湿陷性黄土及地基处理.doc

湿陷性黄土及地基处理湿陷性黄土及地基处理前言：一、 湿陷性黄土及地基处理課程的重要性及意义1.湿陷性黄土的概念：由于黄土颗粒表面含有可溶盐，同时其结构具有肉眼可见的近乎铅直的小管孔、在雨水及地表水的浸湿下可溶盐溶解，从而使小土颗粒向大孔隙中滑移，导致地面沉陷，具有这种性质的土称为湿陷性黄土；2.湿陷性黄土对工程的影响：建筑物开裂、突然下陷、突然失稳等；1)建筑工程的安全和使用要求;强度（C、）、变形（下沉过大）；2)地基处理的重要性：增加强度、减少变形。二、 学习本课程的目的通过该课程的学习使同学们掌握湿陷性黄土的设计与施工基本知识及地基处理的方法、技巧等三、 本课程的学习方法1.课堂教学：采用多媒体教学与板面教学相结合的方法进行；2.参读关于湿陷性黄土及地基处理、软弱土地基处理等方面的资料；第一章：黄土的分布、成因、分类第一节：黄土的分布一、 分布范围世界各大洲均有黄土分布，各大洲黄土覆盖面积占其总面积的比例分别为：欧洲7、北美5、南美10、亚洲3。中国黄土主要分布在黄河流域，比较集中的是黄河中游，如山西西部，陕西及甘肃大部分地区内黄土最为发育，地层齐全，厚度大，分布广而连续，除这一区域外，在河北、山东、内蒙、辽宁、吉林、青海、新疆、宁夏南部也有黄土分布，但发育程度均显次之。二、 中国黄土分布的特点1、黄土基本分布在我国北方各省及自治区，南部大致以昆仑山、祁连山、秦岭为界，向东延至泰山和鲁山以北地区。2、黄土分布地区气侯干燥，降水量少，蒸发量大，属于干旱和半干旱地区，与世界上其它黄土地区的气侯条件相似。黄土分布地区年降水量多为250500mm,年降水量小于250mm的地区，则黄土较少，而代之的是沙漠和戈壁；年降水量大于750mm的地区基本上没有黄土分布。3、黄土的分布地区的北面与沙漠和戈壁相连，自北而南，戈壁沙漠黄土三者逐渐过渡，东西向呈条带状排列。近沙漠地区黄土颗粒成分较粗，向南逐渐变细。4、黄土分布呈东西走向的带状横贯我国北方，这是受我国北方山脉地理气侯条件的控制而造成的。三、黄土主要分布在黄河中游，地层全、厚度大，这就是黄土地区地下建筑在这一地区得到进一步发展的客观原因。四、黄土的分布厚度黄土是典型的大陆性更新世沉积物，黄土厚度最大可达300米。第二节黄土的年代、成因黄土沉积于第四纪更新世，并延续到全新世，至今仍有黄沉积。黄土最早年代距今有240万年。黄土的成因问题仍在探讨和争论，有风说、水说及多成因说。而一般认为风成为主。其依据如下：1、从黄土的分布特征和颗粒的粗细变化来看，我国黄土与沙漠和戈壁三者是自南而北逐渐过渡的，而且呈东西带状排列，黄河中游地区黄土颗粒由东南至西北逐渐由细变粗，这种变化可以说明黄土是由风力搬运而来。2、从这一区域中的高山与低地均有黄土分布的情况，可以得知黄土是风成的，除风力搬运外，其它成因是不好解释的。3、黄土厚度具有坡向性迎风面厚度大。4、随着地面的起伏而起伏，只有风说可以解释。5、物质成份与当地的岩石无关。6、土层中的化石为干草原型动物。7、构造无层理。第二节 黄土的分类及其特征一、黄土的分类;从有无湿陷性来分:湿陷性黄土（自重湿陷湿陷性黄土、非自重湿陷湿陷性黄土）非湿陷性黄土二、特征:湿陷湿性黄土遇水湿陷，非湿陷性黄土遇水不湿陷；自重湿陷性黄土在自重作用下遇水湿陷，非自重湿陷性黄土在无荷载作用下遇水不湿陷第二章 湿陷湿黄土地基评价第一节黄土湿陷的原因与主要影响因素内因：黄土内有肉眼可见的大孔隙；黄土颗粒表面含有可溶盐外因：水浸入可溶盐溶解影响因素：天然空隙比与天然含水量。天然空隙比大，湿陷性强；天然含水量高，湿陷性低。第二节 黄土湿陷性的判定黄土的湿陷性判定多用室内侧限压缩试验所得的湿陷系数来判定，试验方法基本同一般土，所不同的是在规定压力作用下并压缩稳定后开始浸水，计算土样在浸水前后并压缩稳定后的高度或孔隙比，求出湿陷系数，用来判定黄土是否具有湿陷性，黄土的湿陷系数按下式计算: 或：其中：、分别是保持天然含水量和结构的土样，在侧限条件下加压到规定压力P（KPa）时，压缩稳定后的高度（cm）和孔隙比；分别是上述加压稳定后的土样，在浸水作用下压缩稳定后的高度(cm)和孔隙比；分别是土样的原始高度(cm)和原始孔隙比；当时，定为非湿陷性黄土；当时，定为湿陷性黄土。