10 第十讲 置换法工程实例.pptx

第1页：第十讲置换法工程实例

第十讲置换法工程实例

第2页：上部建筑立面图

1.工程概况

上海机械学院动力馆乙段采用三层混合结构，建在冲填土的暗浜范围内。冲填土地基采用砂垫层换土处理，建成后三十余年来，使用情况良好。

该馆上部建筑和基础概况分别如图10-1及图10-2所示。图10-1上部建筑立面图

第3页：平面图

图10-2平面图和剖面图

第4页：工程地质概况

2.工程地质概况

建筑场地由于暗浜底部淤泥未挖除，地下水位较高，致使冲填土龄期达40余年仍不能充分固结。经勘察证实土质软弱且不均匀，见表10-1。

在基础平面外的灰色冲填土层上进行了2个载荷试验，荷载值分别为50kPa和70kPa。此值代表N63.5>3的较好地段，其他试验表明基础平面外的地基土层要比基础平面内的好。因此，载荷试验代表较好地段(N63.5>3)。故基础平面冲填土层内不宜作为天然地基持力层。

第5页：地基土分层及主要物理力学指标

表10-1地基土分层及主要物理力学指标

第6页：设计与施工概况

3.设计与施工概况1设计方案比较1)如落深基础至淤泥质亚粘土层内，需挖土4m，因此地下水位高，且浜底淤泥渗透性差，采用井点降水效果不佳，施工困难。2)不挖土，打20cmX20cm的钢筋混凝土短桩，桩长5-8m，单桩承载力只有50-80kN。因冲填土尚未完全固结，需做架空室内地板，增加了造价。3)如采用表面压实法处理，可使地下水位高的砂性冲填土发生液化。4)用砂垫层置换部分冲填土，辅以井点降水，并适当降低基底压力。最后设计采用第4)种方案，并控制基底压力为74kPa。

第7页：换土垫层施工情况

（2）施工情况1)砂垫层材料采用中砂，用平板式振捣器分层捣实，控制土的干重度大于16kN/m3。2)沿建筑物四周布置井点，井管滤头进入淤泥质亚黏土层内，但因浜底淤泥的渗透性差，降水效果不好，补打井点，将滤头提高至填土层底。3)吊装三层楼板时停止井点抽水。

第8页：换土垫层法工程实例

不少困难。（3）效果及评价1)建筑物变形实测沉降量约20cm，纵向相对弯曲值0.0008，均未超过《上海市地基基础设计规范》(1975)规定的容许沉降量和实测相对弯曲最大值。2)由于十字条形基础和砂垫层处理都起到了均匀传递和扩散压力的作用，还改善了暗浜(浜底淤泥未挖除)内冲填土的排水固结条件。冲填土和淤泥在承受上部结构荷载后，孔隙水压力增大，并通过砂垫层排水，同时将应力传递给土粒。当颗粒间应力大于土的抗剪强度时，土粒发生相对运动，土层逐渐固结，强度随之提高。3)浜底淤泥的存在，致使井点降水效果受到限制，影响冲填土固结和天然地基承载力的提高，并给地基处理带来

第9页：碎石（砂石）垫层的强度分布规律：工程概况

值200kPa。1.工程概况

本工程有7栋6层住宅楼。建筑场地上部为1．0～5.0m厚松散的、以生活垃圾为主的杂填土；其下为粉土和粉质黏土，承载力标准值90—130kPa。地下水位3.0m。

在先期经过管井降水，挖除杂填土后，碎石垫层用总重40t载重汽车直接进入基坑卸料。垫层外扩2.5m，长36～60m，宽17～20m，厚1.2～3.2m，碎石粒径2～4cm，分层(步)用13t铲车和16t推土机推平并碾压一遍。第一步厚50cm，其余每步30cm，最后至要求高程，用30t振动轧道机碾压两个来回。设计承载力标准

第10页：碎石（砂石）垫层的强度分布规律

碎石垫层检测的目的是评价其均匀性；同时提出承载能力的建议。检测采用的重型动探边角试验点，距垫层边2.0m，间距10m左右。所有点要求穿过碎石垫层不小于0.5m，个别点在连续3个以上特大值击数时终止试验。

碎石垫层的承载力标准值由经验公式：

fk=24N63.5+60（kPa）确定，式中N63.5为动探击数平均值。除角部外，一般均超过了200kPa。动探完毕后，所作的三点静载试验承载力对比，结果基本一致，上式是偏安全的。设计按动探确定的承载力设计。

