一級建造師市政考試參考道路之地基處理換填

換填法是指挖去地表淺層軟弱土層，回填堅硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實，形成墊層的地基處理方法。2.1墊層分類和適用范圍墊層材料卵石、碎石、礫石、粗砂、中砂素土灰土：灰土比2:8或3:7工業(yè)廢料：粉煤灰，礦渣適用范圍適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等淺層處理。開挖基坑后，利用分層回填夯壓也可處理較深軟弱土層，但換填基坑開挖過深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或邊坡支護；易引起鄰近結(jié)構(gòu)物破壞，且土方量大，費用高，工期長，對環(huán)境影響大，故換填法的處理深度應控制在0.5-3m土工合成材料、聚苯乙烯板塊詳見P19表2-1（注意點）第1頁/共34頁第一頁，共35頁。2.2土的壓實機理因換填法在換填后將土層壓實，從而提高了地基的承載力。為了更好的掌握換填法的機理，首先應了解土的壓實機理。壓實的本質(zhì)土料孔隙率減小，密實度提高W增大，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所以壓實效果較好，直至wop時達到ρdmaxW繼續(xù)增大，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，此時自由水填充在孔隙中，產(chǎn)生了阻止土粒移動的作用，所以壓實效果又趨下降，ρd反而減小。壓實機理何為固結(jié)？W較小時，其粒間引力較大，在一定的外部壓實功能作用下，還不能有效地克服引力而使土粒相對移動，這時壓實效果就比較差。第2頁/共34頁第二頁，共35頁。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.11.最優(yōu)含水量:在一定壓實能量下，使土最容易壓實，并能達到最大干重度的含水量wop，與之相對應的干密度稱為最大干密度ρdmax2.擊實曲線特點：具有峰值：峰值點對應于γdmax和ωop。塑限等于土樣風干時的含水量工程中常按ωop＝ωp±2第3頁/共34頁第三頁，共35頁。擊實筒護筒擊錘導筒試驗所用設備：擊實儀3.測定最佳含水量方法：擊實試驗輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm的土，擊實筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm

重型擊實試驗適用于粒徑小于20mm的土，擊實筒容積為2130cm3，擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm

。分五層擊實，每層56擊。根據(jù)擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應的干密度現(xiàn)場填土的壓實質(zhì)量用下列兩個指標來檢驗：壓實系數(shù)λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%第4頁/共34頁第四頁，共35頁。換土墊層作用（1）提高地基的承載力

（2）減少地基沉降量

（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)

（4）防止凍脹和消除膨脹土地基的脹縮作用軟土墊層2.3墊層設計第5頁/共34頁第五頁，共35頁。不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設計。(1)砂墊層的厚度墊層厚度應滿足：pz—墊層底附加應力設計值；pcz—墊層底面處土自重應力標準值；faz—墊層底面處下臥層土經(jīng)深度修正后的地基承載力的特征值（設計值）。中小型工程，適用于一般飽和、非飽和的軟土和水下黃土地基；不適宜用于濕陷性黃土和大面積堆載、密集基礎和動力基礎的軟基處理，也不適宜于有地下水流速快，流量大的地基處理。（為什么？）墊層的厚度一般不宜大于3m,太厚施工較困難,太薄(<0.5m)則墊層的作用不顯著。2.3.1砂（或砂石、碎石）墊層設計第6頁/共34頁第六頁，共35頁。墊層底附加應力pzpk—基底平均壓力；pc—基礎底面處土的自重應力；θ—墊層的壓力擴散角，宜通過試驗確定，當無試驗資料時可采用下表數(shù)值：Z=0.5-3m條形基礎矩形基礎計算時可先假設一個墊層厚度，然后按前式進行驗算，若不符合要求重新設一個厚度再驗算直至滿足前式第7頁/共34頁第七頁，共35頁。(2)砂墊層的寬度b′—墊層底面寬度，m。注意：墊層頂面寬度宜超出基礎底面每邊不小于300mm，或從墊層底面兩側(cè)向上按開挖基坑的要求放坡。墊層底面寬度應滿足基底面應力擴散要求確定墊層寬度時，除應滿足應力擴散的要求處同，還應考慮墊層應有足夠的寬度及側(cè)面土的強度條件，防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增大墊層的豎向變形量。放坡1：3第8頁/共34頁第八頁，共35頁。(3)砂墊層的承載力確定a.經(jīng)換填墊層處理的地基其承載力宜通過試驗、尤其是通過現(xiàn)場原位試驗（載荷、標貫、觸探）確定。中砂、粗砂、礫砂墊層應控制密實度在中密以上。b.對于按《建筑地基基礎設計規(guī)范》劃分安全等級為三級的建筑物及不太重要、小型、輕型或?qū)Τ两狄蟛桓叩墓こ?，在無試驗資料時可按下表取用承載力特征值。換填材料壓實系數(shù)λc承載力特征值fak/kPa碎石、卵石0.94-0.97200-300砂夾石（碎、卵石占30%-50%）200-250土夾石（碎、卵石占30%-50%）150-200中砂、粗砂、礫砂150-200粘性土和粉土（8<IP<14）130-180灰土0.93-0.95200-250土或灰土0.93-0.95150-200注：壓實系數(shù)小的墊層承載力取低值，反之取高值碾壓或振密重錘施工第9頁/共34頁第九頁，共35頁。(4)沉降計算