实验温室湿陷系数的垂直压力，自基础底面（初步勘察时，自地面下1.5米）算起，10米以内的土层压力用200Kpa;10米以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力（当大于300Kpa时，仍用300KPa）。当基底压力大于300Kpa时，宜按实际压力测定的湿陷系数来判定黄土的湿陷性。湿陷性黄土按湿陷系数的大小分为三类：时，称为弱湿陷性（洛阳）；当的称为中等湿陷性（太原）；当时，称为强湿陷性（兰州）。第三节 湿陷性黄土场地的自重湿陷性场地的湿陷类型按自重湿陷量或计算自重湿陷量来判定自重湿陷量7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；自重湿陷量7cm时，应定为自重湿陷湿黄土场地。自重湿陷量：式中：第i层土在上覆土的饱合自重压力下的自重湿陷系数其中：保持天然湿度和结构的第i个土样，加压至土的饱合自重压力时，下沉稳定后的高度。 上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度。第i个土样的原始高度。第i层土的厚度（cm）；因地区而异的土质修正系数。查规范。第四节湿陷性黄土地基的湿陷等级1黄土地基总湿陷量式中：第i层土的湿陷系数；第i层土的厚度；考虑地基土的侧向挤出的浸水机会等因素的修正系数（见规范）。2湿陷黄土的计算厚度总湿陷量自基础底面以下算起，在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下5米（或压缩层）深度为止；在自重湿陷性黄土场地，对一、二类建筑应穿过湿陷性土层，累计至非湿陷性土层顶面；对三、四类建筑当基底下的湿陷性土层厚度大于10米时，累计深度按当地经验确定。3黄土地基的湿陷等级湿陷计算 类型自重湿陷量 总湿陷量（cm）非自重湿陷性场地自重湿陷性场地一级（轻微）二级（中等）二级（中等）二或三级三级（严重）三级（严重）四级（很严重）第五节黄土的湿陷起始压力湿陷性黄土受压浸水后，开始出现湿陷现象时的压力称湿陷起始压力Psh（KPa）。也就是说，如果用在湿陷性黄土地基上的压力小于这个湿陷起始压力，地基即使浸水，也不会发生湿陷。一、黄土湿陷起始压力的测定方法湿陷起始压力采用载荷浸水试验中PS浸的第一拐点。二、影响湿陷起始压力的因素1、粘粒含量的影响：粘粒含量多，湿陷起始压力大。2、孔隙比的影响:孔隙比大，湿陷起始压力小。3、天然含水量大的影响：天然含水量高，湿陷起始压力大。4、埋深大，湿陷起始压力大。第六节含水量变化对湿陷性黄土地基工程特性的影响a)湿陷性黄土湿陷后，其性质与湿陷前截然不同；b)湿陷性黄土浸水饱合后，已没有湿陷性；c)低含水量的湿陷性黄土强度高；d)最佳含水量的湿陷性黄土在用于回填土时，不具备湿陷性的特点；否则，压实到最大密实度也具有湿陷性。第七节湿陷起始含水量湿陷性黄土在载荷或土自重压力作用下，受水浸湿时开始出现湿陷现象时的最低含水量。第八节地下水位上升对湿陷性黄土地基的影响一、地下水位上升的原因；1年降水量的影响；2蓄水池的涌水作用和渗漏；3地表径流的改变和用水量的增加；4灌溉渠道的渗漏二、地下水位上升所引起的地基湿陷变形；三、地下水位上升引起二次湿陷问题（由于气候的影响湿陷反复进行）；四、地下水位上升造成建筑物的开裂；五、地下水位上升的预测1生活、生产用水的排放，场地平整、迳流，排泄条件的变化，建筑工程中的地下结构的阻水作用等；2水源、水网、灌溉等六、 地下水位上升的防治1)防止水进入地基；2)采用桩基；3)采用灰土垫层，改变土的水理性质；4)建筑单元不宜过长；5)建筑体型应力求简单；6)不同高度的建筑物应分开成独立单元。第三章 湿陷性黄土地基上建筑分类及设计措施第一节湿隐性黄土地基上场址选择与总平面设计一场址选择宜符合下列要求：1.具有排水畅通或利于组织场地排水的地形条件；2.避开洪水威胁的地段；3.避开不良地质现象发育和地下坑穴集中的地段；4.避开新建水库等可能引起地下水位上升的地段；5.避免将重要建设项目，布置在佷严重的湿陷性场地或厚度大的新近堆积黄土，高压缩性的饱和黄土地段；6.避开由于建设可能引起工程地质条件恶化的地段。二总平面的设计，应符合下列要求：1合理规划场地，做好竖向设计，保证场地，道路和铁路等地表排水畅通；2建筑范围内，地基的压缩性和湿陷性变化不宜过大；3主要建筑宜布置在湿陷等级低的地段；4在山前斜坡地带，建筑物宜沿等高线布置，填方厚度不宜过大。