第11页：强度分布规律

2.强度分布规律

碎石经反复碾压，孔隙减小，密度增大，结构强度提高，反映在动探实验上锤击数增加，与碎石垫层强度密切相关。根据均匀布置的动探检测点的试验结果，可以评价垫层的均匀性，并确定相应的承载力。

第12页：典型的强度分布

平向分布

通过对本工程7栋楼碎石垫层动探资料及其承载力的分析，可见平面上有明显的规律性，实际上也是在正常情况下，散粒材料垫层所表现出的一般规律。

由中心向四周强度递减。或者说，中部高，边部低，角步最低。该垫层中心区承载力标准值可超过400kPa，而至角部可低至130kPa。典型的强度分布见图10-3，图中数字为承载力标准值（kPa）。13图10-3典型的强度分布

第13页：碎石垫层强度等值线13

图10-4碎石垫层强度等值线13

典型的强度分布受料车通道和压实机械超压而叠加变形。这是大型机械化施工的特点。

如图10-4，箭头是料车入口，虚线是料车卸料主线。可见垫层承载力因料车通过次数的不同，而向入口方向递增。

第14页：均匀性评价

（2）均匀性评价

评价垫层的均匀性是重要的，但至今还没有规范的评价方法标准。垫层的均匀性应包括强度和厚度两方面，一般要求厚度尽量相同，至少防止厚度突变。

本工程采用检测点试验数据的变异系数来度量评判，证明是可行的。

变异系数δ无量纲，使用上比较方便，在国际上是一个通用的指标。按《岩土工程勘查规范》，评价岩土参数变异性的标准：当δ<0.3时，变异性中等以下，因此，可视作均匀垫层，否则可视为不均匀垫层。

第15页：碎石垫层均匀性评判

表10-2即本工程东摊点击数变异系数的计算和均匀性评判结果，单楼动探点击数标准差大于3击，变异系数大于0.4，属变异性很高，是很不均匀的垫层。同时也可看出，各楼垫层施工水平相当接近。表10-2碎石垫层均匀性评判

第16页：典型动探曲线

（3）深向分布

图10-5(a)为本工程动探击数随深度变化的典型线，主旋律是随深度增加而增加，达到最大值后，又随深度增加而减小，收敛较快。

实际的曲线因施工因素而复杂化，如图10-5(b)、(c)；图10-5(d)则是围压很低的角部点曲线。

由于垫层顶部上覆压力很小，故垫层表面均有约0.4m厚不易密实，大多较松。动探试验也易产生隆起破坏，击数变小。图10-5典型动探曲线

第17页：碎石（砂石）垫层的强度分布规律

3.原因分析

客观条件：换填垫层是因为原地基土不能或不适于承载结构物。绝大多数情况下，垫层的四周也是些低强度的土体，下面土体的强度也低于垫层的设计强度，上面更是临空面。因此，周围压力低是垫层工作的客观条件，而垫层体中心附近条件最好。在施加同等机械重量、速度、遍数作用下，使之密实的效果就会由中心向周围减弱，因而平向和深向上部表现出由中心向边沿渐低的强度分布规律。17

第18页：实际达到的碾压遍数是影响垫层强度分布的人

人为因素：实际达到的碾压遍数是影响垫层强度分布的人为因素。料车的运载通道路径，压实机械的调车调头，都使压实遍数无疑增加。这些情况一般不发生在边角部位，其他部位的超压则是随机的。这是边部尤其是角部强度低的另一原因，也是垫层强度分布复杂多变的主要原因。

鉴于本工程碎石垫层强度及其不均匀的分布，采取了调整条形基础宽度等结构措施，以期达到控制差异沉降的目的。1999年11月该工程7栋楼主体全部完工，实测各沉降观测点的沉降量均在5mm左右，设计取得了预期效果，获得成功。

第19页：碎石（砂石）垫层的强度分布规律

使建筑物更加可靠，经济效益更好。4.结语

因此，施工时要特别关照边角部位。

二是人为因素，即施加的能量(功)，由碾压；夯击、振动的单位功和遍数决定。

• 一定规模的碎石(砂石)垫层，不管是机械化施工，还是人工作业，平面上都能表现出中部高，边部低，角部最低的强度分布规律
• 碎石垫层强度分布规律的原因有二：一是客观条件，即空间围压
• 垫层不仅要达到强度要求，均匀性也是很重要的，可以用检测的变异系数评判垫层的均匀性
• 垫层施工前宜先做试验，确定最优施工控制参数，然后铺开，要求尽量做成均匀垫层，以减少设计难度，

第20页：思考题

思考题