打夯机压实;对小型工程可用人工分层摊铺,在整平后用平板振动器或蛙式打夯机压实;对大中型工程可用机械摊铺,整平后用履带式机具初压二遍,再用中、重型压对大中型工程可用机械摊铺,整平后用履带式机具初压二遍,再用中、重型压路机碾压;碾压次数一般为路机碾压;碾压次数一般为4-6遍注:注:3.施工宜当天铺筑、当天压实;若压实时呈松散状,应洒水后再压实;若出现施工宜当天铺筑、当天压实;若压实时呈松散状,应洒水后再压实;若出现“橡皮土橡皮土”现象应暂缓压实,并开槽、翻开晾晒或换灰;现象应暂缓压实,并开槽、翻开晾晒或换灰;4.施工时最低气温不低于零度,以免其出现冻胀现象;施工时最低气温不低于零度,以免其出现冻胀现象;5.每一层粉煤灰垫层经验收合格后,方可进行上层施工。
每一层粉煤灰垫层经验收合格后,方可进行上层施工三、粉煤灰垫层三、粉煤灰垫层a.对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法以、标准贯入法以、静力触探、轻型触探试验检验环刀法以、标准贯入法以、静力触探、轻型触探试验检验b.对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验,并均应通过现场对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验,并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量注:注:用贯入仪检验垫层质量用贯入仪检验垫层质量, 对于砂垫层可用钢筋检验对于砂垫层可用钢筋检验, 钢筋直径为钢筋直径为20mm 的平头的平头钢筋钢筋, 长长1. 25m , 垂直距离砂表面垂直距离砂表面0.7m , 自由落下自由落下, 测量贯入深度测量贯入深度,,贯入深度贯入深度以不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格以不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格检验点间距应小于检验点间距应小于4m2.5 质量检验注:注:环刀容积不应小于环刀容积不应小于200cm3,径高比为径高比为1::1,取样前测点表面应刮去,取样前测点表面应刮去30-50mm厚厚的松砂,环刀内砂样应不包含尺寸大于的松砂,环刀内砂样应不包含尺寸大于10mm的泥团和石子。
砂垫层干密度控制的泥团和石子砂垫层干密度控制标准为:中砂为标准为:中砂为1.6t/m3;粗砂为;粗砂为1.7t/m3 c.垫层的施工质量检验必须分层进行,应在每层的垫层的施工质量检验必须分层进行,应在每层的压实系数压实系数符符合设计要求后铺填上层土合设计要求后铺填上层土d.采用环刀法检验垫层的施工质量时,采用环刀法检验垫层的施工质量时,取样点应位于每层土厚取样点应位于每层土厚度的度的2/3深度处深度处检验点数量,对大基坑每检验点数量,对大基坑每50-100m2不应少于不应少于1个检验点,对基槽每个检验点,对基槽每10-20m不应少于不应少于1个点,每个独立柱基个点,每个独立柱基不应少于不应少于1个点采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量个点采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时,每分层检验点间距应小于时,每分层检验点间距应小于4me.竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时,竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时,每个单体工程不每个单体工程不宜少于宜少于3点点,对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面,对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数量积确定检验点数量垫层施工完后应满足的垫层施工完后应满足的压实系数压实系数0.94-0.97。