5水池类构筑物和有湿润生产过程的厂房等，宜布置在地下水流向的下游地段或地形较低处。6山前地带的建筑场地，应整平成若干单独的台阶，并应符合下列要求： 台阶应具有稳定性； 避免雨水沿边破排泄； 用陡槽沿边坡排泄雨水时，应保证使雨水由边坡底部沿排水沟平缓地流出，陡槽的结构应保证在暴雨时土不受冲刷。 在建筑物周围6m内平整场地，当为填方时，应分层圧实，其压实系数不得小于0.90；当为挖方时，对自重湿陷性黄土场地，表面压实后，宜设置150300厚的灰土面层，其压实系数不得小于093。防护范围内的雨水明沟，不得渗漏水。在自重湿陷性黄土场地，宜设混凝土雨水明沟，防护范围外的雨水明沟，宜做防水处理，沟底下均应设灰土垫层。建筑场地平整后的坡度，在建筑物周围六米以内，不宜小于0.02，当为不透水地面时，可适当减少；在建筑物周围六米以外，不宜小于0.005。当采用雨水明沟或路面排水时，其纵向坡度不宜小于0.005。7、排水构造物与建筑物之间的防护距离埋地管道、排水沟、雨水明沟和水池等与建筑物之间的防护距离不宜小于规范规定。对建筑物防护距离宜自外墙轴线算起，对管道、排水沟宜自其外壁算起。甲类建筑物与新水沟之间的距离，在非自重湿陷性黄土场地不得小于12米，在自重湿陷性黄土场地不得小于湿陷性土层的3倍，并不应小于25米。8、建筑物处于下列情况之一时，应采取措施使雨水畅通排除：邻近构造物、露天吊车、堆场或其它露天作业场地等；邻近有铁路通过时；建筑物平面为封闭或半封闭的场地。第二节湿陷性黄土地基上建筑设计措施一、建筑设计应符合下列要求：1、建筑物的体型与纵墙的布置，应有利于加强其空间刚度，并具有适应或抵抗湿陷变形的能力。多层砌体民用建筑，体型应简单，长高比不应大于3。2、妥善处理建筑物的雨水排水系统，多层民用建筑的室内地坪，宜高出室外地坪45cm;3、用水设施宜集中设置，缩短地下管线和远距离主要承重基础，其管道宜明装。二、单层和多层民用建筑的屋面，宜采用外排水。当采用有组织排水时，宜选用然耐用的水落管，其未端距离散水面不应大于30cm，并不应设置在沉降缝处。集水面积大的外水落管，应接入专设的雨水明沟或管道。三、建筑物的周围必须做散水，其坡度不得小于0.05，散水外缘应略高于平整后的场地，散水的宽度应按下列规定采用：1、当屋面为无组织排水时，檐口高度在8米以下宜为1.5米，8米以上每增高4米宜增宽25cm，但宽度不宜大于2.5米。2、当屋面为有组织排水时，在非自重湿陷性黄土场地不得小于1米，在自重湿陷性黄土场地，宜为1.5米。3、水池的散水的宽度为13米，散水的外缘超出池底边缘不应小于20cm,喷水池等的回水坡或散水的宽度宜为35米。4、高层建筑结构的散水的宽度宜超出基底边缘1米，并不应小于5米。四、散水应采用现浇混凝土。其垫层应设置15cm厚的灰土或30cm厚的素土，垫层外缘应超出散水的和建筑物外墙基底外缘50cm。散水宜每隔610米设置一条伸缩缝。散水与外墙交接处和散水的伸缩缝，应用柔性防水材料填封。沿散水外缘不宜设置雨水明沟。五、经常受水浸湿或可能积水的地面，应严密不渗漏，并按防水地面设计。对采用严格防水措施的建筑，其防水地面应设行之有效的防水层。地面坡向集水点的坡度不得小于0.01。地面与墙、柱、设备基础等交接处应做翻边。地面下应做3050cm厚的灰土垫层。六、排水沟的材料和做法，应根据湿陷类型、湿陷等级和使用要求等选定，并应设置灰土垫层，防护范围内的排水沟，宜采用钢筋混凝土，但在非自重湿陷性黄土场地，室内小型排水沟可采用混凝土，并应做防水面层。对采用严格防水措施的建筑，其排水沟应增设卷材防水层或其它有效的防水层。七、对基础梁底下预留日空隙，应采取有效措施防止地面水浸入地基。对地下室的采光井，应做好防、排水设施。第三节湿陷性黄土地基上结构的设计措施一、当地基不处理或仅消除地基的部分湿陷量时，结构设计应根据地基湿陷量等级或地基处理后的剩余湿陷量、建筑物的不均匀沉降、倾斜和构件脱离支座等不利情况，采取下列结构措施：1、选择适宜的结构体系和基础型式；2、加强结构的整体性与空间刚度；3、预留适应沉降的净空。二、当建筑物的体型复杂时，宜用沉降缝将建筑物分成若干个体型简单，并具有较大空间刚度独立的单元。砌体结构建筑物的沉降缝处，宜设置双墙。