换填地基.docx
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换填地基
地基处理与桩基工程
地基处理
7-1-1换填地基
7-1-1-1灰土地基
灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去,用一定比例的石灰与土,在最优含水量情况下,充分拌合,分层回填夯实或压实而成。
灰土地基具有一定的强度、水稳性和抗渗性,施工工艺简单,费用较低,是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。
适于加固深1~4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等,还可用作结构的辅助防渗层。
1.材料要求
(1)土料
采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4的粉土,土内有机质含量不得超过5%。
土料应过筛,其颗粒不应大于15mm。
(2)石灰
应用III级以上新鲜的块灰,含氧化钙、氧化镁愈高愈好,使用前1~2d消解并过筛,其颗粒不得大于5mm,且不应夹有未熟化的生石灰块粒及其他杂质,也不得含有过多的水分。
2.施工工艺方法要点
(1)对基槽(坑)应先验槽,消除松土,并打两遍底夯,要求平整干净。
如有积水、淤泥应晾干;局部有软弱土层或孔洞,应及时挖除后用灰土分层回填夯实。
(2)灰土配合比应符合设计规定,一般用3:
7或2:
8(石灰:
土,体积比)。
多用人工翻拌,不少于3遍,使达到均匀,颜色一致,并适当控制含水量,现场以手握成团,两指轻捏即散为宜,一般最优含水量为14%~18%;如含水分过多或过少时,应稍晾干或洒水湿润,如有球闭应打碎,要求随拌随用。
(3)铺灰应分段分层夯筑,每层虚铺厚度可参见表7-1,夯实机具可根据工程大小和现场机具条件用人力或机械夯打或碾压,遍数按设计要求的干密度由试夯(或碾压)确定,一般不少于4遍。
灰土最大虚铺厚度表7-1
夯实机具种类
重量(t)
虚铺厚度(mm)
备注
石夯、木夯
0.04~0.08
200~250
人力送夯,落距400~500mm,一夯压半夯,夯实后约80~100mm厚
轻型夯实机械
0.12~0.4
200~250
蛙式夯机、柴油打夯机,夯实后约100~150mm厚
压路机
6~10
200~300
双轮
(4)灰土分段施工时,不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝,上下两层的接缝距离不得小于500mm,接缝处应夯压密实,并作成直槎。
当灰土地基高度不同时,应做成阶梯形,每阶宽不少于500mm;对作辅助防渗层的灰土,应将地下水位以下结构包围,并处理好接缝,同时注意接缝质量,每层虚土从留缝处往前延伸500mm,夯实时应夯过接缝300mm以上;接缝时,用铁锹在留缝处垂直切齐,再铺下段夯实。
(5)灰土应当日铺填夯压,入槽(坑)灰土不得隔日夯打。
夯实后的灰土30d内不得受水浸泡,并及时进行基础施工与基坑回填,或在灰土表面作临时性覆盖,避免日晒雨淋。
雨季施工时,应采取适当防雨、排水措施,以保证灰土在基槽(坑)内无积水的状态下进行。
刚打完的灰土,如突然遇雨,应将松软灰土除去,并补填夯实;稍受湿的灰土可在晾干后补夯。
(6)冬期施工,必须在基层不冻的状态下进行,土料应覆盖保温,冻土及夹有冻块的土料不得使用;已熟化的石灰应在次日用完,以充分利用石灰熟化时的热量,当日拌合灰土应当日铺填夯完,表面应用塑料面及草袋覆盖保温,以防灰土垫层早期受冻降低强度。
3.质量控制
(1)施工前应检查原材料,如灰土的土料、石灰以及配合比、灰土拌匀程度。
(2)施工过程中应检查分层铺设厚度,分段施工时上下两层的搭接长度,夯实时加水量、夯压遍数等。
(3)每层施工结束后检查灰土地基的压实系数。
压实系数λc为土在施工时实际达到的干密度ρd与室内采用击实试验得到的最大干密度ρdmax之比,即:
λc=ρd/ρdmax(7-1)
灰土应逐层用贯入仪检验,以达到控制(设计要求)压实系数所对应的贯入度为合格,或用环刀取样检测灰土的干密度,除以试验的最大干密度求得。
施工结束后,应检验灰土地基的承载力。
(4)灰土地基的质量验收标准如表7-2所示。
灰土地基质量检验标准表7-2
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
地基承载力
设计要求
载荷试验或按规定方法
2
配合比
设计要求
按拌合时的体积比
3
压实系数
设计要求
现场实测
一般项目
1
石灰粒径
mm
≤5
筛分法
2
土料有机质含量
%
≤5
试验室焙烧法
3
土颗粒粒径
mm
≤15
筛分法
4
