砂石粉煤灰垫层换填法地基处理设计课件

砂石、粉煤灰垫层换砂石、粉煤灰垫层换填法地基处理设计填法地基处理设计2.1 概述概述 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数2.3 砂（砂石、碎石）垫层砂（砂石、碎石）垫层2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层本章目录本章目录 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填法。为换填法。定义：定义：2.1 2.1 换填垫层法换填垫层法哈哈，这不是我想哈哈，这不是我想到的吗？到的吗？建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范JGG79-2002中规定：中规定：4.1.1 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。处理。当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而要求，而软弱土层的厚度又不很大软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面下时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压高炉干渣或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填法。法称为换填法。适用性：适用性：2.1 2.1 换填垫层法换填垫层法从定义中找，你能从定义中找，你能找到吗？找到吗？通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深的软弱通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需要采用降水措施；坑壁放土层，但经常由于地下水位高而需要采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多坡占地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多等因素，从而使处理费用增高，工期延长，因此换填法的处等因素，从而使处理费用增高，工期延长，因此换填法的处理深度通常宜控制在理深度通常宜控制在3米以内。但也不应小于米以内。但也不应小于0.5米，因为垫米，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著。在湿陷性黄土地区或层太薄，则换土垫层的作用也不显著。在湿陷性黄土地区或土质较好场地，一般坑壁可直立或边坡稳定时，处理深度可土质较好场地，一般坑壁可直立或边坡稳定时，处理深度可限制在限制在5米以内。米以内。“软弱土层的厚度又不很大软弱土层的厚度又不很大”与与“浅浅”-到底是多少到底是多少米？在实际工程中，什么情况下优先选用该法？米？在实际工程中，什么情况下优先选用该法？适用性：适用性：2.1 2.1 换填垫层法换填垫层法哈哈 哈，问题来了哈，问题来了饱和曲线饱和曲线粘性土粘性土砂土砂土粘性土粘性土在某种压实功能下在某种压实功能下（标准压实功能）达到最（标准压实功能）达到最密时的含水量称为密时的含水量称为最优含最优含水量水量，对应的干密度称为，对应的干密度称为最大干密度最大干密度砂土：砂土：不存在最优含水量不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状在完全风干和饱和两种状态下易于击实态下易于击实；潮湿状态潮湿状态下下不易不易击实击实2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数土的压实机理土的压实机理 人们很早就用土人们很早就用土作为建筑材料，作为建筑材料，而且知道要把松而且知道要把松土击实。土击实。公元前公元前200多年多年，我国，我国秦朝修筑驰实秦朝修筑驰实（行车大道），（行车大道），就有用就有用“铁锥筑铁锥筑土坚实土坚实”的记载，的记载，说明那时人们已说明那时人们已经认识到土的密经认识到土的密度和土的工程特度和土的工程特性有关性有关。粘土粘土颗粒颗粒-+引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数饱和曲线饱和曲线粘性土粘性土粘性土粘性土在某种压实功能下在某种压实功能下（标准压实功能）达到最（标准压实功能）达到最密时的含水量称为密时的含水量称为最优含最优含水量水量，对应的干密度称为，对应的干密度称为最大干密度最大干密度土的压实机理土的压实机理2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数击实试验击实试验轻型：粒径小于5毫米重型：粒径小于40毫米25下，分三层击实56下，分5层击实2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数击实试验击实试验影响土的压实性的因素影响土的压实性的因素 含水率的影响对对同同一一种种土土料料，分分别别在在不不同同的的含含水水率率下下，用用同同一一击击数数将将他他们们分分层层击击实实，测测定定土土样样的的含含水水率率和和密密度度，然然后后以以含含水水率率为为横横坐坐标标，干干密密度度为为纵纵坐坐标标，绘绘制制击击实曲线。