三、高层建筑的设计，宜选用轻质高强材料；宜调整上部荷载和基础宽度，使地基应力均匀分布；宜加强上部结构的刚度和基础刚度。四、对一、二、三类建筑，基础的埋深不应小于1米。五、建筑物的基础或墙，当有地下管道或管沟时，应预留洞孔。洞顶与管沟及管道顶间的净空高度，对消除地基的全部湿陷量的建筑物不宜小于20cm；对消除地基的部分湿陷量和未处理地基的建筑物不宜小于30cm。洞边与管沟外壁必须脱离。洞边与承重墙转角处外缘的距离不宜小于1m，当不能满足时，可用钢筋混凝土框加强。洞底距基础底不应小于洞宽的1/2，并不宜小于40cm,当不能满足时，应局部加深基础或在洞底设置钢筋混凝土梁。六、砌体结构建筑的钢筋混凝土圈梁，应按下列规定设置：1二、三类中的多层建筑，当地基处理后的剩余湿陷量分别大于20cm,30cm时，均应在基础内、屋面檐口处和第一层楼盖处设置钢筋混凝土梁圈，其它各层宜隔层设置；当地基处理后的剩余湿陷量分别大于20cm,30cm时，在基础内除设置钢筋混凝土圈梁外，并应每层设置钢筋混凝土圈梁。2在二、三、四级湿陷性黄土地基上的四类建筑，应在基础内和屋面檐口处设置混凝土配筋带，或设置钢筋混凝土圈梁。3采用严格防水措施的多层建筑，应每层设置钢筋混凝土圈梁。4.各层圈梁均应设在外墙、内纵墙和对整体刚度起重要作用的内横墙上，并应在同一标高处闭合，否则应采取加强措施。七、砌体结构的窗间墙宽度，在承受主梁处或开间轴线处，不变小于主梁或开间轴线间距的1/3，并不应小于1米，在其它承重墙处，不应小于0.6米。门窗洞边至建筑物转角处的距离不应小于1米，当不能满足上述要求时，应在洞孔周边采用钢筋混凝土框加强，或在转角及轴线处加构造桩。多层砌体结构的建筑，不得采用空斗和无钢筋砌体过梁。八、当砌体结构建筑的门窗洞孔或其它洞孔的宽度大于1米，且地基未经处理或未消除地基的全部湿陷量时，应采用钢筋混凝土过梁。九、厂房内吊车上的净空高度：对消除地基的全部湿陷量建筑，不宜小于20cm;对消除地基的部分湿陷量或未经处理地基的建筑，不宜小于30cm。吊车梁应设置成简支梁。吊车梁与吊车轨之间应采用能调整的连接方式。十、预制钢筋混凝土梁的支承长度，在砖墙、砖柱上不宜小于24cm，预制钢筋混凝土板的支承长度，在砖墙上不宜小于10cm。第五节湿陷性黄土地基设计措施的选择原则：1消除内因：消除大孔隙；2消除外因：采取必要的防水措施和控制基底压力在湿陷性黄土地基设计时，应按照建筑物的重要性和地基对沉降的敏感程度、地基被水浸湿的可能性、地基土的湿陷类型和湿陷等级、土的变形和强度、地下水可能的变化情况、当地建筑经验和施工条件等因素综合考虑分析，区别对待，合理采用地基处理、防水措施和结构措施等任何一种或多种措施，以保证建筑安全。一、建筑物的设计措施：1地基处理措施：1)消除地基的全部湿陷量，或采用桩基、深基等穿透全部湿陷性黄土层；2)消除地基的部分湿陷量。2防水措施：1)基本防水措施：在建筑物布置、场地排水、屋面排水、地面防水、散水、排水沟等方面防止雨水或生产、生活用水的渗漏，并提高管道材料和接口的标准。2)检漏防水措施：在基本防水措施的基础上，对防护范围内的地下管道增设检渗漏管沟和检漏井。3)严格防水措施：在检漏防止措施的基础上，对防水地面、排水沟、检漏管沟和检漏井等设施提高设计标准。3结构措施：减少建筑物的不均匀沉降，或使结构适应地基的变形。二、选择设计措施的一般原则：各类建筑物在采取设计措施时，应根据堪察报告提供的场地湿陷类型、地基湿陷等级及地基承载力的情况，并结合当地建筑经验和施工条件等因素综合考虑确定。1、一级建筑物，要求全部消除地基土的湿陷性或穿透全部湿陷性土层；2、二级建筑物，消除地基土的部分湿陷量，最小处理厚度对非自重和自重湿陷性黄土场地，均不应小于压缩层厚度的2/3，自重湿陷性黄土地基还应控制未处理土层的剩余湿陷量不大于20cm,如基础宽度大或湿陷性土层厚度大，处理2/3压缩层或湿陷性性土层厚度确有困难时，在建筑物范围内应采取整片处理，其处理厚度，非自重湿陷性黄土场地不应小于4m,自重湿陷性黄土场地不应小于6m。同时采取防水措施和结构措施。地基处理后的剩余湿陷量小于20cm时在，应采取检漏或基本防水措施；当大于20cm时，对非自重湿陷性黄土场地应采取检漏防水措施，对自重湿陷性黄土场地，应采取严格防水措施。