地基處理第三講一、灰土和素土墊層

第二章

換填法處理

第四節其他類地基土中墊層設計要點1．灰土墊層

灰土墊層：是將基礎底面下一定深度范圍內的軟弱土挖去，用一定體積比配合的灰土，在最優含水量情況下分層夯實或壓實。適用于處理1～4m厚的軟弱土層。

灰土原材料：石灰和土。1)灰土墊層及其原材料2)墊層設計(1)承載力特征值的確定。經過人工壓實的(或夯實)的3:7灰土墊層，當其壓實系數λc控制在0.97及干土重度不小于14.5～15.0kN／m3時，其承載力特征值最大可達300kPa。對于2:8的灰土墊層，當壓實系數控制在0.95～0.97及干土重度不小于14.8～15.5kN／m3時，其承載力特征值最大可達300kPa。

(2)墊層厚度的確定。計算方法同砂墊層。(3)墊層寬度的確定。灰土墊層的寬度一般為灰土頂面基礎砌體寬度加2.5倍灰土厚度之和。3)灰土的材料特點及要求(1)石灰石灰是一種無機的(礦物的)膠結材料，它不但能在空氣硬化，而且還能更好地在水中硬化，建筑工程中常用的熟石灰，其原料是石灰石，含碳酸鎂的為白云石。

石灰生產時，將石灰石在煅燒窯內加熱到900℃以上(常達1100～1200℃)，碳酸鈣分解后放出碳酸氣(CO2)而得到氧化鈣(CaO)，即CaCO3→CaO+CO2↑

煅燒后生成的石灰是質地較輕的塊狀物，顏色自白至灰或黃綠色，主要成分為氧化鈣，其次為氧化鎂。

石灰(指生石灰)在使用前，一般用水熟化。生石灰的熟化是碳化作用，同時也是放熱反應，可用下式表示：

CaO+H2O→Ca(OH)2+65.3kJ／mol

生石灰加水后放出熱量，形成蒸氣，同時體積膨脹。當質純及煅燒良好時，其體積可增大1.5~2.0倍。體積增大是由于其相對密度減小(生石灰相對密度3.1，熟石灰相對密度2.1)和質地疏松化為粉末狀所致。

施工現場，用于灰土的熟石灰要求過篩，其粒徑不得大于5mm，且其中不得夾有生石灰塊，也不得含有過多的水分。

石灰的性質取決于其活性物質的含量，CaO與MgO含量越高，活性越大，膠結力越強。常用的熟石灰粉末其質量應符合Ⅲ級以上的標準，CaO+MgO含量不低于50％，如果要拌制強度較高的灰土，宜選用Ⅰ級或Ⅱ級石灰。當活性氧化物CaO+MgO含量不高時，應相應增加石灰用量。

(2)土料

灰土中的土不僅作為填料，而且參與化學反應，尤其是土中的黏粒(d<0.005mm)或膠粒(d<0.002mm)，具有一定活性和膠結性，含量越多，土的塑性指數越高，則灰土的強度越高。在施工現場常采用就地基坑(槽)中挖出的黏性土和粉土(塑性指數Ip>8)拌制灰土。淤泥、耕土、凍土、膨脹土以及有機物含量超過8％的土料，都不得使用。土料應予過篩，其粒徑不得大于15mm。4)石灰用量對灰土強度的影響

灰土中石灰的用量在一定的范圍內時，其強度隨用灰量的增大而提高。但是，當超過一定限值后則強度增加很小，并有逐漸減小的趨勢。例如，1：9的灰土，強度很低，只能改善土的壓實性能；2：8和3：7的灰土，一般作為最佳含灰率，但與石灰的等級有關。通常應以灰土中CaO+MgO所含總量達到8％左右為佳。石灰應以生石灰塊消解(悶透)3~4d后過篩使用。表2-4-1二灰墊層試件的抗壓強度5)二灰土墊層強度特征

用石灰、粉煤灰按適當比例加水拌和，分層夯實的墊層，稱“二灰墊層”。“二灰墊層”與灰土墊層相似，但強度較灰土墊層高，見表2-4-1。

最優含水量比灰土大，干土重度較灰土小。壓實系數在0.94～0.97時，干土重度為9.4～9.7kN／m3，施工最優含水量為50％左右，石灰摻入量以15％～20％為宜。一、灰土和素土墊層2．素土墊層1)墊層厚度的確定1）素土墊層厚度的計算方法同砂墊層。