含水量(与要求的最优含水量比较)
%
±2
烘干法
5
分层厚度偏差(与设计要求比较)
mm
±50
水准仪
7-1-1-2砂和砂石地基
砂和砂石地基(垫层)采用砂或砂砾石(碎石)混合物,经分层夯(压)实,作为地基的持力层,提高基础下部地基强度,并通过垫层的压力扩散作用,降低地基的压实力,减少变形量,同时垫层可起排水作用,地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出,能加速下部土层的沉降和固结。
砂和砂石地基具有应用范围广泛;不用水泥、石材;由于砂颗粒大,可防止地下水因毛细作用上升,地基不受冻结的影响;能在施工期间完成沉陷;用机械或人工都可使地基密实,施工工艺简单,可缩短工期,降低造价等特点。
适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基,包括淤泥、淤泥质土;不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。
1.材料要求
(1)砂
宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂,当用细砂、粉砂时,应掺加粒径20~50mm的卵石(或碎石),但要分布均匀。
砂中有机质含量不超过5%,含泥量应小于5%,兼作排水垫层时,含泥量不得超过3%。
(2)砂石
用自然级配的砂砾石(或卵石、碎石)混合物,粒级应在50mm以下,其含量应在50%以内,不得含有植物残体、垃圾等杂物,含泥量小于5%。
2.构造要求
垫层的构造既要求有足够的厚度,以置换可能被剪切破坏的软弱土层,又要有足够的宽度,以防止垫层向两侧挤出。
(1)垫层的厚度
垫层的厚度z应根据垫层底部软弱土层的承载力确定,即作用在垫层底面处土的自重压力(标准值)与附加压力(设计值)之和大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值(图7-1),并应符合下式要求:
pz+pcz≤faz(7-2)
图7-1垫层内应力的分布
1-基础;2-砂垫层;3-回填土
式中pz——垫层底面处的附加压力值(kPa),可根据基础不同形式分别按以下简化式计算:
条形基础
(7-3)
矩形基础
(7-4)
b——条形基础或矩形基础底面的宽度(m);
l——矩形基础底面的长度(m);
p——基层底面压力(kPa);
pc——基础底面处土的自重压力值(kPa);
z——基础底面下垫层的厚度(m);
θ——垫层的压力扩散角,可按表7-3采用;
pcz——垫层底面处土的自重压力值(kPa);
faz——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值(kPa)。
压力扩散角θ(°)表7-3
换填材料
z/b
中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石,碎石
粘性土和粉土
(8<Ip<14)
灰土
0.25
20
6
30
≥0.50
30
23
注:
1.当z/b<0.25时,除灰土仍取θ=30°外,其余材料均取θ=0°;
2.当0.25<z/b<0.5时,θ值可内插求得。
按公式(7-2)确定垫层厚度时,需要用试算法,即预先估计一个厚度,再按式(7-2)校核,如不能满足要求时,再增加垫层厚度,直至满足要求为止。
垫层的厚度一般为0.5~2.5m,不宜大于3.0m,否则费工费料,施工比较困难,也不够经济,小于0.5m则作用不明显。
(2)垫层的宽度
垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求,可按下式计算:
b'≥b+2ztgθ(7-5)
式中b'——垫层底面宽度;
θ——垫层的压力扩散角,可按表7-3采用;当z/b<0.25时,仍按表中z/b=0.25取值。
其他符号意义同上。
垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm,或从垫层底面两侧向上按当地经验的要求放坡。
大面积整片垫层的底面宽度,常按自然倾斜角控制(图7-2)适当加宽。
图7-2砂或砂石垫层
(a)柱基础垫层;(b)设备基础垫层
1-柱基础;2-砂或砂石垫层;3-回填土;4-设备基础
α-砂或砂石垫层自然倾斜角(休止角);b-基础宽度
垫层的承载力宜通过现场试验确定,当无试验资料时,可按表7-4选用,并验算下卧层的承载力。
各种垫层的承载力表7-4
施工方法
换填材料
压实系数
λc
承载力
fK(kPa)
碾压或振密
碎石、卵石
0.94~0.97
200~300
砂夹石(其中碎石、卵石占全重的30%~50%)
200~250
土夹石(其中碎石、卵石占全重的30%~50%)