实曲线。从从图图中中可可以以看看出出，当当含含水水率率较较小小时时，土土的的干干密密度度随随着着含含水水率率的的增增加加而而增增大大，而而当当干干密密度度增增加加到到某某一一值值后后，含含水水率率继继续续增增加加反反而而使使干干密密度度减减小小。干干密密度度的的这这一一最最大大值值称称为为该该击击数数下下的的最最大大干干密密度度，此此时时对对应应的的含含水水率称为最优含水率。率称为最优含水率。2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数影响土的压实性的因素影响土的压实性的因素 2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数击实功能的影响击实功能的影响 1 1、实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一种、实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小，土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干密度也大，最优含水率小密度也大，最优含水率小2 2、用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击数进、用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击数进行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水率行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水率与干密度关系曲线。与干密度关系曲线。施工现场如何控制压实程度？施工现场如何控制压实程度？2.2 2.2 压实原理及压实参数压实原理及压实参数压实度压实度 现场施工的土料，土块大小不一，现场施工的土料，土块大小不一，含水量和铺填厚度又很难控制均匀，因含水量和铺填厚度又很难控制均匀，因此实际压实土的均质性较差，固对现场此实际压实土的均质性较差，固对现场土的压实，应以压实系数来进行检验。土的压实，应以压实系数来进行检验。砂（碎石、砂石）垫层的设计砂（碎石、砂石）垫层的设计 2.3 2.3 砂（砂石、碎石）垫层砂（砂石、碎石）垫层设计要求：设计要求：既要求有足够的厚度以置换可能被剪既要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。以防止砂垫层向两侧挤出。排水砂垫层排水砂垫层不同于不同于置换垫层置换垫层，前，前者主要在基础底面设置厚度为者主要在基础底面设置厚度为30cm的砂（或砂石、碎石）垫层，的砂（或砂石、碎石）垫层，以利于软土层的排水固结以利于软土层的排水固结注意砂垫层的砂垫层的厚度厚度设计设计 2.3 2.3 砂（砂石、碎石）垫层砂（砂石、碎石）垫层 砂垫层厚度砂垫层厚度z应根据应根据砂垫层底面下卧层砂垫层底面下卧层的承载力的承载力及及建筑物对地基变形要求建筑物对地基变形要求确定。确定。按下按下卧层卧层的承的承载力载力确定确定 b 回填土回填土B=b+2ztg dzPZ+pCZ fz 填填z pCZ pCD各参数的计算各参数的计算2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）PZ+pCZ fz条形基础条形基础矩形基础矩形基础,平平面分布面分布fz-经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）粉粉质粘土和粉土（粘土和粉土（8 8换填材料填材料中、粗、中、粗、砾、碎石、碎石土、石屑土、石屑灰土灰土0.250.250.500.50202030306 623232828 压力扩散角 注：注：1、当、当Z/b0.25时，除灰土外，其余材料均取时，除灰土外，其余材料均取=0；2、当、当0.25Z/b0.50时，可内插求得。时，可内插求得。计算时，先假设一个垫层的厚度，验算。如不合要求，则改变厚度，计算时，先假设一个垫层的厚度，验算。如不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止，一般砂垫层的厚度为重新验算，直至满足为止，一般砂垫层的厚度为12m左右，过薄的垫左右，过薄的垫层层(3m)则施工较困难。则施工较困难。2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂垫层的宽度确定（砂垫层的宽度确定（JGJ79-2002）2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂垫层承载力的确定砂垫层承载力的确定垫层的承载力决定于填筑材料的性质、垫层的承载力决定于填筑材料的性质、施工机具能量大小及施工质量的优劣施工机具能量大小及施工质量的优劣等，一般应通过试验现场确定。另外等，一般应通过试验现场确定。另外垫层承载力的设计值尚必须对软弱下垫层承载力的设计值尚必须对软弱下卧层的承载力验算后再确定。卧层的承载力验算后再确定。