墊層地基沉降分二部分:一是墊層的沉降；二是軟弱下臥層的沉降。由于墊層材料模量遠大于下臥層的模量，所以在一般情況下，軟弱下臥層沉降量占整個沉降量的大部分。經(jīng)觀測及大量工程經(jīng)驗表明，經(jīng)換填墊層進行局部處理后，往往由于軟弱下臥層的變形，建筑物地基仍將產(chǎn)生過大的沉降及差異沉降，故應按《地基基礎規(guī)范》中變形計算方法進行建筑物沉降計算，保證地基處理效果及建筑物安全。墊層壓縮模量Es（Mpa)變形模量E0（Mpa)粉煤灰8-20砂20-30碎石、卵石30-50礦渣35-70模量屬于何種方法？注：壓實礦渣的E0/Es可按1.5-3.0取用第10頁/共34頁第十頁，共35頁。2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設計(1)素土、灰土墊層簡介素土墊層（土墊層）灰土墊層（石灰與土體積比2：8，3：7）濕陷性黃土地區(qū)處理厚度1-3m減小地基的總濕陷量(以土治土)素土墊層灰土墊層局部墊層整片墊層分類設置在矩形基礎或條基下，每邊超出基底寬度不小于其厚度一半，用于消除地基部分濕陷量；無法阻水從墊層側(cè)面滲入下部未處理濕陷性土層。設置在整個建筑物的平面范圍內(nèi)，每邊超出基底寬度不小于其厚度，并不得小于2m，用于消除被處理土層的濕陷量，并防止水從墊層上部或側(cè)向滲入下部未處理濕陷性土層。消除濕陷性消除濕陷性，提高承載力和水穩(wěn)性第11頁/共34頁第十一頁，共35頁。(2)局部墊層一般設置在基礎底面下，可消除部分濕陷量，其平面處理范圍每邊超出基底寬度，可按下式計算，并不小于墊層厚度一半：式中：

