第2讲 换填法
地基处理第二章 换填法

换填法常用作地基的浅层处理, 换填法常用作地基的浅层处理 , 其主要作用 包括: 包括:(1)提高持力层的强度,并将建筑物基底 )提高持力层的强度, 压力扩散到垫层以下的软弱地基, 压力扩散到垫层以下的软弱地基 , 使软弱地基土 中所受应力减少到该软弱地基土的容许承载力范 围内,从而满足强度要求; 围内,从而满足强度要求;(2)垫层置换了软弱 ) 土层,从而可减少地基的变形量; 3) 土层,从而可减少地基的变形量;(3)加速软土 层的排水固结。 层的排水固结 。 砂垫层和砂石垫层等垫层材料透 水性大, 软弱土层受压后, 水性大 , 软弱土层受压后 , 垫层可作为良好的排 水面, 使基础下面的孔隙水压力迅速消散, 水面 , 使基础下面的孔隙水压力迅速消散 , 加速 垫层下软弱土层的固结和提高其强度; 垫层下软弱土层的固结和提高其强度;
设计考虑: 设计考虑
粉煤灰垫层的设计可参照砂垫层设计方法和有关的技术要 求进行。在缺少资料和没有工程经验的情况下采用粉煤灰垫层, 求进行。在缺少资料和没有工程经验的情况下采用粉煤灰垫层, 应对使用的材料进行物理、化学和力学性质试验, 应对使用的材料进行物理、化学和力学性质试验,为设计提供 资料及技术参数。 资料及技术参数。 在确定粉煤灰垫层厚度时,可取其压力扩散角为22° 在确定粉煤灰垫层厚度时,可取其压力扩散角为 °,计 算方法同砂垫层。 算方法同砂垫层。 粉煤灰垫层的承载力一般应通过现场试验确定, 粉煤灰垫层的承载力一般应通过现场试验确定,当无试验 资料时,可参考以下数据: 资料时 , 可参考以下数据 : ( 1)经过人工压实 ( 夯实 ) 的粉 ) 经过人工压实(夯实) 煤灰垫层,当压实系数控制在0.90及其干密度为 ρdmax(t/m3) 及其干密度为0.9 煤灰垫层,当压实系数控制在 及其干密度为 其承载力可达120~150kPa。(2)当压实系数控制在 时,其承载力可达 。 )当压实系数控制在0.95 及其干密度为0.95ρdmax(t/m3)时,其承载力可达 及其干密度为 时 其承载力可达300kPa,但应 , 进行下卧层强度验算。 进行下卧层强度验算。
2换填法

二、设计计算 1、设计公式
z cz f z
f z f ak b (b 3) d d (d 0.5)
b
回填土
θ
砂垫层
(4)虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若无 试验资料时,可选用铺筑厚度200~300mm,碾压后的压实 厚度为150~200mm。
(5)对中小型工程可采用人工分层摊铺,在整平后用平 板振动器或蛙式打夯机压实。由外围向中间进行,直至达 到设计密实度要求。 (6)大中型工程可采用机械摊铺,在整平后用履带式机具 初压二遍,然后用中、重型压路机碾压。碾压次数一般为 4~6遍,碾压至设计密实度要求。 (7)施工时宜当天铺筑,当天压实。压实时,呈松散状, 则应洒水湿润再压实 (8)施工时压实含水量应控制在最优含水量区间wop±4% 范围内。
(七)抗液化性 粉煤灰经压实后能避免在振动条件下的液化。 二、粉煤灰垫层的设计和施工 (1)粉煤灰垫层的垫层设计近似按砂垫层计算方法 进行计算。 (2)粉煤灰垫层可采用分层压实法。压实可用平板振 动器、蛙式打夯机、压路机或振动碾压机等。 (3)对过湿的粉煤灰应沥干装运,装运时含水量以 15~25%为宜。
垫层分类 适用范围 多用于中小型建筑工程的滨、塘、沟的局部处理。 砂(砂石、 碎石)垫 •适用于 层 一般的饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基。 •不适用 湿陷性黄土地基, 大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理 地下水流快、流量大的地基处理。
素土垫层 中小型工程 大面积回填、湿陷性黄土地基的处理
0 1h 2 z
h1 z
换填法处理模板ppt课件

