浅层地基处理

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1、浅层地基处理1.1 换土垫层法换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物要求，且软弱土层的厚度又不很大时，换 土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。不同的回填材料形成不同的垫层， 如砂垫层、碎石垫层、素土或灰土垫层、粉煤灰垫层及煤渣垫层等。换土深度较大时，经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施；坑壁放 坡占地面积大或需要基坑支护；施工土方量大，弃方多等问题，从而使处理费用高、工期延 长，因此换土垫层法的处理深度常控制在3

2、-5 米范围以内。当然，若换土垫层太薄，则其作 用不甚明显，因此处理深度也不应小于0.5 米。换土垫层处理软土地基，其作用主要体现在以下几个方面：提高浅层地基承载力； 减小地基沉降量；加速软弱土层的排水固结，即垫层起排水作用；防止土的冻胀，即 粗粒垫层材料起隔水作用；减少或消除土的胀缩性。换土垫层法在处理一般软弱地基时， 其可起的主要作用为前三种，在某些工程中可能几种作用同时发挥（如既起提高地基承载力、 减小沉降量的作用，也起排水作用）。限于篇幅，本节仅介绍砂（石）垫层的设计与施工。X.泗僅WW 、E/:旳沖沁皆b7-1）（ 7-2）（ 7-3）图 7-1 垫层内应力分布1. 砂（石）垫层设计

3、 砂（石）垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面，要求有足够的厚度以置换可 能被剪切破坏的软弱土层，有足够的宽度防止砂垫层向两侧挤出。主要起排水作用的砂（石） 垫层，一般厚度要求30cm,并需在基底下形成一个排水面，以保证地基土排水路径的畅通, 促进软弱土层的固结，从而提高地基强度。（1）.填层厚度的确定如图 7-1 所示，垫层厚度应根据砂垫层下面软弱下卧层土的承载力和建筑物对地基变形 要求来确定。如仅以软弱下卧层承载力为控制指标，则应满足下式要求P + P fz cz az式中pz 相应于荷载效应标准组合时垫层底面处的附加压力值；pcz 软弱下卧层顶面处土的自重压力值；faz 垫层底面处

4、经深度修正后软弱下卧层的地基承载力特征值。垫层底面处的附加压力Pz，可按如下简化方法计算：（p p ）b条形基础z （ ； 2 z ；an。）（P, 、P,）bl、矩形基础（ + 2 z tan。+ 2 z tanO ）式中pk 相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；Pc 基础底面处土的自重压力值；b 矩形基础或条形基础底边的宽度；l 矩形基础底边的长度；z 垫层厚度；0 垫层的压力扩散角可按表7-2选用。A垫层应压扩散角（ ）表7-2换填材料z / b中砂、粗砂、砾砂、碎 石、黄土、石屑粘性土和粉土（8I 14）p灰土0.2520630三0.5302330注：1.当z/b0.5时，

5、除灰土仍取e =30外，其余材料均取e =0；2.当0.25z/b b + 2z tan0（7-4）式中b 垫层底面宽度；0 垫层的压力扩散角，可按表7-2选用。整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm长度，或从垫层底面两侧向上按当地开挖 基坑经验的要求放坡确定。应防止垫层向两侧挤压而破坏侧面土质。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱 时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，造成基础沉降增大。需要指出的是，垫层材料应分层夯实并达到一定的密实度，以保证其自身的承载力满 足设计要求。对于一般工程，如无实测资料时，可参见表7-3 选用承载力特征值。对于比较

6、重要的建筑物，还应计算地基的变形量。地基变形由垫层和下卧土层的两部分变形量所组成。各种垫层的承载力特征值以，表7-3施工 方法换填材料类别压 系ak实数人承载力特征值fak （kPa）碎石、卵石200300碾压或砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%-50%）200250土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%-50%）0.940.97150200振中砂、粗砂、砾砂150200密粘性土和粉土（8/“14）130180灰土0.930.95200250重锤夯实土或灰土0.930.95150200注： 1. 压实系数小，承载力标准值取低值；反之取高值；2. 重锤夯实，对土的承载力标准值取低值；反之取高值。

7、【例7-1】某建筑物承重墙下为条形基础，基础宽度1.5m，埋深lm,相应于荷载效应标准 组合时上部结构传至条形基础顶面的荷载 Fk = 247-5kN/m ；地面下存在5.0m厚的淤泥 层，丫 = 18kN/m3 , y sat = 19-0kN/m3，淤泥层地基的承载力特征值fa广70 kPa ；地下水位距 地面深lm。试设计砂垫层。【解】（1）垫层材料选用中砂，设垫层厚度z=2.0m,则垫层的压力扩散角e =30Q（ 2）垫层厚度验算相应于荷载效应标准组合时基础底面平均压力值为：F + G247.5 +1.5 x 1 x 20，p = k = 185 kPak b1.5基础底面处土的自重压

8、力pc =18.0x1=18kPa垫层底面处的附加压力值由式(7-2)计算得：(p, - P)b、(185 18.0)x 1.5一 c, P = (小、=65.8kPaz(b + 2 z tanO 丿 1.5 + 2 x 2.Otan3O。垫层底面处土的自重应力：Pcz = 18.0x 1 + (9 -10丿x 2.0 = 36.0kPa cz淤泥层地基经深度修正后的地基承载力特征值为：f = f +n Y ( - 0.5)= 70 + l.lx 12.6x(2.5 - 0.5)= 101.5kPa a ak d 0p + p = 36.0 + 65.8 = 101.8 kPa f = 101

