1、毕业论文- 1 -毕业论文- 2 -湿陷性黄土地基的处理方法前 言湿陷性黄土是我国一种主要的、分布较为广泛的区域性土，它主要分部于我国黄土高原上。湿陷性黄土是第四纪的一种沉积物，它以粉土颗粒为主，富含碳酸盐，具有大孔隙和垂直节理，以黄色为基本色调，具有湿陷性，故称为湿陷性黄土。湿陷性黄土的最大特点是：在土的自重压力或土的附加压力与自重压力共同作用下，受水浸湿时将产生大量而急剧的附加下沉，这种现象称为湿陷，它与自重湿陷性黄土一般土受水浸湿时所表现的压缩性稍有增加的现象不同。由于各地区黄土形成时的自然条件差异较大，因此其湿陷性也有较大差别，有些湿陷性黄土受水浸湿后的土的自重压力下就产生湿陷，而另一
2、些黄土受水浸湿后只有在土的自重压力和附加压力共同作用下产生湿陷。前者称为自重湿陷性黄土，后者称为非自重湿陷性黄土，一般将黄土开始湿陷时的相应压力称为湿陷起始压力，可看作黄土受水浸湿后的结构强度。当湿陷性黄土实际所受压力等于或大于土的湿陷起始压力时，土就开始产生湿陷。反之，如小于这一压力，则黄土只产生压缩变形，而不发生湿陷变形。湿陷变形不同于压缩变形，通常压缩变形在荷载施加后立即产生，随着时间的增长而逐渐趋向稳定。对于大多数湿陷性黄土地基来说， （不包括饱和黄土和新近堆积的黄土） ，压缩变形在施工期间就能完成一大部分，竣工后三个月到半年即基本趋于稳定。而湿陷变形的特点是：变形量大，常常超过正常压
3、缩变形的几倍甚至几十倍；发生快，一般在浸水 1-3 小时就开始湿陷。就一般的湿陷事故而言，往往在 1-2 天内就可能产生 20-30cm 的变形量，这种量大、速率快而又不均匀的变形往往使建筑物发生严重变形甚至破坏。而湿陷的出现完全取决于受水浸湿的机率，有的建筑物在施工期间即产生湿陷事故，而有的则在几年甚至几十年后才出现湿陷事故。湿陷性黄土湿陷变形的主要指标：湿陷系数，湿陷的起始压力和湿陷的起始含水量，其中以湿陷系数最为重要。湿陷系数是单位厚度土样在土自重压力或自重压力与附加压力共同作用下浸水所产生的湿陷量。它的大小反映了黄土对水的敏感程度，湿陷系数越大，表示土受水浸湿后的湿陷量越大，因而毕业论
4、文- 3 -对建筑物的危害越大，反之，则小。1 换填垫层法1.1 概述 随着人们对建筑物使用要求的发展和建筑技术的进步，重型工业建筑、多层、高层超高层民用和高速公路以及公共建筑日趋增多，且建筑物的荷载越来越大，当天然地基已不能满足支承上部荷载和控制建筑物变形时，必须对地基进行加固，也就是把建筑物支承在经过人工处理的地基上，这种地基称为人工地基。人工地基从处理深度上可分为浅层处理和深层处理。一般认为地基浅层处理的范围大致在地面以下 5m 深度以内。地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料，以下所介绍的换填垫层法就是量大面广，简单、快速和经济的处理方法。1
5、.2 加固原理 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法。该法是将基础底面以下一定深度范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的填料分层填充，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。垫层可以选用的填料有砂石（包括碎石、卵石、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质） 、粉质粘土（用于湿陷性黄土的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块） 、灰土（土料宜用粉质粘土，石
6、灰用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于 5，体积配合比宜为 2：8 或3：7） 、粉煤灰、矿渣（指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣）、其他工业废渣（要求质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害） 、土工合成材料等。经该方法处理过的人工地基或垫层，可以把上部荷载扩散到下面的下卧层，以满足上部建筑所需要的地基承载力和减少沉降量的要求。当垫层下面有较软土层时，也可以加速软弱土层的排水固结和强度的提高。此法用于湿陷毕业论文- 4 -性黄土地基可以消除地基的湿陷性。1.3 设计计算垫层的设计不但要求满足建筑物对地基变形及稳定性的要求，而且也应符合经济合理的原则。垫层设计的主要内容是确定断面的合理
7、厚度和宽度。(1) 垫层厚度的确定垫层厚度一般根据垫层底面处土的自重应力和附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的允许承载力。其表达式如下： zcazpf式中 相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值p（kPa） ；垫层底面处土的自重压力值（kPa） ；cz垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa） ；af垫层底面处的附加压力值可按下式计算：条形基础 ()2kczbptg矩形基础 ()()kczltzt式中 矩形基础或条形基础底面的宽度（m） ；b 矩形基础底面的长度（m） ；l 相应与荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值kp（kPa） ； 基础地面处土的自重压力值（kPa