实能量的改变而产生的 不同压实曲线见图2-2
图2-2 压实功能对压实曲线的影响
三、压实参数的确定
1 室内击实试验操作步聚
压实参数首先通过室内的击实试验初步确定后,再据工程实 际修正室内试验参数,进而指导现场施工。具体步骤如下:
①样料制备:样品风干或在低于600C的温度下烘干并碾散,过5mm 样筛拌匀备用;
含水量wop±2%) 来进行检验。
不同结构对土体密实度的要求
见表2-1
表2-1
图2-3 工地与室内击实试验比较
碾压6(a),12(b),24(c)遍; d-室内击实试验
不同结构对土体密实度的要求
第二章 换填法处理 第三节 施工方法与砂(碎)石垫层设计
一、施工方法 对软土地基,虽然不同材料的垫层其应力分布稍有不同,
(c) 而 当含水量继续增加时(并达到一定程度后) ,孔 隙中水量增加,尤其是饱和度达到85~90%后,孔隙中气体 被水包围,并以微小的封闭气泡形成出现,并由表面张力而 固定,此时,外力的增加反而更加难以挤出这些气体,因而 压实效果越来越差;
(d) 再继续增加含水量时,外力的作用下,仅仅使孔隙 水压增加并阻止土粒的移动,因而土体反而得不到压实,干 实度下降(这也是形成单峰曲线的原因)。
但从试验结果分析,其极限承载力都比较接近。此外,通过 沉降观测资料发现,不同材料垫层的特点基本相似。
因此,各种材料的垫层设计计算方法相同,并按砂(砂 石、碎石)垫层的计算方法进行。
对于特殊土地基,所考虑解决问题的关键不同,故在设 计上有所差异。
一、施工方法
1、机械碾压法
•常用机械:平碾、羊足碾、压路机等(注意适用条件) •适用条件:大面积填土和杂填土等土方量较大的工程。
第二章 换填法

第二章换填法2.1概述当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求,而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去,然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰)或其它性能稳定、无侵蚀性等材料,并压(夯、振)实至要求的密实度为止,这种地基处理的方法称为换填法.它还包括低洼地域筑高(平整场地)或堆填筑高(道路路基)。
机械碾压、重锤夯实、平板振动可作为压(夯、振)实垫层的不同机具对待,这些施工方法不但可处理分层回填土,又可加固地基表层土。
按回填材料不同,垫层可分为:砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等。
《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定:换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
虽然不同材料的垫层,其应力分布稍有差异,但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的;通过沉降观测资料发现,不同材料垫层的特点基本相似,故可将各种材料的垫层设计都近似的按砂垫层的计算方法进行计算。
但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土垫层处理时,因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、膨胀性和冻胀性,所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同。
2.2压实原理当粘性土的土样含水量较小时,其粒间引力较大,在一定的外部压实功能作用下,如还不能有效地克服引力而使土粒相对移动,这时压实效果就比较差。
当增大土样含水量时,结合水膜逐渐增厚,减小了引力,土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密,所以压实效果较好。
但当土样含水量增大到一定程度后,孔隙中就出现了自由水,结合水膜的扩大作用就不大了,因而引力的减少就显著,此时自由水填充在孔隙中,从而产生了阻止土粒移动的作用,所以压实效果又趋下降,因而设计时要选择一个”最优含水量”,这就是土的压实机理。
在工程实践中,对垫层的碾压质量的检验,要求能获得填土的最大干密度 d max,其最大干密度可用室内击实试验确定。
2 换填法2012