2）對于處理濕陷性黃土，分兩種情形：

(1)要求完全消除濕陷性時：①對非自重濕陷性黃土，應滿足墊層底部總壓力不大于下臥黃土層的濕陷起始壓力；②對于自重濕陷性黃土，須全部換填(故僅適于厚<5m者)。

(2)要求部分消除時：應根據建筑物的重要性、基礎形式、面積、基底壓力大小及濕陷類型等因素綜合考慮(表2-4-2)2)墊層寬度的確定

(1)

當墊層厚度小于2m時，基礎外沿至墊層邊沿不小于厚度的1／3，且不小于300mm；當墊層厚度大于2m時，可適當加寬且不小于700mm；

(2)

整片素土墊層超出基礎外緣的寬度不得小于1.5m。當墊層厚度大于2m時，宜適當加寬。表2-4-2

消除部分濕陷量的最小處理深度(m)

二、碎石和礦渣墊層1．對碎石墊層材料的要求

采用碎石或礦渣作墊層來處理軟弱地基是目前國內常用的一種地基加固方法。實踐證明，碎石和礦渣有足夠的強度，變形模量大，穩定性好；而且墊層本身還可起排水層的作用，并加速下部軟弱土層的固結。

碎石墊層所用的碎石粒徑，一般為5～40mm的自然級配碎石，含泥量不大于5％。

礦渣是高爐冶煉生鐵過程中所產生的固體廢渣經自然冷卻而成的墊層材料。材料要求：礦石類型不同，來源不同，干渣成分不同，其穩定性、侵蝕性、環境危害、變形模量不同。一般要求質地堅硬，性能穩定，無侵蝕性的礦渣為基本原料，經適當破碎獲得良好做配并要求最大粒徑不超過200mm。松散密度大于1.1g/cm3，泥土－有機質成分≤5%為宜。二、碎石和礦渣墊層2對礦渣墊層材料的要求(1)穩定性

表2-4-2為國內各鋼廠重礦渣化學成分分析。表2-4-2國內各鋼廠重礦渣化學成分

從表2-4-2可看出，重礦渣的主要成分為CaO、SiO2、Ai2O3、MgO和Fe2O3等，其含量大致接近，但寶鋼的成分相對穩定，尤其是CaO含量少于45％，大大減少了裂脹分解的可能性。(2)松散密度根據《混凝土用高爐重礦渣碎石技術條件》(YBJ205—84)的規定，重礦渣的強度可用松散密度指標表示，對分級礦渣松散密度要求不小于1.lt／m3。經測定分析，松散密度與粒徑有關，粒徑小則輕，粒徑大則重。但粒徑較小的礦渣砂(粒徑在0～8mm之間)，其密度可達1.4t／m3。(3)變形模量一般工程中，不論是分級礦渣或混合礦渣，壓實后的變形模量都大于或等于砂、碎石等墊層材料的變形模量。當符合一定的壓實標準的話，壓實后的礦渣墊層(分級或混合)的變形模量E0可達35MPa以上。(4)高爐重礦渣主要力學特點墊層壓程度實符合標準時，荷載與變形關系具有線性變形體的基本特點。如果壓實程度不佳，強度不足，會引起顯著的非線性變形。因此，設計前應首先了解礦渣的組成成分、級配、軟弱顆粒含量和松散密度；其次是根據場地條件和施工現場條件，確定合理的施工方法和選擇各種計算參數。

用于墊層的礦渣的基本技術參數要符合下列規定：穩定性合格；松散密度不小于1.1t／m3；泥土與有機質含量不大于5％。當然，對于一般的場地平整，礦渣質量可不受上述指標的限制。二、碎石和礦渣墊層3．碎石墊層和礦渣墊層的構造要求

為了防止基坑表層軟弱土發生局部破壞而使建筑物基礎產生附加沉降，一般應在碎石和礦渣墊層的底部，設置一層15～30mm(a)(b)圖2.4.1碎石或礦渣墊層：

(a)碎石或礦渣墊層；(b)階梯式碎石或礦渣墊層

1．基礎，2．砂墊層，3．碎石或礦渣墊層，4．砂或混凝土擋

當軟弱土層厚度不同時，墊層應做成階梯形，見圖2.4.1(b)，但兩層墊層的高差不得小于1m，同時階梯寬度需符合b>2h的要求。厚的砂墊層，砂料應采用中、粗砂，然后再鋪筑碎石或礦渣墊層，見圖2.4.1(a)。三粉煤灰墊層1、粉煤灰及其工程特性

1)粉煤灰的概念：是指燃煤電廠排放的工業廢棄物。根據一些地區的工程實踐證明，粉煤灰是一種良好的地基處理材料來源，具有良好的物理力學性能，能滿足工程設計的技術要求。