B為需處理土層底的寬度

b為條基短邊寬度

c為考慮機具影響而增設的附加寬度0.2mθ為基底壓力擴散角，宜為22-30o，用素土時取小值，灰土時取大值(3)整片墊層的處理范圍每邊超出建筑物外墻基礎外緣的寬度，且不應小于墊層厚度，并不小于2m；為什么？灰土硬擴散范圍大請將書P25注釋錯誤改過來第12頁/共34頁第十二頁，共35頁。2.3.3粉煤灰墊層設計(1)粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排放的工業(yè)廢棄物，其排放堆積不僅占用土地資源，對生態(tài)環(huán)境也構(gòu)成了不同程度的危害，但粉煤灰是一種良好的軟土換填材料，可用于加固軟土地基。a.粉煤灰種類按排放系統(tǒng)分：干排灰、濕排灰、調(diào)濕灰按含鈣量分：高鈣灰（CaO≥10%）低鈣灰（CaO<10%）b.粉煤灰換填法適用范圍廠房、機場、港區(qū)陸域和堆場等大面積填筑工程。第13頁/共34頁第十三頁，共35頁。(2)粉煤灰工程特性及其對環(huán)境的影響a.自重輕：可降低下臥層土的壓力，減小沉降因粉煤灰主要由硅鋁等非晶態(tài)玻璃球體組成，結(jié)晶礦物很少，故其ds比粘性土小得多，γ=6-7kN/m3?？蓪⒙返烫钪叨葟脑瓉順O限4.5m提高至8mb.擊實性能好擊實曲線峰值段比天然土具有相對較寬的最優(yōu)含水量區(qū)間。粉煤灰最佳含水量變動幅度為±4%，而土為±2%，使粉煤灰在回填過程中更易達到設計密實度所要求的含水量。c.抗剪強度粉煤灰抗剪強度指標c、φ值可通過直剪試驗或三軸壓縮試驗測定；當無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，c=5-30kPa，φ=23-30o。直剪儀第14頁/共34頁第十四頁，共35頁。d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實功能、密實度和飽和程度有關。當無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，Es=8-20MPae.承載能力粉煤灰墊層經(jīng)壓實后若遇水其強度會降低，當無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時的浸水墊層，其承載力特征值為120-150kPa。f.滲透性因粉煤灰組成為近似砂質(zhì)粉土，故其滲透性較好，但隨著齡期的增加，滲透性逐漸減小。齡期效應：粉煤灰中細顆粒在有水條件下，在常溫下與Ca(OH)2反應，形成具有膠凝性質(zhì)的化合物（火山灰反應），填充孔隙，使其強度和抗?jié)B性得到改善。第15頁/共34頁第十五頁，共35頁。g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下具有較高的抗液化性，比砂質(zhì)粉土強得多。h.對環(huán)境的影響粉煤灰是一種堿性材料，遇水后因堿性可溶物的析出使PH值升高，同時粉煤灰中含有一定的微量有害元素和放射性元素，因此在使用粉煤灰作為換填材料時必須滿足環(huán)境要求。(3)粉煤灰墊層設計不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設計。a.設計第16頁/共34頁第十六頁，共35頁。2.4墊層施工

墊層施工按壓密采用的不同機械和工藝，一般可分為機械碾壓法、重錘夯實法、平板振動法。平碾拖式羊足碾一、機械碾壓法采用壓路機、推土機、平碾、羊足碾或其他碾壓機械在地基表面來回開動，利用自重把墊層或松散地基壓實。2.4.1按密實方法分類適于地下水位以上及非飽和粘性土與雜填土的淺層處理。第17頁/共34頁第十七頁，共35頁。氣胎碾