提示!
矿渣的稳定性是其是否适用于做换填垫层材料的最主 要性能指标。当矿渣中CaO的含量小于45%及FeS与MnS 的含量≈1%时,矿渣不会产生硅酸盐分解和铁锰分解, 排渣时不浇石灰水,矿渣也就不会产生石灰分解,则 该类矿渣性能稳定,可用于换填。对中、小型垫层可 选用8~40mm与40~60mm的分级矿渣或0~60mm的混合 矿渣;较大面积换填时,矿渣最大粒径不宜大于200mm 或大于分层铺填厚度的2/3。
(4)防止冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大,不易产生毛细 管现象,因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这 时,砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。
(5)消除膨胀土的胀缩作用 在膨胀土地基上可选用砂、碎石、 块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用, 但垫层厚度应依据变形计算确定,一般不少于0.3m,且垫层 宽度应大于基础宽度,而基础的两侧宜用与垫层相同的材料 回填。
垫层的分类
垫 层
回填材料
分
类
砂垫层 粉质粘土垫层
灰土垫层 粉煤灰垫层 矿渣垫层 其他工业废渣垫层 土工合成材料垫层
1)砂垫层
宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、 中砂或石屑(粒径小于2mm的部分不应超过总重的 45%),应级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质。 当使用粉细砂或石粉(粒径小于0.075mm的部分不 超过总重的9%)时,应掺入不少于总重30%的碎石 或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷 性黄上地基,不得选用砂石等透水材料。
换填法

5.矿渣垫层
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣,可分为分级矿渣、混 合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地 坪,也可用于小型建筑,构筑物地基。选用矿渣的松散 重度不小于11kN/m3,有机质及含泥总量不超过5%。
设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验,在确认其性 能稳定并符合安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的 矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响 的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时, 应考虑对地下水和土壤的环境影响。
b’—垫层底面宽度(m); θ—垫层的压力扩散角(°),可按查表;当<0.25时,
仍按=0.25取值。
注意!
垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m,或从 垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的 要求放坡,整片垫层的宽度可根据施工的 要求适当加宽。
3.垫层承载力的确定
垫层的承载力宜通过现场试验确定,并应验算 下卧层的承载力。
五、垫层的作用
(1)提高地基承载力
(2)减少沉降量
基础
垫层
(3)加速软弱土层的排水固结
(4)防止冻胀
(5)消除膨胀土的胀缩作用
六、换填法处理地基前的准备工作
查明地层土性质及不良地质现象;查明沟、塘、 洞等分布范围和深度;查明填土的成分、范围、 厚度、均匀性、填筑年限和方法等
垫
垫层宽度的确定
垫
层
层
设
尺
计
垫层承载力的确定
寸
沉降计算
1.垫层厚度的确定
(1).垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定,并符 合下式要求:
pz pcz f az
pz—垫层底面处的附加应力设计值(kPa); pcz—垫层底面处土的自重压力值(kPa); faz—经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值(kPa)
第二讲 换填法分析

生了阻止土粒移动的作用,所以压实效果又趋下降,ρd 反而减小。
1.最优含水量:在一定压实能量下,使土最容易压实,并能达到 最大干重度的含水量wop,与之相对应的干密度称为最大干密 度ρdmax
2.击实曲线特点:具有峰值:峰值点对应于γdmax和ωop。
工程中常按ωop=ωp±2
干密度d(g/cm3)
现场填土的压实质量用下列两个指标来检验:压实 系数λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%
护筒 导筒 击实筒
击锤
2.3垫层设计
软土
换土垫层作用
(1)提高地基的承载力 (2)减少地基沉降量
垫层
(3)加速软弱土层的排水固结
(4)防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用
2.3.1垫层设计 内容两点:垫层的厚度和宽度
2.0
dmax=1.86
1.8
1.6
wop=12.1
1.4
0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%)
3.测定最佳含水量方法:击实试验
试验所用设备:击实仪
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土, 击实筒容积为947cm3,击锤质量为 2.5kg。把制备成一定含水量的土料分 三层装入击实筒,每层土料用击锤均匀 锤击25下,击锤落高为30.5cm 重型击实试验适用于粒径小于20mm的土, 击实筒容积为2130cm3,击锤质量为4.5kg, 击锤落高为45.7cm 。分五层击实,每层56 击。根据击实后土样的密度和实测含水量 计算相应的干密度
施 工
换填材料
压实系数λc 承载力特征值fak/kPa
碎石、卵石
200-300
砂夹石(碎、卵石占30%-50%)
碾
压
土夹石(碎、卵石占30%-50%)
地基处理-换填法