2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）沉降计算沉降计算当垫层断面确定后，对于重要的建筑物或垫当垫层断面确定后，对于重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地层下存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地基的变形计算。基的变形计算。2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石）垫层施工砂（砂石、碎石）垫层施工1、选料：、选料：2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石）垫层施工砂（砂石、碎石）垫层施工2、施工参数、施工参数2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石）垫层施工砂（砂石、碎石）垫层施工3、施工要点：、施工要点：砂石宜用振动碾砂石宜用振动碾 除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取层铺填厚度可取200-300mm。为保证分层压实质量，应。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。控制机械碾压速度。2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石）垫层施工砂（砂石、碎石）垫层施工3、施工要点：、施工要点：2.3 2.3 砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石垫层）砂（砂石、碎石）垫层质量检验砂（砂石、碎石）垫层质量检验检验方法有：环刀法、贯入仪、静力触探、轻检验方法有：环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；另对砂石型动力触探或标准贯入试验检验；另对砂石垫层也可用重型动力触探检验，并均应能过垫层也可用重型动力触探检验，并均应能过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为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量。压实系数也可用标准检验垫层的施工质量。压实系数也可用环刀法，灌砂法等。环刀法，灌砂法等。2.3 2.3 换填垫层法换填垫层法例例题 :某四某四层砖混混结构的住宅建筑，承重构的住宅建筑，承重墙下下为条形基条形基础，宽1.2m1.2m，埋深，埋深1m1m，上部建筑物作用于基，上部建筑物作用于基础的荷的荷载每米每米120kN120kN，基，基础的平均重度的平均重度为20kN/m20kN/m。地基土表。地基土表层为粉粉质粘土，厚粘土，厚1m1m，重度，重度为17.5kN/m17.5kN/m，第二，第二层为淤泥淤泥质粘土，厚粘土，厚15m15m，重，重度度为17.8kN/m17.8kN/m，含水量，含水量W=65%,第三第三层为密密实的砂的砂砾石石,地地下水距地表下水距地表为1m.因因为地基土地基土较软弱弱,不能承受建筑物的荷不能承受建筑物的荷载,试设计砂砂垫层.2.3 2.3 换填垫层法换填垫层法【解】:(1)先假设砂垫层的厚度为先假设砂垫层的厚度为1m，并要求分层碾压夯实，并要求分层碾压夯实，干密度达到干密度达到1.5t/m。(2)砂垫层厚度的验算：根据题意，基础底面平均砂垫层厚度的验算：根据题意，基础底面平均压力设计值为：压力设计值为：(3)砂垫层底面的附加应力计算砂垫层底面的附加应力计算:2.3 2.3 换土垫层法换土垫层法(4)验算验算:根据淤泥的含水量根据淤泥的含水量W=65%,查规范得查规范得:0=45kPa;因深度因深度大于大于3m,故不做修正故不做修正:这说明所设计的垫层厚度不够，再假设垫层厚度为这说明所设计的垫层厚度不够，再假设垫层厚度为1.7m，则，则:(5)确定砂确定砂垫层的底的底宽:为2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层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，每年排放量与日俱粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，每年排放量与日俱增。粉煤灰是电厂在煤粉燃烧过程中，当煤通过炉膛高温时绝增。粉煤灰是电厂在煤粉燃烧过程中，当煤通过炉膛高温时绝大部分矿物杂质在高温下熔化，在被送到低温区时固化成球状大部分矿物杂质在高温下熔化，在被送到低温区时固化成球状颗粒的玻璃体。颗粒的玻璃体。粉煤灰的粉煤灰的处理与利用已理与利用已为我国一个比我国一个比较突出的突出的经济和社会效益和社会效益问题注意粉煤灰的化学成份可参照课本粉煤灰的化学成份可参照课本2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响自重轻对工程来讲是好还是不好？自重轻对工程来讲是好还是不好？粉煤灰比重比粘性土小得多，一般粉煤灰比重比粘性土小得多，一般松散重度在松散重度在kN/m3间，经轻间，经轻型击实试验后干密度为型击实试验后干密度为0.921.35t/m3;比土要轻的多，产比土要轻的多，产生差别的原因在于粉煤灰主要是以生差别的原因在于粉煤灰主要是以硅，铝为主的非晶态玻璃球体组成，硅，铝为主的非晶态玻璃球体组成，结晶矿物含量较少。