150~200
中砂、粗砂、砾砂
150~200
粘性土和粉土(8<Ip<14)
130~180
灰土
0.93~0.95
200~250
重锤夯实
土或灰土
0.93~0.95
150~200
注:
1.压实系数小的垫层,承载力取低值,反之取高值;
2.重锤夯实土的承载力取低值,灰土取高值;
3.压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρmax的比值;土的最大干密度宜采用击实试验确定,碎石或卵石的最大干密度可取2.0~2.2t/m3。
3.施工工艺方法要点
(1)铺设垫层前应验槽,将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净,两侧应设一定坡度,防止振捣时塌方。
(2)垫层底面标高不同时,土面应挖成阶梯或斜坡搭接,并按先深后浅的顺序施工,搭接处应夯压密实。
分层铺设时,接头应做成斜坡或阶梯形搭接,每层错开0.5~1.0m,并注意充分捣实。
(3)人工级配的砂砾石,应先将砂、卵石拌合均匀后,再铺夯压实。
(4)垫层铺设时,严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层,防止被践踏、受冻或受浸泡,降低其强度。
如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层,在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时,可采取挤淤处理。
先在软弱土面上堆填块石、片石等,然后将其压入以置换和挤出软弱土,再做垫层。
(5)垫层应分层铺设,分层历或压实,基坑内预先安好5m×5m网格标桩,控制每层砂垫层的铺设厚度。
每层铺设厚度、砂石最优含水量控制及施工机具、方法的选用参见表7-5。
振夯压要做到交叉重益1/3,防止漏振、漏压。
夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定。
用细砂作垫层材料时,不宜使用振捣法或水撼法,以免产生液化现象。
砂垫层和砂石垫层铺设厚度及施工最优含水量表7-5
捣实方法
每层铺设厚度
(mm)
施工时最优含水量
(%)
施工要点
备注
平振法
200~250
15~20
1.用平板式振捣器往复振捣,往复次数以简易测定密实度合格为准
2.振捣器移动时,每行应搭接三分之一,以防振动面积不搭接
不宜使用干细砂或含泥量较大的砂铺筑砂垫层
插振法
振捣器插入深度
饱和
1.用插入式振捣器
2.插入间距可根据机械振捣大小决定
3.不用插至下卧粘性土层
4.插入振捣完毕,所留的孔洞应用砂填实
5.应有控制地注水和排水
不宜使用干细砂或含泥量较大砂铺筑砂垫层
水撼法
250
饱和
1.注水高度略超过铺设面层
2.用钢叉摇撼捣实,插入点间距100mm左右
3.有控制地注水和排水
4.钢叉分四齿,齿的间距30mm,长300mm,木柄长900mm
湿陷性黄土、膨胀土、细砂地基上不得使用
夯实法
150~200
8~12
1.用木夯或机械夯
2.木夯重40kg,落距400~500mm
3.一夯压半夯,全面夯实
适用于砂石垫层
碾压法
150~350
8~12
6~10t压路机往复碾压;碾压次数以达到要求密实度为准,一般不少于4遍,用振动压实机械,振动3~5min
适用于大面积的砂石垫层,不宜用于地下水位以下的砂垫层
(6)当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时,应加强基坑内及外侧四周的排水工作,防止砂垫层泡水引起砂的流失,保持基坑边坡稳定;或采取降低地下水位措施,使地下水位降低到基坑底500mm以下。
(7)当采用水撼法或插振法施工时,以振捣棒振幅半径的1.75倍为间距(一般为400~500mm)插入振捣,依次振实,以不再冒气泡为准,直至完成;同时应采取措施做到有控制地注水和排水。
垫层接头应重复振捣,插入式振动棒振完所留孔洞应用砂填实;在振动首层的垫层时,不得将振动棒插入原土层或基槽边部,以避免使软土混入砂垫层而降低砂垫层的强度。
(8)垫层铺设完毕,应即进行下道工序施工,严禁小车及人在砂层上面行走,必要时应在垫层上铺板行走。
4.质量控制
(1)施工前应检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度。
(2)施工过程中必须检查分层厚度,分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。
(3)施工结束后,应检查砂及砂石地基的承载力。
(4)砂及砂石地基的质量验收标准如表7-6所示
砂及砂石地基质量检验标准表7-6