表2-4-3粉煤灰的化學組成2)工程特性①自重輕：擊實后的干密度0.92～1.5g/cm3(做墊層有利于減輕下臥土層的壓力

減少沉降);②擊實性能好：最優含水量(WOP)變動幅度大于±2%，達±4%的變動幅度，因此，施工中容易控制設計密度所要求的含水量，施工質量易保證)；③抗剪強度：與灰種、壓實系數，齡期長短有關。無試驗資料時：在壓實系λc為0.9～0.95時，Φ=23～30，C=5~30kPa；2)工程特性④壓縮性：與擊實能量、密實度、飽和度有關。無試驗資料時，在壓實系lc=0.9～0.95

時，Es=8～20Mpa；

⑤承載能力：在lC=0.9～0.95

時，允許承載力可采用120～200kPa；⑥滲透性：粉煤灰滲透系數較大，但隨時間推移會逐步降低；

⑦擊實之后的抗液化性好；⑧對環境影響隨時間推移而下降，整體上對環境影響不大。三粉煤灰墊層2、粉煤灰墊層設計1)

厚度與寬度的基本計算方法與砂墊層一樣，粉煤灰墊層的壓力擴散角θ＝22o；2)

粉煤灰的最大干土密度rdmax和最優含水量WOP在設計和施工前應按《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)由室內擊實試驗確定，壓實系數lC一般取0.9～0.95。墊層的碾壓次數，鋪墊厚度以現場試驗為準；3)粉煤灰的內摩擦角φ、黏聚力c、壓縮模量Es及滲透系數k與粉煤灰的材質和壓實密度有關，故應通過室內土工試驗確定。當無試驗資料時，可參照上海地區提出的數值lC＝0.9～0.95時，φ＝23～30o,c＝5~30kPa，Es

＝8~20kPa,k

＝2×10－4~9×10－5cm/s；4)對于lC＝0.9～0.95的浸水墊層，承載力特征值可取120～200kPa,但仍應滿足軟弱下臥層的強度與變形要求。1)

砂墊層施工中的關鍵:

是將砂加密到設計的密實度。加密的方法常用的有振動法(包括平振、插振、夯實)、水撼法和碾壓法等(表2-5-1)。這些方法要求在基坑內分層鋪砂，然后逐層振密或壓實，分層的厚度視振動力的大小而定，一般為15～20cm。每層鋪筑厚度不超過表2-5-1所規定的數值。分層厚度可用樣樁控制。施工時，應將下層的密實度經檢驗合格后，方可進行上層施工。一砂和砂石墊層施工第二章

換填法處理

第五節墊層施工要點表2-5-1砂和砂石墊層每層鋪筑厚度及最優含水量注：在地下水位以下的墊層其最下層的鋪筑厚度可比上表增加50mm

2)

鋪筑前，應先進行驗槽。浮土清除，邊坡必須穩定，防止塌土。基坑(槽)兩側附近如有低于地基的孔洞、溝、井和墓穴，應在未做墊層前加以填實。

3)

開挖基坑鋪設砂墊層時，必須避免擾動下臥軟弱土層的表面。否則，坑底土的結構在施工前就遭到破壞，其強度就會顯著降低，以致在建筑物荷載作用下，將會產生很大的附加沉降。因此，基坑開挖后應及時回填，不應暴露過久或浸水，并防止踐踏坑底。4)

砂、砂石墊層底面宜鋪設在同一標高上。如果深度不同時，基坑地基土面應挖成踏步或斜坡搭接，各分層搭接位置應錯開0.5～1.0m的距離，搭接處應注意搗實，施工應按先深后淺的順序進行。5)

人工級配的砂石墊層，應將砂石拌和均勻后，再進行鋪填搗實。6)

搗實砂石墊層時，應注意不要破壞基坑底面和側面原狀土。尤其是對基坑下靈敏度大的地基土，在墊層最下一層宜先鋪設一層15～20cm的松砂，只用木夯夯實，不得使用振搗器，以免破壞基底土的結構。7)采用細砂作為墊層的填料時，應注意地下水的影響，且不宜使用平振法、振搗法和水撼法。8)水撼法施工時，在基槽兩側設置樣樁，控制鋪砂厚度，每層虛鋪25cm。鋪好后，灌水與砂面齊平，然后用鋼叉插入砂中振搖十幾次，如果砂已沉實，便將鋼叉拔出，在相距10m處重新插入搖撼，直至這一層全部結束，經檢查合格后鋪第二層(不合格時需要再插撼)。每鋪一次、灌水一次進行搖撼，直至設計標高為止。二灰土與素土墊層施工1．灰土墊層施工1)