9、.5kPa 满足强度要求 垫层厚度选定为2.0m是合适的。(3)确定垫层宽度bb = b + 2 z tanO = 1.5 + 2 x 2.0 x tan30。= 3.81m取b =3.85m,按1 ： 1.5边坡开挖。2. 垫层施工及其质量检验要点垫层施工应严格控制垫层材料的颗粒成分和质量。砂石料宜选用颗粒级配良好、质地坚 硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砾、卵石和碎石等，料中不得含有植物残体、垃圾等杂质。用粉 细砂作垫层料时，应掺入25%30%的碎石或卵石，最大粒径不宜大于50mm。用于排水固 结垫层的砂石料，含泥量不宜超过3%。垫层材料应保证达到设计要求的密实度，填料应分 层铺筑(每层虚铺厚为2

10、00300mm),逐层碾压、夯实，碾压时需控制一定的含水量。常用 的密实方法有振动法和碾压法等。开挖基坑铺设垫层时，还需注意避免扰动软弱土层的结构， 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。当采用碎石垫层时，应在 坑底先行铺设一层砂垫底，以免碎石挤入土中。砂、碎石垫层的质量检验应随施工分层进行，检验方法主要有环刀法和贯入测定法。通 过环刀取样法，测定的垫层干密度应大于等于设计干密度；通过贯入测定法，测定的垫层贯 入深度应小于等于根据垫层干密度确定的贯入深度。另外，尚需对砂、碎石垫层填筑工程竣工质量进行验收。常用的验收方法有：静载荷 试验；标准贯入试验；轻便触探试验；动测法；静

11、力触探试验。1.2 抛石挤淤法 抛石挤淤为强迫换土的一种形式，通过在软粘土中抛入较大的片石、块石，使片石、块 石强行挤出软粘土并占据其位置，以此来提高地基承载力、减小沉降量，提高土体的稳定性。抛石挤淤法一般适用于厚为34m的软土层和常年积水且不易抽干的湖、塘、河流等积 水洼地，以及表层无硬壳、软土的液性指数大、层厚较薄、片石能沉达下卧硬层的情况。由 于抛石挤淤法施工简单，不用抽水、不用挖淤、施工迅速，所以现场乐于采用，特别是在路 基工程中，当道路路基穿越或部分穿越河塘洼地时，更是常用此法来处理其下的软土地基。抛石挤淤法施工时，抛石顺序应自路堤中部开始，然后逐次向两旁展开，使淤泥向两侧 挤出。当

12、抛入的片石露出水面后，用重锤夯实或用压路机等机械碾压密实，然后在其上铺设 反滤层再行填土(图7-2a)。当下卧岩层面具有明显的横向坡度时，抛石应从下卧层高的一侧 向低的一侧扩展，并且在低的一侧适当高度范围内多抛填一些，以增加其稳定性(图7-2b)。图7-2抛石挤淤1.3 重锤夯击法重锤夯实法即用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后使锤自由下落并重复夯击，使浅 层土体变得密实，地基得以加固。重锤夯实法既是一种独立的地基浅层处理方法，也是换土 垫层法压实的一种手段。重锤夯实法适用于地下水位距地表 0.8m 以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填 土及分层填土等。但在有效夯实深度内夹有软粘土层时不宜

13、采用。重锤夯实的影响深度和效果与锤重、锤底直径、落距以及土质条件等因素有关。一般夯 锤采用圆台形，如图7-3所示，锤重宜大于20kN，锤底直径宜根据锤的单位静压力为 1520kPa确定，夯锤落距一般大于4m。图 7 3 夯锤重锤夯击宜一夯换一夯顺序进行。在独立基础基坑内，宜先外后内进行夯击。同一基 坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序进行夯实。一般当最后两遍的平均夯沉量达到：粘 性土及湿陷性黄土小于1.02.0cm,砂土小于0.51.0cm时，可停止夯击。对某个具体工程，为确定最少的夯击遍数、最后两遍平均夯沉量和有效夯实深度等，需事先进行现场试验。对于稍湿和湿、稍密中密的建筑垃圾杂填土，如采用

14、重15kN、锤 底直径1.15m的重锤夯击，且落高为34m,则其有效夯实深度约为1.11.2m （相当于锤 底直径），夯击后地基承载力特征值一般可达到100150kPa。通常重锤夯击的有效夯实深 度一般可达到 1m 左右，并可消除 1.01.5m 厚湿陷性黄土的湿陷性。1.4 土工织物 土工织物由高分子聚合物通过纺丝制成纤维而合成，是各种聚合材料的总称，也称之 为土工合成材料。土工织物有多种形式，如以聚合物材料丝编而成的“土工网”；以聚合物 体冲孔并拉伸制成的“土工格栅”；以及工程上要求不透水的“土工膜”等。根据制造工艺 的不同，又可分为“有纺织物”、“无纺织物”和“编织物”等。土工织物在工程中的应用始于二十世纪五十年代末，随着土工合成材料研究的不断深 入，其物理、力学性能不断得到改善，应用于工程中可以产生多种作用（效果），因此已在 我国的水利、铁路、公路、港口、建筑、矿冶和电力等领域中逐步推广应用。1. 土工织物的作用（1）. 反滤作用 将土工织物置于上游面的块石护坡下面，土工织物将与其相邻接触部分土层共同形成一个反滤系统，起到反滤、隔离和防冲刷的作用，也可铺放在下游排水体（褥垫排水或棱体排 水）周围起反滤作用，防止管涌。（2）.排水作用 土工织物除了可作透水反滤外