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
地基承载力
设计要求
载荷试验或按规定方法
2
配合比
设计要求
检查拌合时的体积比或重量比
3
压实系数
设计要求
现场实测
一般项目
1
砂石料有机质含量
%
≤5
焙烧法
2
砂石料含泥量
%
≤5
水洗法
3
石料粒径
mm
100
筛分法
4
含水量(与最优含水量比较)
%
±2
烘干法
5
分层厚度(与设计要求比较)
mm
±50
水准仪
7-1-1-3粉煤灰地基
粉煤灰是火力发电厂的工业废料,有良好的物理力学性能,用它作为处理软弱土层的换填材料,已在许多地区得到应用。
它具有承载能力和变形模量较大,可利用废料,施工方便、快速,质量易于控制,技术可行,经济效果显著等优点。
可用于作各种软弱土层换填地基的处理,以及作大面积地坪的垫层等。
1.粉煤灰垫层的特性
根据化学分析,粉煤灰中含有大量SiO2、A12O3、Fe2O3(表7-7),有类似火山灰的特性,有一定活性,在压实功能作用下能产生一定的自硬强度。
粉煤灰的化学成分(%)表7-7
项目
编号
SiO2
A12O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
SO3
Na2O
烧失量
1
51.1
27.6
7.8
2.9
1.0
1.2
0.4
0.4
7.1
2
51.4
30.9
7.4
2.8
0.7
0.7
0.4
0.3
4.9
3
52.3
30.9
8.0
2.7
1.1
0.7
0.2
0.3
3.5
注:
1.编号1为国内百多个电厂粉煤灰化学成分的平均值;
2.编号2为上海地区粉煤灰化学成分平均值;
3.编号3为宝钢电厂粉煤灰化学成分。
粉煤灰垫层具有遇水后强度降低的特性,其经验数值是:
对压实系数λc=0.90~0.95的浸水垫层,其容许承载力可采用120~200kPa,可满足软弱下卧层的强度与地基变形要求;当λc>0.90时,可抗地震液化。
2.粉煤灰质量要求
用一般电厂III级以上粉煤灰,含SiO2、A12O3、Fe2O3总量尽量选用高的,颗粒粒径宜0.001~2.0mm,烧失量宜低于12%,含SO3宜小于0.4%,以免对地下金属管道等产生一定的腐蚀性。
粉煤灰中严禁混入植物、生活垃圾及其他有机杂质。
粉煤灰进场,其含水量应控制在±2%范围内。
3.施工工艺方法要点
(1)铺设前,应清除地基土垃圾,排除表面积水,平整场地,并用8t压路机预压两遍,使密实。
(2)垫层应分层铺设与碾压,铺设厚度用机械夯为200~300mm,夯完后厚度为150~200mm;用压路机为300~400mm,压实后为250mm左右。
对小面积墓坑、槽垫层,可用人工分层摊铺,用平板振动器或蛙式打夯机进行振(夯)实,每次振(夯)板应重叠1/2~1/3板,往复压实,由两侧或四侧向中间进行,夯实不少于3遍。
大面积垫层应采用推土机摊铺,先用推土机预压二遍,然后用8t压路机碾压,施工时压轮重叠1/2~1/3轮宽,往复碾压,一般碾压4~6遍。
(3)粉煤灰铺设含水量应控制在最优含水量范围内;如含水量过大时,需摊铺晾干后再碾压。
粉煤灰铺设后,应于当天压完;如压实时含水量过小,呈现松散状态,则应洒水湿润再压实,洒水的水质不得含有油质,pH值应为6~9。
(4)夯实或碾压时,如出现“橡皮土”现象,应暂停止压实,可采取将垫层开槽、翻松、晾晒或换灰等办法处理。
(5)每层铺完经检测合格后,应及时铺筑上层,以防干燥、松散、起尘、污染环境,并应严禁车辆在其上行驶;全部粉煤灰垫层铺设完经验收合格后,应及时进行浇筑混凝土垫层,以防日晒、雨淋破坏。
(6)冬期施工,最低气温不得低于0℃,以免粉煤灰含水冻胀。
4.质量控制
(1)施工前应检查粉煤灰材料,并对基槽清底状况、地质条件予以检验。
(2)施工过程中应检查铺筑厚度、碾压遍数、施工含水量控制、搭接区碾压程度、压实系数等。
(3)施工结束后,应对地基的压实系数进行检查,并做载荷试验。
载荷试验(平板载荷试验或十字板剪切试验)数量,每单位工程不少于3点,3000m2以上工程,每300m2至少一点。
(4)粉煤灰地基质量检验标准如表7-8所示。
粉煤灰地基质量检验标准表7-8
项
序
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
主控项目
1
压实系数
设计要求
现场实测
2
地基承载力
设计要求
按规定方法
一般项目
1
粉煤灰粒径
mm
0.001~2.0
过筛
2
氧化铝及二氧化硅含量
%
≥70
试验室化学分析
3
烧失量
%
≤12
试验室烧结法
4
每层铺筑厚度
mm
±50
水准仪
5
含水量(与最优含水量比较)
%
±2
取样后试验室确定
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