基础工程讲义讲稿换填法

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、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：

⑴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。⑵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。

⑶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）和管涌事故。

⑷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

⑴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。⑵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。⑶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、垫层的设计计(一)砂垫层的的设计1.垫层的设计计原则⑴足够的厚度以以置换可能受剪剪破坏的软弱土土层；⑵足够的的宽度以防止砂砂垫层向两侧挤挤出；⑶设计垫垫层为排水垫层层。2.砂垫层的厚厚度z的确定3.垫层宽度应根据垫层侧面面土的承载力来来决定，砂垫层层底部宽度b′′可由下式或根根据当地经验确确定。(二)土垫层设设计素土、灰土、二二灰土垫层总称称土垫层。适于于处理1～4m厚的软弱土层层。灰土垫层即通常常讲的2：8或或3：7灰土。。垫层强度随灰灰量的增加而提提高。二灰垫层是将石石灰和粉煤灰两两种材料按2：：8或3：7体体积比加适当水水拌和均匀后分分层夯实。其强强度比灰土垫层层高得多，常用用于处理湿陷性性黄土。砂垫层的厚度一一般不宜大于3m，太厚则施施工困难；也不不宜小于0.5m，太簿则换换土垫层的作用用不显著。（一）厚度确定定软土地基上土垫垫层厚度的确定定与砂垫层相同同。1.对非自重重湿陷性黄土地地基上的垫层厚厚度应保证天然然黄土层所受的的压力小于其湿湿陷起始压力值值。2.对自重湿湿陷性黄土地基基上，垫层厚度度应大于非自重重湿陷性黄土地地基上垫层的厚厚度，或控制剩剩余湿陷量不大大于20cm才才能取得好的效效果。（二）宽度确定定：灰土垫层的宽度度可取（三）平面处理理范围素土垫层或灰土土垫层可分为局局部垫层和整片片垫层。三、粉煤灰垫层层1.化学性质粉煤灰和天然土土中的化学成分分具有很大的相相似性，具有火火山灰的特性，，在潮湿条件下下具有凝硬性，，与二氧化硅，，三氧化二铝等等物质进行水化化反应，生成水水化产物，使碾碾压密实的粉煤煤灰颗粒胶结固固化形成块状结结构，可提高粉粉煤灰的强度，，降低压缩变形形，增强抗渗性性和水稳定性。。2.物理性质粉煤灰的压实曲曲线与粘性土相相似，具有相对对较宽的最优含含水量区间，其其干密度对含水水量的敏感性比比粘性土小，最最优含水量易于于控制。第二节土的的压实作用土一般由固体颗颗粒、水、空气气组成。土中固固、液、气三相相组成的比例反反映干湿、密实实程度，对评价价土的工程性质质有重要意义，，是垫层压实参参数选择的依据据。一、土的压实机机理实践证明，要使使土的压实效果果最好，其含水水量一定要适当当。对过湿的土土进行碾压会出出现“橡皮土””，不能增大土土的密实度。对对很干的土进行行碾压，也不能能把土充分压实实。1.最优含水量量：在干密度—含水水量曲线上干密密度的峰值即为为最大干密度，，与之对应的含含水量即为最优优含水量。2.干密度—含含水量曲线的物物理意义⑴当粘性土的含含水量较小时，，水化膜很薄，，以结合水为主主，颗粒间引力力大，在一定的的外部压实功作作用下，还不能能克服这种引力力而使土粒相对对移动，压实效效果差，土的干干密度较小；⑵当增加土的含含水量时，结合合水膜逐渐增厚厚，颗粒间引力力减弱，土粒在在相同的压实功功能下易于移动动而挤密，压实实效果提高，土土的干密度也随随之提高；⑶当土中含水量量增大到一定程程度后，孔隙中中开始出现自由由水，结合水膜膜的扩大作用并并不明显，颗粒粒间引力很弱，，但自由水充填填在孔隙中，阻阻止了土粒间的的移动，并随着着含水量的继续续增大，移动阻阻力逐渐增大，，压实效果反而而下降，土的干干密度随之减少少。