濕陷性黃土基礎(chǔ)處理設(shè)計

1、濕陷性黃土地基處理設(shè)計濕陷性黃土在天然濕度下，其壓縮性較低，強度較高，但遇水侵濕時，土的 強度顯著降低，在飽和土的自重壓力下或在附加壓力和自重壓力共同作用下，往 往具有突然下降的性質(zhì)。工程實踐表明，當(dāng)工業(yè)與民用建（構(gòu)）筑物的地基不處 理或處理不足時，建筑物在使用期間，由于各種原因的漏水或地下水位的上升， 地基濕陷是經(jīng)常發(fā)生的。因此，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，對建筑物的地基需 要采取處理，以改善土的物理力學(xué)性質(zhì)，減少或消除濕陷性黃土地基偶然侵水而 引起的濕陷變形，保證建筑物的安全和正常使用。濕陷性黃土地基處理常用的方法，在國內(nèi)目前常用的方法有以下幾種：（1）、土墊層法；（2）、夯實法；（3）、土

2、（或灰土）擠密樁法；（4）、化學(xué)加固 法；（5）、樁基礎(chǔ)，等等。（A組）M某院綜合樓，長32.7m，寬12.9m，采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬2 m，埋 深1.5m。設(shè)計要求容許承載力為180kPa。該工程擬建場地為II級自重濕陷性黃 土，基底下濕陷性黃土厚度7.5m，濕陷量為38.12cm，壓縮模量Es為3.3MPa， 壓縮系數(shù)a0.10.2為0.6MPa-1，屬高壓縮性土層，十土密度為12.8KN/m3，含 水量w為0.18，天然孔隙比為1.0，天然地基承載力為120 kPa，樁側(cè)摩阻力為 80 kPa。該場地不能滿足工程設(shè)計要求，為消除濕陷性，降低變形量，進(jìn)行地基 處理設(shè)計。解：根據(jù)題設(shè)條件可選

3、用兩種方法：（一）、夯實法（強夯）；（二）、土樁及灰土 樁擠密法。（一）、夯實法（強夯）1、強夯法概述強夯法的加固原理是利用夯錘自由落下產(chǎn)生的沖擊波使地基密實。這種沖擊 引起的振動在土中以波的形式向地下傳播。強夯理論認(rèn)為：壓縮波大部分通過液 相運動，使孔隙水壓力增大，同時使土粒錯位，土體骨架解散，而隨后的剪切波 使土顆粒處于更加密實的狀態(tài)?，F(xiàn)在一般的看法是，地基經(jīng)強夯后，其強度提高過程可分為：夯擊能量轉(zhuǎn)化， 同時伴隨強制壓縮或振密；土體液化或土體結(jié)構(gòu)破壞；排水固結(jié)壓密；觸變恢復(fù) 并伴隨固結(jié)壓密。2、設(shè)計計算強夯參數(shù)包括：有效加固深度、夯錘和落距、單點夯擊能、最佳夯擊能、夯 擊遍數(shù)、相鄰兩次夯擊

4、遍數(shù)的間歇時間、加固范圍和夯點布置等。1、有效加固深度有效加固深度是選擇地基處理的方法的重要依據(jù)，又是反映處理效果的重要參數(shù)，一般可按下列公式估算有效加固深度：H=a、M*h式中:H有效加固深度（本題中有效加固深度為7.5m），m； M錘重，kN； h落距，m； a 系數(shù)，對黃土其值可取0.340.5 （在本題中其值可取為 0.4）。2、夯錘（夯錘的形狀、面積、高度）和落距的取值一般國內(nèi)夯錘可取10-25t,我國至今采用的最大夯錘為40t。本題的夯錘 錘重可取為20t；夯錘的形狀為正方形；面積取值為5.29m2夯錘的高度為0.93m。 所以根據(jù)上述有效加固深度公式計算可知，落距可取18m。3、