灰土墊層施工前必須驗槽，如果發現坑(槽)內有局部軟弱土層或孔穴，應挖出后用素土或灰土分層填實。2)

施工時，應將灰土拌和均勻，控制含水量，如果土料水分過多或不足時，應晾干或灑水濕潤。一般可按經驗在現場直接判斷，其方法為，手握灰土成團，兩指輕捏即碎。這時，灰土接近最優含水量。3)

分段施工時，不得在墻腳柱基及承重窗間墻下接縫。上下兩層灰土的接縫位置的水平距離不得小于500mm。接縫處的灰土應夯實。

4)

掌握分層虛鋪厚度，必須按所使用的夯實機具來確定，見表2-5-2。每層灰土夯打遍數應根據設計的干土重度在現場試驗確定。表2-5-2灰土最大虛鋪厚度5)

在地下水位以下的基坑(槽)內施工時，應采取排水措施。夯實后的填土，在3d內不得受水浸泡。6)

灰土墊層筑完后，應及時修建基礎和回填基坑，或做臨時遮蓋，防止日曬雨淋。剛筑完畢或未夯實的灰土如果遭受雨淋浸泡，則應將積水及松軟灰土除去并補填夯實。受浸濕的灰土，應在晾干后再夯至密實。二灰土與素土墊層施工2．素土墊層施工

素土墊層的土料一般以黏性土為宜。填土必須在無水的基坑(槽)中進行。夯(壓)實施工時，應使土的含水量接近最優含水量，最優含水量應通過室內擊實試驗確定，也可以采用最優含水量Wop±2％作為土的施工控制含水量。填土的夯(壓)實應分層進行，每層的虛鋪厚度見表2-5-1。填土夯(壓)實后達到的干土重度可按室內擊實試驗和現場測得的最大干土重度進行控制。表2-5-1砂和砂石墊層每層鋪筑厚度及最優含水量注：在地下水位以下的墊層其最下層的鋪筑厚度可比上表增加50mm三碎石和礦渣墊層施工

1）碎石或礦渣墊層施工，一般是將軟弱土層挖至需要深度，先作砂墊層，用平板式振搗器振實。然后再將碎石或礦渣分層鋪設和壓實。壓實可采用機械碾壓法或平板振動法。大面積施工宜采用機械碾壓法，即采用8～12t的壓路機或拖拉機牽引5t的平碾分層碾壓。每層鋪設厚度為300mm，用人工或推土機推平后，往復碾壓4遍以上。每次碾壓均與前次碾壓輪跡寬度重合一半。碾壓時宜澆水濕潤以利密實2）小面積施工宜采用平板振動器振實，系用功率大于1.5kW、頻率為2000次／min以上的平板振搗器往復振搗，每層鋪設厚度為200~250mm，振搗時間不小于60s，振搗遍數由試驗確定，一般為3～4遍，做到交叉、錯開和重疊。施工時，按鋪設面積大小，以總的振搗時間來控制碎石或礦渣分層搗實的質量。四粉煤灰墊層施工1)

一般可采用分層壓實法。壓實可用壓路機和振動壓路機、平板振動器和蛙式打夯機。機具選用應按工程性質、設計要求和工程地質條件等確定。2)

對過濕的粉煤灰應瀝干裝運，裝運時含水量以15％～25％為宜。底層粉煤灰宜采用較粗的灰(灰渣)，并使含水量稍低于最佳含水量。3)

施工壓實參數(ρdmax，wop)可由室內擊實試驗確定。壓實系數λc一般取0.9～0.95，根據工程性質、施工機具和地質條件等因素確定。4)

要分層碾壓，并設置泄水溝與排水盲溝。虛鋪厚度和碾壓遍數應通過現場小型試驗確定。若無試驗資料時，可選用鋪筑厚度200~300mm，壓實厚度150~200mm。5)小型工程可采用人工分層攤鋪，在整平后用平板振動器或蛙式打夯機進行壓實。施工時需要重疊1／2~1／3板往復壓實，由外圍向中間進行，直至達到設計密度要求。6)

大、中型工程可采用機械攤鋪，整平后用履帶式機具初壓兩遍，然后用中、重型壓路機碾壓。施工時需重疊1／2～1／3輪往復碾壓，后輪必須超過兩施工段的接縫，碾壓4~6遍，直至達到設計密實度的要求。7)