压实系数可参考考表1.2-1选用。ρd——现场土的实实际控制干密度度；ρdmax——土的最大干干密度。1.压实系数λλc室内击实试验：：二、土的的压实系系数2.含水水量施工含水水量应尽尽量接近近最优含含水量。。可按表表2.2-2选选用。应通过现现场试验验确定，，可参考考表2.2-3及2.2-4。采用用不同的的施工机机械，要要选择与与之相应应的参数数。3.铺填填厚度及及压实遍遍数§3垫垫层施工工一、垫层层施工方方法机械碾压压法、重重锤夯实实法和振振动压实实法三种种。（一）机机械压实实法机械碾压压法是采采用压路路机、推推土机、、羊足碾碾、振动动碾或其其它压实实界些来来压实软软弱地基基土或分分层填土土垫层。。施工步骤骤1.现将将拟建范范围内一一定深度度内的软软弱土挖挖出至设设计要求求，2.再将底底部土体体碾压加加固，3.然后后分层填填筑，逐逐层加密密。机械碾压压法是采采用各种种压实机机械来压压实地基基土，此此法常用用于基坑坑面积宽宽大和开开挖土方方量较大大的工程程。在工程实实践中，，对垫层层碾压质质量的检检验，要要求获得得填土最最大干密密度。施工参数数：如施施工机械械、铺筑筑厚度、、碾压遍遍数与填填筑含水水量等都都必须由由工地试试验确定定。土类和场场地对碾碾压设备备选用的的影响粘性土等软弱土杂填土砂土、湿陷性黄土、碎石土狭窄场地，边角平碾或羊足碾平碾振动碾或振动压实机蛙式夯实机施工中，，随层检检验平均均干密度度、含水水量。采采用环刀刀法或贯贯入测定定法。每每个基坑坑或100～500m2设一一个检验验点。质量检验(二)重锤锤夯实法重锤夯实法法是用起重重机械将夯夯锤提升到到一定高度度，然后自自由落锤，，不断重复复夯击以加加固地基。。施工顺序重锤夯实宜宜一夯挨一一夯顺序进进行。在独独立柱基基基坑内，宜宜按先外后后里的顺序序夯击。同同一基坑底底面标高不不同时，应应按先深后后浅的顺序序逐层夯实实。2.施工要要点⑴现场试夯夯⑵夯击前应应检查坑中中土的含水水量⑶施工夯打打工艺⑷现场有边边坡或邻近近建筑物时时，应当采采用必要的的防护措施施。3.质量检检验不仅要检查查施工记录录及试夯最最后下沉量量，而且要要检查加固固质量。基基槽每30m一点，，整片地基基每100m22点点以上(三)平板板振动法振动压实法法是利用各各种振动压压实机，将将松散土振振压密实。。适用于处理理无粘性土土或粘粒含含量少，透透水性较好好的松散杂杂填土地基基。振动压实机机的工作原原理是由电电动机带动动两个偏心心块以相同同速度反向向转动而产产生很大的的垂直振动动力。压实效果：：一般杂填填土经振实实后，地基基承载力特特征值可达达100～～120kPa。振动压实的效果果与填土成分、、振动时间等因因素有关，一般般振动时间越长长，效果越好，，但振动时间超超过某一值后，，振动引起的下下沉基本稳定，，再继续振动就就不能起到进一一步的压实作用用。振实范围应从基基础边缘放出0.6m左右，，先振基槽两边边，后振中间，，其振实的标准准是以振动机原原地振实不再继继续下沉为合格格，并辅以轻便便触探试验检验验其均匀性及影影响深度。二、砂（砂砾、、碎石）垫层施施工1.垫层材料砂石：颗粒级配配良好、质地坚坚硬的砂石，不不得含有草根、、垃圾，含泥量量应小于5％。。2.施工要点⑴施工机具宜采采用振动碾和振振动压实机，压压实参数由现场场试验确定；⑵不同施工机具具应采用不同的的最优含水量；；⑶如存在不良地地质现象，应先先进行清理，然然后再施工垫层层；⑷施工过程中严严禁扰动垫层下下卧的淤泥和淤淤泥质土等软弱弱土层；⑸砂石垫层的底底面宜铺设在同同一标高上；⑹当地下水位高高于基坑底面时时，应采取排降降水措施3.质量检验采用环刀法或贯贯入测定法⑴环刀法：用容积不小于于200cm3的环刀压入每每层2/3的深深度处取样，测测定其干密度，，干密度应不小小于该砂石料在在中密状态的干干密度值。⑵贯入测定法：先将砂垫层表表面3cm左右右厚的砂刮去，，然后用贯入仪仪、钢叉或钢筋筋以贯入度的大大小来定性地检检查砂垫层质量量。⑶采用贯入法时时，检验点的间间距应小于4m；环刀法：基基坑50～100m2不小于于1个，基槽每每10～20m不应少于1个