蛙式夯振動壓實機2振動壓實機1第18頁/共34頁第十八頁，共35頁。墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗指標為填土最大干密度，關鍵在于控制每層的鋪設厚度和最優(yōu)含水量（由室內(nèi)擊實試驗確定）施工機械、鋪填厚度、碾壓遍數(shù)與填筑含水量注：為了將室內(nèi)擊實試驗結(jié)果用于設計和施工，必須研究室內(nèi)擊實試驗與現(xiàn)場碾壓的關系，各施工參數(shù)應由現(xiàn)場試驗確定，在現(xiàn)場應以壓實系數(shù)和施工含水量進行控制。施工機械每層鋪填厚度每層壓實遍數(shù)平碾（8-12t)200-3006-8羊足碾（5-16t)200-3508-16蛙工夯（200kg)200-2503-4振動碾（8-15t)600-13006-8振動壓實機1200-150010沖擊碾壓機700-1200插入式振動器200-500平板式振動器150-250現(xiàn)場碾壓12遍較為合適第19頁/共34頁第十九頁，共35頁。二、重錘夯實法用起重機將夯錘提升到一定高度，然后自由下落，不斷重復夯擊以加固地基。適于地下水位距地表大于0.8的稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。注：1、重錘夯實宜一夯挨一夯的順序進行；2、單獨柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的夯擊順序進行；3、同一基坑底面標高不同時，應先深后淺、逐層夯實；4、累計夯擊10-20次，最后兩擊平均夯沉量，砂土不超過5-10mm，細料土不超過10-20mm；5、現(xiàn)場試驗應確定最少夯擊遍數(shù)、最后平均夯沉量、有效夯實深度（有效夯實深度達1m，可消除1-1.5m厚土層的濕陷性。）第20頁/共34頁第二十頁，共35頁。三、平板振動法使用振動壓實機來處理無粘性土或粘粒含量少，透水性好的松散雜填土地基的方法。振實效果與填土成份、振動時間等因素有關注：1、施工前需試振，得到穩(wěn)定下沉量與時間的關系（建筑垃圾振動時間約在1min以上，細粒填土振動時間約在3-5min，有效振深為1.2-1.5m）2、振實范圍應從基礎邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩側(cè)，后振中間；3、振動合格標準為振動機原地振實不再繼續(xù)下沉，并輔以輕便觸探檢驗其均勻性與影響深度。第21頁/共34頁第二十一頁，共35頁。

砂石是良好的換填材料（以中粗砂為好）。砂墊層含泥量不宜超過5%，也不得含有草根、垃圾等有機質(zhì)雜物。如用作排水固結(jié)砂石材料墊層,含泥量不宜超過3%；并且不應夾有過大的石塊或碎石,因為碎石過大會導致墊層本身的不均勻壓縮,一般要求碎(卵)石最大粒徑不宜大于50mm，對于濕陷性黃土地基不應選用透水性的砂石墊層。采用細砂作為換填材料，應改善材料的級配狀況，應摻入30%-50%的碎石（最大粒徑不超過50mm），當碾壓（或夯、振）功能較大時，亦不宜大于80mm。一、砂（或砂石）墊層2.4.2按墊層材料分類1、材料選用第22頁/共34頁第二十二頁，共35頁。2.施工參數(shù)干密度ρd是砂墊層施工質(zhì)量控制的技術標準。設計要求的ρd為室內(nèi)擊實試驗ρdmax與壓實系數(shù)λc的乘積；無擊實試驗資料時，可把中密狀態(tài)的ρd作為設計要求的干密度：中砂為1.6t/m3；粗砂為1.7t/m3；碎石和卵石為2.0-2.2t/m3。注：1.粉質(zhì)粘土或灰土（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±2%2.粉質(zhì)粘土或灰土（振動碾壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop的-6%~+2%3.粉煤灰（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±4%第23頁/共34頁第二十三頁，共35頁。碾壓法振動法夯實法分層鋪筑

分層壓實c.施工要點砂和砂石墊層采用什么方法和機具對于墊層的質(zhì)量至關重要，除下臥層是高靈敏度的軟土在鋪設第一層時要注意不能采用振動能量大的機具擾動下臥層外，在一般情況下,砂和砂石墊層首選振動法,因為振動比碾壓更能使砂和砂石密實。墊層最優(yōu)含水量可根據(jù)施工方法確定：平板振動器：wop=15%-20%平碾及蛙式夯：wop=8%-12%插入式振動器：宜為飽和的碎石、卵石或礦渣充分灑水濕透分層壓實質(zhì)量應控制機械碾壓速度：平碾：2km/m羊足碾：3km/m振動碾：2km/m振動壓實：0.5km/m第24頁/共34頁第二十四頁，共35頁。二、素土（或灰土、二灰）墊層2.素土墊層土料中有機質(zhì)含量不得超過5%，不得含有凍土、膨脹土，不得夾有磚、瓦和石塊等滲水材料，碎石粒徑不得大于50mm；3.灰土墊層土料宜用粘性土或Ip<4的粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，粒徑不得大于15mm，宜用新鮮的消石灰，石灰粒徑不得大于5mm；4.控制墊層質(zhì)量的壓實系數(shù)λc應符合：當墊層厚度不大于3m時，λc大于等于0.93；當墊層厚度大于3m，λc大于等于0.95；6.分段施工時不得在柱基、墻角及承重間墻下接縫，接縫處應夯壓密實，上下兩層的縫距不得小于500mm，灰土應拌合均勻，應當日鋪填夯壓，壓實后3天內(nèi)不得受水浸泡。5.采用分層填夯（壓）實的施工方法，分層虛鋪厚度見P36表2-12；1.墊層承載力由現(xiàn)場載荷試驗確定，若無試驗資料時，素土墊層不宜超過180kPa，灰土墊層不宜超過250kPa；第25頁/共34頁第二十五頁，共35頁。碾壓法振動法分層鋪筑