3、三级建筑物，对于一级湿陷性黄土地基，可不做处理，但应采取结构和基本防水措施。对于二、三、四级湿陷性黄土地基，应消除地基土的部分湿陷量，消除部分湿陷量的最小处理厚度满足规范要求。并应采取结构和防水措施。地基处理后的土层的剩余湿陷量不大于30cm时,应采取基本防水措施或检漏防水措施；当大于30cm时，应采取检漏防水措施或严格防水措施。4、四级建筑物，对于各级湿陷性黄土地基一律不用处理，当在一级湿陷性黄土地基上，应采取基本防水措施，在二级湿陷性黄土地基上，应采取基本防水措施和结构措施，在三、四级湿陷性黄土地基上，应采取结构措施和检漏防水措施。三、对各类建筑物采取设计时，还要求按下列情况确定：1、当地基土的总湿陷量不大于5cm时对各类建筑物均可按非湿陷性黄土地基进行设计。2、当基底下各土层的湿陷系数小于0.03时，对二类建筑地基可不做处理，但应采取结构和检漏防水措施。3、在湿陷性黄土层很厚的场地上，当一类建筑物采取措施消除地基的全部湿陷量或穿透全部湿陷性土层有困难时，应采取专门措施。4、当场地内的湿陷性黄土层较薄、湿陷系数较大或湿陷性性土层分布很不均，而且下伏基岩埋深不大，起伏较大时，如经济合理，对二级建筑物和三、四级湿陷性黄土地基上的三类建筑，可采取措施消除地基的全部湿陷量或穿透全部湿陷性土层。5、对承受较大荷载的重要设备基础，应与建筑物采取相同的的地基处理措施和防水措施。6、在非自重湿陷性黄土场地上，当地基内各土层的湿陷起始压力（不考虑基础埋深和宽度修正）均大于其附加压力与上覆土的饱和自重压力之和时，各类建筑物可按非湿陷性黄土进行地基设计。7、在非自重湿陷性黄土场地上，建筑物使用期间，当地下水有可能上升到地基压缩层以内时，宜采取下列措施：1）建筑体型力求简单，平面避免转折，或分成若干简单的单元；2）多层砌体结构应有较大刚度，其长高比不大于3.0；3）同一单元内，各基础的荷载、形式、尺寸和埋深应尽量接近；门厅与主体之间应有效措施，减少差异沉降；第四章 黄土地基计算同土力学与地基基础，不在讲述第五章 地基处理第一节:概述一、地基处理（地基加固）：对天然地基中的不良地基进行人工处理的过程。二、建筑物的不良地基问题：1、强度及稳定性问题：在荷载作用下，地基土抗剪强度不足，使地基土产生局部或整体破坏；2、不均匀沉降、沉降、水平位移问题：在荷载作用下，地基产生变形，使建筑物产生过大的沉降、水平位移、不均匀沉降等，从而影响建筑物的正常使用。如建筑荷载过大及土体的强度不足，湿陷性黄土地基的遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀、失水收缩等。3、渗流问题：地基的渗流量或水力比降超过其允许值时，会发生较大的水量损失，或因潜蚀和管涌使地基失稳而导致建筑物破坏。三、地基处理的目的：解决上述不良地基问题四、不良地基：软粘土、杂填土、冲填土、饱和土、湿陷性黄土、泥炭土、膨胀土、多年冻土、盐渍土、岩溶、山洞、山区地基及垃圾掩埋土地基等。五、地基处理方法分类及其适用范围（见下表）纠倾黄土浸水迫降法利用黄土浸水湿陷原理使沉降小的一侧黄土浸水产生沉降达到目的因黄土地基局部浸水造成不均匀沉降导致的工程事故顶升纠倾法通过在墙体中设置顶升梁，用千斤顶顶升整栋建筑物，不仅可以调整不均匀沉降，并可整体顶升至设计标高各类不良地基断桩纠倾法在桩基础建筑工程中出现倾斜时，利用断掉沉降量小的一边部分桩基础，使应力重新分配，从而达到纠倾的目的桩基础工程应力解除纠倾法在建筑物沉降量小的一边，利用洛阳铲陶土，解除其部分应力，从而增大其沉降量各类不良地基综合纠倾法将加固地基与纠倾结合，或将几种方法综合应用。各类不良地基第二节换填法一、换填法的原理及适用范围换填法是将基础底面以下不太深的一定范围内、性能稳定、的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高具有抗侵蚀性的砂、石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。经过换填法处理的地基或垫层，可以把上部荷载扩散传至下面的下卧层，以满足上部建筑所需的地基承载力和减少沉降量的需求。当垫层下面有较软弱土层时，也可以加速软弱土层的排水固结和强度的提高。换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗沟等浅层地基处理和低洼区域的填筑。