8、） ；cz 基础底面下垫层的厚度（m） ； 垫层压力扩散角（） 宜通过试验确定，当无试验资料时，可按表 1.1 采用。表 1.1毕业论文- 5 -z/b 换填材料中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土，粉煤灰灰土0.25 20 60.50 30 2328注：1 当 z/b0.25，除灰土取 28外，其余材料均取 0，必要时，宜由试验确定；2 当 0.25z/b0.5 时， 值可内插求得。（二） 垫层宽度的确定垫层的宽度应满足基础地面应力扩散的要求，可按下式计算或根据当地经验确定： 2bztg式中 垫层底面宽度（m） ；压力扩散角，可按表 1.1 采用；当 z/b0.25
9、时，仍按表中当 z/b0.25 取值整片垫层时的宽度可根据施工的要求适当加宽。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开挖基坑经验的要求放坡。1.4 施工工艺垫层施工应根据不同的换填料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可用蛙式夯、柴油夯。砂石等宜用振动碾。粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯。矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。其施工要点如下：（1） 垫层施工中关键是将填料加密到设计要求的密实度。（2） 铺筑前，应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土。（3） 开挖基坑铺设垫层时，必须必须避免扰动软弱土层的
10、表面，否则坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度会显著降低，以致在建筑物荷重的作用下，将产生很大的附加沉降。因此，基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏基坑。（4） 垫层底面应铺设在同一标高。毕业论文- 6 -（5） 捣实垫层时，应注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度。2 重锤表层夯实法2.1 概述我国于 20 世纪 5060 年代中期,在西北、华北等地区,广泛采用重锤表层夯实法处理湿陷性黄土地基,建造了大量的工业与民用建筑物,许多工程实例说明,经重锤表层夯实处理的地基,没有发生严重湿陷事故,轻微湿陷事故也罕见。例如: (1)河北保定某厂,地基采用重锤表层夯实后,在使用期间,建筑物
11、地基曾经受洪水浸泡,没有发生湿陷事故; (2)河南三门峡印染厂的漂染车间,生产大量用水,地面直接受水浸湿,该车间地基属于受水浸湿可能性大,湿陷性黄土层厚度为14m,按基础下5m计算的分级湿陷量为27. 9cm,地基采用重锤表层夯实,消除湿陷性的土层厚度为1. 75m,该车间于1965年建成投产以来,地基未发生湿陷事故,建筑物沉降最大值为5cm,一般为13cm,使用正常。2.2 加固原理重锤表层夯实是在基坑内的基础底面标高以下待夯实的天然土层上进行的。它与土垫层法相比，可少挖土方工程量，而且不需要回填，其夯实土层与土垫层的作用基本相同。 重锤表层夯实加固原理是将 1830KN 的重锤提高到 45
12、m 后自由落下，并如此重复夯打，使土的密度增大，土的物理力学性质改善，以减少或消除地基的变形。在重锤夯实区域附近有建筑物以及正在进行砌筑工程或浇筑混凝土时，应注意防止建筑物、砌体和混凝土因受振动而产生裂缝，应采取适当的措施。2.3 设计计算 （一）确定基坑底面以上预留土层的厚度 1eShk式中 在有效夯实深度内地基土夯实前的平均孔隙比；在有效夯实深度内地基土夯实后的平均孔隙比，一般为夯e毕业论文- 7 -实前的 5565；有效夯实深度，m；h经验系数，一般为 1.52.0。k（二）确定基坑底面宽度采用重锤表层夯实地基时，确定基坑底面的宽度，除应考虑基底应力扩散宽度外，同时还应考虑施工特点，防止
13、基坑底面因夯实宽度不足，使地基土产生侧向挤出而降低处理的效果。为此，基坑底面的夯实宽度可按下式确定： 0.82BbhC式中 基坑底面的夯实宽度，m；基坑底面的宽度，m；有效夯实深度，一般为 1.21.75m；h考虑靠近坑壁边角处不便夯打而增设的附加宽度，一般为C0.10.15m。（三）含水量的控制地基土的含水量是影响夯实质量的重要因素。在最优含水量下进行夯打，土粒间的阻力较小，颗粒易于滑动，能量可以有效的向纵深方向传递，下部土层较易夯实。因此，每平方米基坑的加水量可按下式计算： 10()OPQhk式中 每平方米基坑的加水量， ；3m土的最优含水量，以小数计OP夯实前地基土的平均天然含水量，以小