5、最佳夯擊能在黏土中，由于孔隙水的壓力消散慢，當(dāng)夯擊能逐漸增大時，孔隙水壓 力亦相應(yīng)的增加，因而在黏性土中，可根據(jù)孔隙水壓力的疊加值來確定最佳夯擊 能。4、夯錘加固范圍強夯和強夯置換處理范圍應(yīng)大于建筑物的基礎(chǔ)范圍，具體的放大范圍， 可根據(jù)建筑物類型和重要性等因素考慮決定。對一般建筑物，每邊超出基礎(chǔ)外緣 的寬度宜為處理深度的1/2-2/3,并不宜小于3m (所以本題的邊緣寬度取為4m)。5、夯擊點的布置及間距本題強夯夯擊點的位置根據(jù)基地平面形狀，采用正方形布置，強夯第一 遍夯擊點間距可取夯錘直徑的2.8倍，可取值為6.5m，第二遍夯擊點位于第一 遍之間，以后各遍夯擊點間距應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臏p少。6、夯擊遍

6、數(shù)的確定夯擊遍數(shù)應(yīng)根據(jù)地基土的性質(zhì)確定，可采用點夯23遍，對于滲透性較 差的細(xì)顆粒土，必要時夯擊遍數(shù)可適當(dāng)增加最后再以低能量滿夯兩遍，滿夯可采 用輕錘或低落距錘多次夯擊，錘印搭接。夯點的夯擊次數(shù)，應(yīng)按現(xiàn)場試夯得到的 夯擊次數(shù)和夯沉量關(guān)系曲線確定，并應(yīng)同時滿足下列條件：、最后兩擊的平均夯沉量不宜大于下列數(shù)值：當(dāng)單擊夯擊能小于4000KNm 時為50mm；當(dāng)單擊夯擊能為40006000KN m時為100mm；當(dāng)單擊夯擊能大于 6000KN - m時為200mm。(2)夯坑周圍地面不應(yīng)發(fā)生過大的隆起。(3)不因夯 坑過深而發(fā)生提錘困難。3、施工工藝強夯法的施工要點包括以下：、試夯施工前，應(yīng)根據(jù)初步確

7、定的強夯參數(shù)，在現(xiàn)場有代表性的場地上進(jìn)行試夯， 并通過測試，與夯前測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢驗強夯效果，以便最后確定工程采用 的各項強夯參數(shù)、平整場地預(yù)先估計強夯后可能產(chǎn)生的平均地面變形，并以此確定夯前地面高程，然后 用推土機平整。同時應(yīng)認(rèn)真查明強夯場地范圍內(nèi)的地下構(gòu)筑物和各種地下管線的 位置及標(biāo)高，盡量避開在其上進(jìn)行強夯施工。、鋪設(shè)層或降低地下水位遇到地表為細(xì)粒土，且地下水位高的情況，有時需要在表層鋪設(shè)0.22m 左右厚的松散性材料或人工降低地下水位，以使地表形成硬層，可以支承起重設(shè) 備，確保機械通行和施工。、強夯施工其加固順序位先深后淺，即先加固深層土，再加固中層土，最后加固表層土。 根據(jù)此加固

8、順序，在最后一遍夯擊完成后，用推土機將夯坑填平。4、施工設(shè)計圖：根據(jù)理正巖土軟件計算可知，其設(shè)計圖如下所示分別為平面圖和剖面圖，見下圖所示（二） 土樁及灰土樁擠密法1、土樁及灰土樁擠密法概述土樁及灰土樁擠密法是利用成孔時的側(cè)向擠壓作用，使樁間土得以擠密： 隨后將樁孔用素土或灰土分層夯填密實，前者稱為土樁擠密法，后者稱為灰土樁 擠密法，其共同點是對土的側(cè)向深層擠密加固。土樁或灰土樁擠密地基均屬于人 工復(fù)合地基，其上部荷載由樁體和樁間擠密土共同承擔(dān)。土樁和灰土樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土或雜填土地 基。處理深度宜為515m。當(dāng)以消除地基土濕陷性為主要目的時，宜選用土樁 法，當(dāng)以提