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理；用于膨胀土地基可消除地基上的胀缩地基上的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不均以及岩溶与土洞等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和冻胀损坏等。当采用换填法进行地基处理时，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和量级、场地工程地质资料及环境条件并结合施工机械设备与当地材料来源等进行综合分析、合理进行换填设计，选择换填材料和相应的施工方法。二、表层原位压实法地基浅层处理的最简易方法是表层加固。当需要处理的地基软弱土位于表层，厚度不大，或上部荷载较小时，采用表层压实法，可以取得较好的技术经济效果。地基表层压实法一般常应用于道路、堆场等，有时也可适用于轻型建筑物。表层原位压实法根据不同的施工机械设备和工艺一般可分为碾压法、振动压实法及重锤夯实法。碾压法：是用压路机、堆土机、平碾或其它碾压机械在地表来回开动,利用机械自重把松散土地基压实加固。这种方法常用于地下水位以上大面积填土的压实以及一般非饱和粘性土和杂填土地基的浅层处理。原位分层填土压密一般不需要其它建筑材料，但需较好的土料和土源场地。有时也可适量添加石灰、水泥、碎砖、碎石等，以提高地基强度。碾压法施工时应根据压实机械的压实能量、控制碾压土的含水量符合最优百分比，选用适当的碾压分层厚度和碾压的遍数。对于一般粘性土，通常用t的平碾或t的羊足碾，每层铺土厚度30cm左右，碾压812遍。对于饱和粘性土进行表层压实，要考虑适当的排水措施以加快土体的固结。对于淤泥及淤泥质土，一般应挖除或者结合碾压进行挤淤充填，先在土面上堆土、块石、片石等，然后用机械压入以置换和挤出淤泥，堆积碾压分层进行，直到把淤泥全部挤出，置换完毕为止。碾压法对表层地基加固的深度一般可达23cm。碾压的质量标准，以分层压实系数的干重度和含水量来控制，如控制干重度为，最大干重度主为（由试验确定），则与的比值称为压实系数，压实系数和现场含水量的控制符合下表规定。一般粘性土经表层压实处理，其地基承载力可达/。填土地基质量控制值(Wy:填土的最优含水量)结构类型填土部位压实系数控制含水量（）砖石承重结构和框架结构在地基主要受力层范围内0.96Wy2在地基主要受力层范围以下0.930.96简支结构和排架结构在地基主要受力层范围内0.940.97Wy2在地基主要受力层范围以下0.910.93杂填土的碾压,可先将建筑范围的设计加固深度内的杂填土挖出,开挖平面从基础纵向放出3米左右,横向放出1.5米左右,然后将坑底碾压23遍,再将原土分层回填碾压,每层土虚铺厚度30cm左右。由于杂填土的性质比较复杂，碾压后的地基承载力差别较大，根据一些地区的经验，用12t压路机碾压后的杂填土地基，承载力约为00120KN/m2。振动压实法振动压实法是用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散土的地基处理方法。三、换土垫层法1、换土垫层的原理：在冲刷较小的软土地基上，地基的承载力和变形达不到基础设计要求，且当软土层不太厚(如不超过3m)时，可采用较经济、简便的换土垫层法进行浅层处理。即将软土部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，这种地基处理方法称为换填垫层法。垫层处治应达到增加地基持力层承载力，防止地基浅层剪切变形的目的。换填的材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具有强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好的工程特性。当软土层部分换填时，地基便由垫层及(软弱)下卧层组成如图64所示，足够厚度的垫层置换可能被剪切破坏的软土层，以使垫层底部的软弱下卧层满足承载力的要求，而达到加固地基的目的。按垫层回填材料的不同，可分别称为砂垫层、碎石垫层等。