14、数计；夯实前地基土的平均天然容重， 。 3/KN其它符号同前。2.4 施工工艺2.4.1 机械设备重锤表层夯实的主要机械设备有重锤和起重机械（包括钢丝绳、吊钩等） 。毕业论文- 8 -夯锤可用金属制作或在现场用C30钢筋混凝土预制。为了使夯锤落下时保持平稳和垂直,锤的重心应尽量接近锤底,锤底面积宜为圆形。地基夯实的质量除与锤的质量、落距、锤底面积及其静压力有外,同时还与地基土的含水量关系密切。工程实践表明,含水量小于10% ,土呈坚硬状态 ,表层土容易夯松,深部土层不易夯实,有效夯实厚度小:土的含水量太大,夯击时呈软塑状态,容易出现“橡皮土”;处于或接近最优含水量的土,夯击时土粒间阻力较小,土
15、颗粒易于互相挤密,夯击能量向纵深方向传递,在相应的夯击次数下,夯击总下沉量和有效夯实厚度均大。夯锤质量、落距、锤底面积、锤底静压力等参数以及夯击次数及夯实效果均可在现场通过试夯确定，也可根据土性指标和设计所要求的有效夯实厚度确定。起重机械根据当地条件可采用履带式起重机、打桩机、装有摩擦绞车的挖土机等。也可以采用自治桅杆式起重机或龙门架。各种起重机械的上举高度要大于所要求的落距，其中能力一般大于锤重的 3 倍。在大面积范围内进行夯实时，使用全回转起重夯实效果较好。2.4.2 试夯在重锤表层夯实正式施工前，一般应在建筑地段附近先进行试夯，以查明表层夯实的效果，选定夯锤质量、底面直径和落距，确定最后
16、下沉量以及相应的最小夯击遍数和总下沉量。试夯点数量应根据场地土的性质决定。若土基本均匀，试夯工作可只在一处进行，否则，应在不同地段分别进行。3 强夯法3.1 概述重锤夯实是一种古老的深层加固土的方法，它可以追溯到 1936 年首次由普洛克提出的击实原理，1957 年英格兰的道路研究室第一次将这一技术应用到土的深层压实上。直至 20 世纪 70 年代初，在法国梅纳公司的开创下，强夯法这种深层动力夯实技术才真正用于土的加固实践中。强夯处理技术广泛应用于碎石、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、杂填土、素填土等地基。对于饱和度较高的黏土和淤泥质地基通过辅以置换等措施也可以取得一定的加固效果，如
17、形成硬壳毕业论文- 9 -层，可作为工业项目的厂区、道路、一般建筑物地基。关于高饱和度黏土和黏性土等地基,采用夯坑内回填块石,碎石或其它粒径材料进行强夯置换亦取得了一定效果。强夯法具有以下特点：（1） 处理范围广泛。（2） 加固效果显著。（3） 节省材料，降低工程造价。（4） 施工速度快，工期短。（5） 施工机具简单。3.2 加固原理强夯法的加固原理是利用夯锤自由落下产生的冲击波使地基密实。这种冲击引起的振动在土中以波的形式向地下传播。这种振动波可分为体波和面波两大类。体波又包括压缩波和剪切波，面波如瑞利波、乐夫波。强夯理论认为：压缩波大部分通过液相运动，使孔隙水压力增大，同时使土粒错位，土体
18、骨架解散，而随后的剪切波使土颗粒处于更加密实的状态。现在一般的看法是，地基经强夯后，其强度提高过程可分为：夯击能量转化，同时伴随强制压缩或振密；土体液化或土体结构破坏；排水固结压密；触变恢复并伴随固结压密。3.3 设计计算强夯参数包括：加固深度、单点夯击能、最佳夯击能、夯击遍数、相邻两次夯击遍数的间歇时间、加固范围和夯点布置等。（一） 加固深度Menard 提出的加固影响深度公式为10WHD式中 加固影响深度，m；锤重，KN；落距，m；H毕业论文- 10 -系数，其值为 0.51.0。太原工业大学分析了 16 个试验资料后得出如下有效加固深度经验公式 5.102.890.361DWHE式中 单
19、位面积夯击能，KJ。其它符号意义同上。E范维恒等总结了大家的成果后提出有效加固深度的修正公式为 10K式中 修正系数，其变化范围一般为 0.50.8。比如软土取 0.5，黄土为 0.340.5。（二） 单点夯击能单点夯击能等于锤重乘以落距，一般根据加固土层的厚度以及选用吊机的大小。目前，世界上最大的锤重 2000KN，落距 25m，其加固深度可达 40m。我国所用的锤重为 80250KN，个别的达 400KN，落距为 825 米。（三）夯击遍数的确定夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯 23 遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加最后再以低能量满夯两遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。夯点的夯击次数，应按现场试夯得到的夯击次数和夯沉量关系曲线确定，并应同时满足下列条件：（1） 最后两击的平均夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000KNm 时为 50mm；当单击夯击能为 40006000KNm 时为 100mm；当单击夯击能大于 6000KNm 时为 200mm。（2） 夯坑周围地面不应发生过大的隆起。（3） 不因夯坑过深而发生提锤困难。（四）加固范围有的文献记述，加固范围比加固地基的长度 L 和宽度 B 各大出加固厚度H，即（L+H）(B+H) .