9、高地基的承載力為主要目的時，宜選用灰土樁法（本題采用土樁）。2、土樁加固原理在濕陷性黃土地區(qū)多采用土樁擠密法。土樁擠密地基是由素土夯填的土樁和 樁間擠密土體組合而成。樁孔內(nèi)夯填的土料多為就近挖運的黃土類土，其土質(zhì)及 夯實的標(biāo)準(zhǔn)于樁間擠密土基本一致，因此它們的物理力學(xué)性質(zhì)也無明顯的差異。 很顯然，土樁擠密法的加固作用主要是增加土的密實度，降低土中孔隙率，從而 達(dá)到消除地基濕陷性和提高水穩(wěn)定性的工程效果。土樁是一種柔性樁，不但樁孔 部分夯填土要承受上部荷載，擠密后的樁間土也將分擔(dān)很大一部分荷載。其主要 特點是不需大挖大填，土方量少。3、設(shè)計計算土樁擠密法處理地基時的面積，應(yīng)大于基礎(chǔ)或建筑物底層平面

10、的面積，并 應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)采用局部處理時，超出基礎(chǔ)底面的寬度：對非自重濕陷性黃土、雜填土和 素填土等地基，每邊不應(yīng)小于基地寬度的0.25倍，并不應(yīng)小于0.50m；對自重 濕陷性黃土地基，每邊不應(yīng)小于基底寬度的0.75倍，并不應(yīng)小于1.00m （本題 工程擬建場地為II級自重濕陷性黃土，超出基礎(chǔ)底面的寬度為1.5m）。（1）、樁孔直徑的確定樁孔直徑宜為300450mm，并可根據(jù)所選用的成孔設(shè)備或成孔方法確定牌 題的樁孔直徑確定為350mm）。（2）、樁徑和排距樁孔宜按三角形布置，樁孔間的中心距離，可為樁孔直徑的2.02.5倍， 也可按下式估算：S = 0.95 日：_門.？由 max _頃P

11、d max頊?zhǔn)街校簊 樁孔之間的中心距離，m； d 樁孔直徑，m；P, 樁間土的最大干密度，t/m3 ; Pd地基處理前土的平均干密度，t/m3 ; n 一樁土經(jīng)過成孔擠密后的平均擠密系數(shù)，對重要的工程不宜小于 0.93，對一般工程不應(yīng)小于0.90。樁間土的平均擠密系數(shù)n按下式確定：n =-Pd式中：p 在成孔擠密CcP d maxd 1深度內(nèi)，樁間土的平均十密度（t/m3 ），平均試樣不應(yīng)少于6組。（本題的樁孔設(shè)計按三角形布置，樁孔間中心距可取為0.84m）。A（3）、樁孔數(shù)量可按下式估算：n =Ae式中：n 樁孔的數(shù)量；A 擬處理地基的面積（廿）；1根土或灰土擠密樁所承擔(dān)的處理地基面積（廿

12、），即a1根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑（m）；e樁孔按等邊三角形布置：d = 1.05 s ；樁孔按正方形布置： d = 1.13 s。根據(jù)題設(shè)條件可求得：擬處理地基的面積A=182.4m2； d =0.88m； A =0.61m2 所以可以求得布置樁孔的數(shù)量：n=A/ A =182.4/0.61=300根.、 一 、n（4）、樁孔深度擠密樁孔深度主要取決于濕陷性黃土層的厚度、性質(zhì)以及成孔機械的性能。 最小不得小于3m，因為深度過小使用土樁擠密不經(jīng)濟(jì)。我國目前生產(chǎn)的成孔機 械能達(dá)到的最大深度是15m，但隨著我國建筑機械性能的進(jìn)步和施工工藝的改 善，成孔深度還可以增加（本題的樁孔深度可取值