换填垫层法设计的主要指标是垫层厚度和宽度，一般可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方法进行设计。2垫层的作用及适应范围当建筑物的地基为软弱土或湿陷土、膨胀土、冻胀土时，不能满足上部结构对地基强度和变形的要求，而软弱土层的厚度又不很大，可采用换填法处理。与其他方法相比，用换填法能取得良好的处理效果和经济效益。该方法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘的浅层处理。换土垫层法就是把建筑基底下一定深度的软弱土层预先挖除（如果软弱土层较薄时，则将其全部挖除），然后回填土料、分层压实，作为建筑物基础的持力层。垫层的主要作用有两点，一是提高了持力层的强度，同时将建筑物的基底压力扩散到地基中去，使垫层以下软弱地基的应力减少到许可承载力范围以内，从而满足稳定性要求；二是代替了承受应力最大的软弱地基以后，可以减少地基的沉降量，在路堤或土坎工程中，砂垫层还可提高排水固结速度，防止季节性冻土的冻胀，消除膨胀土地基的胀缩性及湿陷性土层的湿陷性。3 垫层的土料垫层要由合适的土进行填筑，其本身必须具有足够的强度、厚度和宽度才能充分发挥作用。土料可选用黏性土、砾类土、砾石、碎石、石碴、矿渣、灰土、细砂卵砾石，不选粉细砂、轻亚黏土，如果采用砂料作垫层，尚需满足抗震要求。垫层土料需按常规做土工试验。对于黏性土来说，要通过试验得出干密度与最优含水量，黏聚力及内摩擦角的关系；对于砂土来说，要做相对密度试验，从而为设计和施工控制提供依据。根据换填材料的不同，将垫层分为砂石（砂砾、碎卵石）垫层、土垫层（素土、灰土、二灰土垫层）粉煤灰垫层、矿渣垫层、加筋砂石垫层等。4垫层厚度及宽度设计垫层厚度和宽度设计根据下卧土层承载力确定,符合下式且满足基础底面压力扩散(压力扩散角取30) 。Pcz + Pz fak式中: Pcz 垫层底面处土的自重应力; ( MPa)碾Pz 垫层底面处土的附加应力。由此确定垫层厚度z及宽度b见图所示。图垫层设计示意图5、砂垫层的设计计算 (一)砂垫层厚度的确定 砂垫层厚度计算实质上是软弱下卧层顶面承载力的验算，计算方法有多种。 一种方法是按弹性理论的土中应力分布公式计算。即将砂垫层及下卧土层视为一均质半无限弹性体，在基底附加应力作用下，计算不同深度的各点土中附加应力并加上土的自重应力，同时以第二章所介绍的“规范”方法计算地基土层随深度变化的容许承载力，并以此确定砂垫层的设计厚度，如图所示。也可将加固后地基视为上层坚硬、下层软弱的双层地基，用弹性力学公式计算。另一种是我国目前常用的近似按应力扩散角进行计算的方法。即认为砂垫层以“”角向下扩散基底附加压力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的土中附加压应力与土中自重应力之和不超过该处下卧层顶面地基深度修正后的容许承载力，即：式中： (kPa)为下卧层顶面处地基的容许承载力，通常只进行下卧层顶面深度修正，而压应力的大小与基底附加压力、垫层厚度、材料重等有关。若考虑平面为矩形的基础，在基底平均附加应力作用下，基底下土中附加压应力按扩散角通过砂垫层向下扩散到软弱下卧层顶面，并假定此处产生的压应力平面呈梯形分布(图13-5)(在空间呈六面体形状分布)，根据力的平衡条件可得到：则该处下卧层顶面的附加压应力h为：式中：l基础的长度(m)；b基础的宽度(m)； 砂垫层的厚度(m)； 基底处的附加应力(kPa)； 砂垫层的压应力扩散角，一般取350。450。，根据垫层材料选用。 砂垫层及应力分布 砂垫层应力扩散图砂垫层底面下的下卧层同时还受到垫层及基坑回填土的重力，所以式中：、砂垫层、回填土的重度(kNm3)，水下时按浮重度计算， h基坑回填土厚度(m)。由式可得到砂垫层所需厚hs。hs一般不宜小于lm或超过3m，垫层过薄，作用不明显，过厚需挖深坑，费工耗料，经济、技术上往往不合理。当地基土软且厚或基底压力较大时，应考虑其它加固方案。(二)砂垫层平面尺寸的确定 砂垫层底平面尺寸应为：其中L、B分别为砂垫层底平面的长及宽，一般情况砂垫层顶面尺寸按此确定，以防止承受荷载后垫层向两侧软土挤动。 (三)基础最终沉降量的计算 砂垫层上基础的最终沉降量是由垫层本身的压缩量Ss与软弱下卧层的沉降量Sl所组成，由于砂垫层压缩模量比较弱下卧层大得多，其压缩量小且在施工阶段基本完成，实际可以忽略不计。