分層壓實1.虛鋪厚度和碾壓遍數(shù)應通過現(xiàn)場小型試驗確定，若無試驗資料，可選用鋪筑厚度200-300mm，碾壓后的壓實厚度為150-200mm；施工壓實含水量可控制在wop±4%。2.對小型工程可用人工分層攤鋪，在整平后用平板振動器或蛙式打夯機壓實；對大中型工程可用機械攤鋪，整平后用履帶式機具初壓二遍，再用中、重型壓路機碾壓；碾壓次數(shù)一般為4-6遍。注：3.施工宜當天鋪筑、當天壓實；若壓實時呈松散狀，應灑水后再壓實；若出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象應暫緩壓實，并開槽、翻開晾曬或換灰；4.施工時最低氣溫不低于零度，以免其出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象；5.每一層粉煤灰墊層經(jīng)驗收合格后，方可進行上層施工。粉煤灰的分層施工檢驗標準為壓實系數(shù)0.9-0.95三、粉煤灰墊層第26頁/共34頁第二十六頁，共35頁。a.對粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰和砂石墊層的施工質(zhì)量檢驗可用環(huán)刀法以、標準貫入法以、靜力觸探、輕型觸探試驗檢驗。b.對砂石、礦渣墊層可用重型動力觸探檢驗，并均應通過現(xiàn)場試驗以設計壓實系數(shù)所對應的貫入度為標準檢驗墊層的施工質(zhì)量。注：用貫入儀檢驗墊層質(zhì)量,對于砂墊層可用鋼筋檢驗,鋼筋直徑為20mm的平頭鋼筋,長1.25m,垂直距離砂表面0.7m,自由落下,測量貫入深度，貫入深度以不大于根據(jù)該砂的控制干密度測定的深度為合格。檢驗點間距應小于4m。2.5質(zhì)量檢驗注：環(huán)刀容積不應小于200cm3,徑高比為1：1，取樣前測點表面應刮去30-50mm厚的松砂，環(huán)刀內(nèi)砂樣應不包含尺寸大于10mm的泥團和石子。砂墊層干密度控制標準為：中砂為1.6t/m3；粗砂為1.7t/m3。第27頁/共34頁第二十七頁，共35頁。c.墊層的施工質(zhì)量檢驗必須分層進行，應在每層的壓實系數(shù)符合設計要求后鋪填上層土。d.采用環(huán)刀法檢驗墊層的施工質(zhì)量時，取樣點應位于每層土厚度的2/3深度處。檢驗點數(shù)量，對大基坑每50-100m2不應少于1個檢驗點，對基槽每10-20m不應少于1個點，每個獨立柱基不應少于1個點。采用貫入儀或動力觸探檢驗墊層的施工質(zhì)量時，每分層檢驗點間距應小于4m。e.竣工驗收采用載荷試驗檢驗墊層承載力時，每個單體工程不宜少于3點，對于大型工程則應按單體工程的數(shù)量或工程的面積確定檢驗點數(shù)量。墊層施工完后應滿足