而粘性土矿物结晶矿物含量较少。而粘性土矿物都由石英、长石和粘土矿物等晶体都由石英、长石和粘土矿物等晶体组成。组成。2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰的颗粒组成特点，使它粉煤灰的颗粒组成特点，使它具有可振实或碾压的条件，击实试具有可振实或碾压的条件，击实试验曲线峰值段比天然土具有相对较验曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。粉煤灰的最宽的最优含水量区间。粉煤灰的最优含水量变动幅度是优含水量变动幅度是，大于，大于土的的变动幅度。因此，粉煤土的的变动幅度。因此，粉煤灰在回填过程中达到设计密实度要灰在回填过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制，施工质量容求的含水量容易控制，施工质量容易得到保证。易得到保证。2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响c，应通过室内土工试验确，应通过室内土工试验确定。当无试验资料时，可定为当压定。当无试验资料时，可定为当压实系数为实系数为0.90.95时，时，c=5-30kPa2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰的压缩性能与击实功能、密粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度等因素有关。上海实度和饱和程度等因素有关。上海规范指出应通过土工试验确定，当规范指出应通过土工试验确定，当无试验资料时，在压实系数为无试验资料时，在压实系数为0.90.95时，时，Espa2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰垫层经压实后承载能力的试粉煤灰垫层经压实后承载能力的试验结果可知，具有遇水后强度降低验结果可知，具有遇水后强度降低的特性。当无试验资料时，压实系的特性。当无试验资料时，压实系数为数为0.90.95时的浸水垫层，其容时的浸水垫层，其容许承载力可采用许承载力可采用120200kPa,但尚但尚应满足软弱下卧层的强度和地基变应满足软弱下卧层的强度和地基变形要求。形要求。2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，压粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，压实过程中与压实初期具有较大的渗实过程中与压实初期具有较大的渗透系数，但随着龄期的增加，渗透透系数，但随着龄期的增加，渗透性能逐渐减弱。性能逐渐减弱。粉煤灰有粉煤灰有火山灰反应火山灰反应龄期效应龄期效应2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰在压实后不会发生液化粉煤灰在压实后不会发生液化2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 自重轻自重轻 击实性能好击实性能好抗剪强度抗剪强度压缩性压缩性承载能力承载能力渗透性渗透性抗液化性抗液化性对环境的影响对环境的影响粉煤灰的粉煤灰的PH值较高，大于土壤本值较高，大于土壤本底值，但随着时间的推移，实践证底值，但随着时间的推移，实践证明明PH值会衰减到接近土壤本底值，值会衰减到接近土壤本底值，一般能满足有关环境保护的要求。一般能满足有关环境保护的要求。粉煤灰中微量有害元素，特别是其粉煤灰中微量有害元素，特别是其浸出液中，有害元素的溶出对土壤浸出液中，有害元素的溶出对土壤和地下水的影响是又一个环境影响和地下水的影响是又一个环境影响问题。问题。2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰的特点总结粉煤灰的特点总结2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰垫层的施工粉煤灰垫层的施工粉煤灰的粉煤灰的PH值较高，大于土壤本值较高，大于土壤本底值，但随着时间的推移，实践证底值，但随着时间的推移，实践证明明PH值会衰减到接近土壤本底值，值会衰减到接近土壤本底值，一般能满足有关环境保护的要求。一般能满足有关环境保护的要求。粉煤灰中微量有害元素，特别是其粉煤灰中微量有害元素，特别是其浸出液中，有害元素的溶出对土壤浸出液中，有害元素的溶出对土壤和地下水的影响是又一个环境影响和地下水的影响是又一个环境影响问题。问题。2.4 2.4 粉煤灰垫层粉煤灰垫层粉煤灰垫层质量检验与工程验收粉煤灰垫层质量检验与工程验收粉煤灰的粉煤灰的PH值较高，大于土壤本值较高，大于土壤本底值，但随着时间的推移，实践证底值，但随着时间的推移，实践证明明PH值会衰减到接近土壤本底值，值会衰减到接近土壤本底值，一般能满足有关环境保护的要求。一般能满足有关环境保护的要求。粉煤灰中微量有害元素，特别是其粉煤灰中微量有害元素，特别是其浸出液中，有害元素的溶出对土壤浸出液中，有害元素的溶出对土壤和地下水的影响是又一个环境影响和地下水的影响是又一个环境影响问题。问题。谢谢观看