需要时Ss也可按下式求得：式中：Es砂垫层的压缩模量，可由实测确定，一般为1224 kPa： 砂垫层内的平均压应力。 Sl可用有土力学的有关方法进行计算。S的计算值应符合建筑物容许沉降量的要求，否则应加厚垫层或考虑其它加固方案。6垫层施工要点（1）垫层施工中的关键是要使用填料土达到设计的密实度。密实度的方法常用的有振动法、水撼法、碾压法等。这些方法要求控制一定的含水量，逐层振密或压实，并应在下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。（2）垫层的砂料必须具有良好的压实性，砂料的不均匀系数不能小于设计值，以中粗砂为宜，容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。（3）开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏坑底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底，当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫层，以免碎石挤入土中。（4）垫层质量控制的主要指标是干密度。黏性土、灰土、砂土采用环刀取土测其干密度，以使测试数据准确，对砂土垫层应加做相对密度试验，垫层检测结果应符合设计要求。对于碎石、砾石等大骨料垫层，在施工时按设计要求可用碾压遍数或振实时间来控制密度。四、挤淤置换法1、原理及适用范围依靠换填材料的自重及借助于其他外力诸如：压载、振动、爆破、强夯或卸荷（即及时挖除换填体周边的淤泥）等，使软弱层遭到破坏后被强制挤出而进行的换填处理。换填的宽度、深度及换填材料，可根据计算确定。但换填深度除考虑沉降和滑移稳定外，还应置换到使地基承载力大于换填体荷载所需的深度至较好的持力层。强制挤淤换填，往往不可能把软弱层完全挤出，对于换填后地基的沉降必须有所考虑。挤淤置换地基适用于厚度在10米以内的流动性大，基本无硬壳层的大面积流塑状淤泥地基处理。2施工方法1）堆载法；2）振动挤淤；3）强夯挤淤；4）爆破挤淤；5）卸荷挤淤。第三节 第四节：预压排水固结原理饱和软粘土地基在荷载作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙体积慢慢地减小，地基发生固结变形。同时，随着超静孔隙水压力逐渐消散，有效应力逐渐提高，地基土的强度逐渐增长。现以图13-6为例，可说明排水固结法使地基土密实、强化的原理。在如图13-6a中，当土样的天然有效固结压力为。时，孔隙比为e。，在e曲线上相应为a点，当压力增加，固结终了时孔隙比减少，相应点为c点，曲线为压缩曲线，与此同时，抗剪强度与固结压力成比例地由a点提高到c点，说明土体在受压固结时，与孔隙比减小产生压缩的同时，抗剪强度也得到提高。如从c点卸除压力，则土样发生回弹，图13-6a中cef为卸荷回弹曲线，如从f点再加压，土样再压缩将沿虚线到c，其相 图13-6 室内压缩试验说明排水固结法原理应的强度包线，如图13-l5b所示。从再压缩曲线fgc可 a) e-曲线 b) -曲线看出，固结压力同样增加而孔隙比减小值为，比小的多。这说明如在建筑场地上先加一个和上部结构相同的压力进行加载预压使土层固结，然后卸除荷载，再施工建筑物，可以使地基沉降减少，如进行超载预压(预压荷载大于建筑物荷载)效果将更好，但预压荷载不应大于地基土的容许承载力。排水固结法加固软土地基是一种比较成熟、应用广泛的方法，它主要解决沉降和稳定问题一、砂井堆载预压法软粘土渗透系数很低，为了缩短加载预压后排水固结的历时，对较厚的软土层，常在地基中设置排水通道，使土中孔隙较快排出水。可在软粘土中设置一系列的竖向排水通道(砂井、袋装砂井或塑料排水板)，在软土顶层设置横向排水砂垫层如图13-7所示，借此缩短排水途程，增加排水通道，改善地基渗透性能。（一） 砂井地基的设计砂井地基的设计主要包括选择适当的砂井直径、间距、深度、排列方式、布置范围以及形成砂井排水系统所需的材料、砂垫层厚度等，以使地基在堆载预压过程中，在预期的时间内，达到所需要的固结度（通常定为80%）。1