13、為8m）。4、施工工藝擠密土樁的施工程序位樁孔定位、樁孔成型、樁孔回填夯實。（1）、樁孔定位樁孔定位要求偏差不超過5cm?？捎眯∧緲痘虼咒摻畲蛉胪林?0cm，拔出后 在孔內(nèi)澆少許石灰水即可。（2）、樁孔成型樁孔成型是影響擠密樁地基工程質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵，也是問題多、操作困難的 一道工序。造孔的方法由沉管成孔法、爆擴成孔法和沖擊擠密成孔法，本題不再 贅述。（3）樁孔回填夯實使用錘擊沉管成孔法于樁孔造成之后，需將打樁機移走，并將土樁夯實機 就位在樁孔上，夯實錘對準(zhǔn)樁孔。然后將含水量適中的拌合均勻并過篩的涂料， 按要求依量填入樁孔中，夯實之后土樁即筑成。5、施工設(shè)計圖：根據(jù)理正巖土軟件計算可知，其設(shè)計圖

14、如下所示分別為平面圖和剖面圖，見下圖所示總結(jié)：根據(jù)以上兩個方案對比可知，采用第二個方案“土樁及灰土樁擠密法”較為合理(B組)1、某場地面積約100X58廿，采用條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)寬1.5 m,埋深2.0m。 該場地土自上而下為：新近堆積黃土狀亞粘土(Q42A1+P1), Y =16.4KN/m3, y 尸3.4 KN/m3, e 為 1.03, wL=33.2、如果砂石樁處理地基發(fā)生變形，則按規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行計算。 施工 砂石樁機包括樁基架、樁管及樁尖、提升設(shè)備、擠密裝置、上料設(shè)備及監(jiān)測 裝置等部分。施工前應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行成樁試驗，以此檢驗設(shè)計要求和確定施工工藝 及施工控制要求，包括砂石量、提升速度、

15、擠壓時間等。 以擠密樁為主的砂石樁施工時，應(yīng)間隔進(jìn)行，并宜由外側(cè)向中間推進(jìn)。對%, WpT8%, aoLyO.OgWMPa-1,。s 為0.0320.056, 皂m，屬高壓縮、高濕陷性黃土。黃土狀亞粘土(Q41ai+p1), y =17.6KN/m3, y d=14.5 KN/m3, e 為 0.856, wL=32.10%, wp=19.70%, 6 s 為 0.10.20,厚4.5m,屬中壓縮性、具濕陷性黃土。黃土狀亞粘土(Q3ai+p1), y =18.8KN/m3, y d=14.7 KN/m3, e 為 0.76, wL=24.90%, wp=16.20%, 6 s 為 0.002,

16、 厚4.5m。要求容許承載力RN200KN/m2，消除全部濕陷性6尸0.015；干容重 y dN16 KN/m3，該場地不能滿足工程設(shè)計要求，為消除濕陷性，降低變形量， 進(jìn)行地基處理設(shè)計。、如果砂石樁處理地基發(fā)生變形，則按規(guī)范中的規(guī)定進(jìn)行計算。施工砂石樁機包括樁基架、樁管及樁尖、提升設(shè)備、擠密裝置、上料設(shè)備及監(jiān)測裝置等部分。施工前應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行成樁試驗，以此檢驗設(shè)計要求和確定施工工藝及施工控制要求，包括砂石量、提升速度、擠壓時間等。以擠密樁為主的砂石樁施工時，應(yīng)間隔進(jìn)行，并宜由外側(cè)向中間推進(jìn)。對解答方案如下所述：砂石樁法1、概述碎石樁、砂樁和砂石樁總稱為砂石樁，它是指利用振動或沖擊形式，在軟 弱