施工時宜當天鋪筑、當天壓實。若壓實時呈松散狀，則應灑水濕潤再壓實。灑水的水質應不含油質，pH＝6～9；若出現“橡皮土”現象，則應暫緩壓實，采取開槽，翻開晾曬或換灰等方法處理。施工壓實含水量可控制在Wop±4％范圍內。施工最低氣溫不低于0℃，以防粉煤灰含水凍脹。8)

每一層粉煤灰墊層經驗收合格后，應及時鋪筑上層或采用封層，以防止干燥松散起塵污染環境，并禁止車輛在其上行駛通行。第二章

換填法處理

第六節質量檢驗

墊層的質量檢驗必須分層進行，以滿足設計要求的最小干密度ρd或壓實系數λc為控制標準。每夯壓完一層，應檢驗該層的最大干密度ρdmax，或平均壓實系數λc，當符合設計要求時，才能鋪筑上層。一般用環刀法或貫入法進行質檢。對碎石、礦渣等粗骨料墊層，也可采用沉陷差值來控制。1環刀法用容積不小于200cm3環刀壓入墊層中取樣，測定其干土密度(或壓實系數)，以不小于填料在中密狀態時的干土密度數值為合格。用環刀法取樣檢驗墊層的質量時，取樣點應位于每層2／3的深度處。

不銹鋼環刀取土鋁合

2．貫入儀或鋼筋貫入測定法

檢查時需要將表面的填料刮去3cm左右，并用貫入儀、鋼叉或鋼筋等以貫入度大小檢查墊層的質量。

鋼筋貫入工具是用直徑為2cm，長度為125cm的平頭鋼筋，落距為70cm，自由下落。鋼叉貫入測定法是用水撼法使用的鋼叉，落距為50cm，自由下落。以上鋼筋和鋼叉的插入深度，可根據砂的控制干土密度預先進行小型試驗確定。用貫入儀或鋼筋貫入檢驗墊層的質量時，檢驗點的間距應小于4m。當取土樣檢驗墊層的質量時，對大基坑每50～100m2應不少于1個檢驗點；對基槽每10～20m應不少于1個檢驗點；每個單獨柱基應不少于1個檢驗點。貫入儀3．墊層的質量要求

1)

砂墊層。要求最小干密度ρdmin≥1.6t／m3。2)

灰土墊層。對于黏土、粉質黏土及粉土要求最小干密度ρdmin分別為l·45t／m3、1.5t／m3及1.55t／m3

。灰土墊層的壓實系數λc

為0.93～0.95。3)

素土墊層。密實度可用壓實系數λc來控制，一般為λc≥0.94。處理濕陷性黃土時也可摻入適量石灰或水泥，控制干密度ρd≥1.6t／m3。

4)

碎石墊層。要求ρdmin≥1.6t／m3。5)

處理膨脹土墊層時。墊層材料可用砂、碎石和灰土等，要求干密度ρdmin≥1.55t／m3

。表2-6-1各種墊層的壓實標準注：l壓實系數λc，為土的控制干密度ρd與最大干密度ρdmax的比值；土的最大干密度宜采用擊實試驗確定，碎百或卵石的最大于密度可取2.0～2.2t/m3；2當采用輕型擊實試驗時，壓實系數。宜取高值，采用重型擊實試驗時，壓實系數。可取低值。①將不滿足建筑物要求的土挖去→逐層填入、逐層壓實成符合建筑物要求的墊層。②關鍵參數：rd-WOP及相應曲線與rdmax·WOP③

墊層設計關鍵：地基厚度、寬度、承載力(沉降量計算)④

要對各類墊層特性有所了解、掌握處理設計參數的確定，施工要點，墊層質量檢驗。注意：在達到目的的前提下，材料要盡可能就地取材，避免舍近求遠。

第二章

換填法處理總結第二章

換填法處理工程實例-用砂墊層處理某單位動力館1．工程概況該動力館為三層磚混結構，縱橫雙向條形基礎。基礎寬度一般為2.4～2.6m，基底埋深-1.3m(設計標高)。建筑物立面圖基礎平、剖面圖見下圖。結構正立面圖(單位cm)基礎平、剖面圖(單位mm)2．工程地質條件建造地點在某大江下游沿岸，原為池塘，面積120m×200m，于1920~1922年間吹填成平地。動力館位于其西南邊緣，吹填土厚度3～4.5m。雖然此吹填土層形成已40余年，且砂性較重，但由于地下水位較高，且塘底淤泥層黏性較重，幾乎不透水，因而土體長期不能排水與固結，土體十分軟弱。土質分層與主要物理力學性質指標見表所示。灰色吹填土層的觸探、靜載荷試驗結果圖所示。土層物理力學性質指標觸探等擊線圖荷載試驗p-s曲線50kPa3．墊層設計