17、的地基成孔后，填入砂、礫石、卵石、碎石等材料并將其擠入土中，形成較大 直徑的砂石體而構(gòu)成的密實樁體。砂石樁可用于處理松散砂土、粉土、粘性土、 素填土及雜填土地基，該方法處理可液化地基是很有效的。其工作機理主要靠樁 的擠密和施工中的振動作用使樁周圍土的密實度增大，從而使地基的承載力提 高，壓縮性降低。2、設(shè)計計算該方法的設(shè)計內(nèi)容包括以下幾個方面：、樁的平面布置。采用正方形。、樁直徑的大小。采用500mm。、砂石樁的間距。對粘性土地基砂石樁長寬間距采用0.6m。、砂石樁的長度。主要取決于需加固處理的軟土層的厚度，根據(jù)地基的 穩(wěn)定和變形驗算確定為1.5m。、砂石樁處理范圍應(yīng)大于基底范圍，處理寬度在基

18、礎(chǔ)外緣擴大2排樁。、砂石樁孔內(nèi)填料量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定，估算時按設(shè)計樁孔體積乘以 充盈系數(shù)確定。、樁體材料可用碎石、卵石、圓礫、粗砂、中砂以及石屑等硬質(zhì)材料， 含泥量不得大于5%,最大粒徑不宜大于50mm。、砂石頂部鋪設(shè)一層厚度為450mm的砂石墊層。、砂石樁復(fù)合地基的承載力特征值，通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定為 256.6kPa。粘性土地基，砂石樁主要起置換作用，為了保證設(shè)計的置換率，宜從中間向外圍 或隔排施工。在既有建筑附近施工時，為了減少對臨近既有建筑物的振動影響， 應(yīng)背離建筑物方向進(jìn)行。4、施工設(shè)計圖：根據(jù)理正巖土軟件計算可知，其設(shè)計圖如下所示分別為平面圖和剖面圖，見下圖所示（二）水泥

19、土攪拌法1、概述我國地域廣大，有各種成因的軟土層，其分布范圍廣、土層厚度大。這類軟土的 特點是含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、滲透性差、沉降穩(wěn)定時間長。水泥土 攪拌法是利用水泥、石灰等材料做為固化劑，用過特制的攪拌機械，在地基深處 就地將軟土和固化劑強制攪拌，利用固化劑和土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反 應(yīng)，時軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土，進(jìn)而提高地 基土強度和增大變形模量。水泥土攪拌樁一般用于增加軟土地基的承載力，減少沉降量。建筑地基處 理技術(shù)規(guī)范中規(guī)定如下：（1）水泥土攪拌法分為深層攪拌法和粉體噴攪法。水泥土攪拌樁適用于正 常固結(jié)的淤泥質(zhì)土、粉土、飽和黃土、素填土、粘

20、性土以及無流動地下水的飽和 松散砂土地基等。當(dāng)?shù)鼗恋奶烊缓啃∮?0%、大于70%或地下水的pH 值小于4時不宜采用十法。冬期施工時，應(yīng)注意負(fù)溫對處理效果的影響。2、設(shè)計計算水泥土攪拌法的設(shè)計內(nèi)容包括以下幾個方面：（一）加固形式的選擇豎向承載攪拌樁的平面布置可根據(jù)建筑物的上部結(jié)構(gòu)特點及對地基承載力 和變形的要求，采用柱狀、壁狀、塊狀等加固形式。（根據(jù)題設(shè)條件，本題則選 擇柱狀加固，樁的布置形式為三角形布樁）（二）樁經(jīng)以及樁間距和樁長選擇樁長應(yīng)根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對承載力和變形的要求確定，水泥土攪拌樁應(yīng)盡可能 穿透軟弱土層，到達(dá)承載力相對較高的持力層，盡量避免在深厚軟土層中采用“懸 浮”樁型。一般情況下，濕法的加固深度不宜大于20m，干法的加固深度不宜大 于15m，樁徑不宜小于500mm。（根據(jù)題設(shè)條件，本體則選用濕法加固，樁經(jīng)為 600mm，樁長為 14.5m，樁間距水平為 0.80m 豎向間距為 0.64m）（三）單樁豎向承載力特征值計算初步設(shè)計時可按下式估算Ra =n fcu Ap式中：f 與攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件cu下90d齡期的立方體抗壓強度平均值（號）;門樁身強度折減系數(shù)，濕法取0.30；U 樁的周長（m）； n樁長范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)