地基处理-换填法换填法原理及适用范围换填法就是将基础底面以下不太深的一定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、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、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。
换土垫层与原土相比,具有承载力高、刚度大、变形小等优点。
按换填材料的不同,将垫层分为砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。
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土的胀缩作用,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,软硬不匀以及岩溶等,用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。
3.4 垫层的设计垫层的设计主要是确定以下四个参数:1、垫层的厚度2 、垫层的宽度3 、承载力4 、沉降1、垫层厚度的确定垫层的厚度一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力。
具体计算时,一般是先初步拟定的一垫层厚度,再验算,直到满足要求为止。
垫层厚度一般不宜大于3m,也不宜小于0.5m。
太厚施工较困难,太薄则换土垫层的作用不显著。
所垫层厚度的确定,除应满足计算要求外,还应根据当地的经验综合考虑。
2、垫层宽度的确定垫层的宽度除应满足基础地面应力扩散的要求外,还应考虑垫层侧面土的强度条件,防止垫层材料由于侧面土的强度不足或由于侧面土的较大变形而向侧边挤出,增大垫层的竖向变形,使建筑物沉降增大。
垫层宽度的取值,可按两种方法计算:一种是扩散角法;另一种是按垫层侧面土的地基承载力设计值确定垫层的宽度3、垫层承载力的确定经换填处理后的地基,由于理论计算方法尚不完善,垫层的承载力宜通过现场荷载试验确定,如对于一般工程可直接用标准贯入试验、静力触探和取土分析法等。
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5.2换填(换土垫层法)砂石垫层
一、换填法定义
换填法亦称换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除,然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。
二、换土垫层法分类
当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物要求,且软弱土层的厚度又不很大时,换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。
不同的回填材料形成不同的垫层,如砂垫层、碎石垫层、素土或灰土垫层、粉煤灰垫层及煤渣垫层等。
三、换土垫层法适用条件
淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟暗塘等不良地基的浅层处理。
换土深度较大时,经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施;坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护;施工土方量大,弃方多等问题,从而使处理费用高、工期延长,因此换土垫层法的处理深度常控制在3-5米范围以内。
当然,若换土垫层太薄,则其作用不甚明显,因此处理深度也不应小于0.5米。
四、换土垫层法的作用
换土垫层处理软土地基,其作用主要体现在以下几个方面:
①提高浅层地基承载力;
②减小地基沉降量;
③加速软弱土层的排水固结,即垫层起排水作用;
④ 防止土的冻胀,即粗粒垫层材料起隔水作用; ⑤ 减少或消除土的胀缩性。
换土垫层法在处理一般软弱地基时,其可起的主要作用为前三种,在某些工程中可能几种作用同时发挥(如既起提高地基承载力、减小沉降量的作用,也起排水作用)。
限于学时,本节仅介绍砂(石)垫层的设计与施工。
五、砂(石)垫层设计
砂(石)垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面,要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土层,有足够的宽度防止砂垫层向两侧挤出。
主要起排水作用的砂(石)垫层,一般厚度要求30cm ,并需在基底下形成一个排水面,以保证地基土排水路径的畅通,促进软弱土层的固结,从而提高地基强度。
(1)填层厚度的确定
θ
砂垫层
回填土'
b σcz σ+z
p
d
z b
垫层内应力分布
如图所示,垫层厚度应根据砂垫层下面软弱下卧层土的承载力和建筑物对地基变形要求来确定。
如仅以软弱下卧层承载力为控制指标,则应满足下式要求:
z cz az f σσ+≤ 式中z σ—相应于荷载效应标准组合时垫层底面处的附加压力值;
cz σ—软弱下卧层顶面处土的自重压力值;
az f —垫层底面处经深度修正后软弱下卧层的地基承载力特征值。
垫层底面处的附加压力z p ,可按如下简化方法计算:
条形基础
矩形基础
式中 k p —相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值;
cz σ—基础底面处土的自重应力;
b —矩形基础或条形基础底边的宽度; l —矩形基础底边的长度;
z —垫层厚度;
θ—垫层的压力扩散角可按表选用。
垫层应压扩散角θ( º )
换填材
料
z /b
中砂、粗砂、砾砂、
碎石、黄土、石屑
粘性土和粉土 (8<I p <14)
灰土
0.25
20
6
30
≥0.5
30 23 30 注:1. 当z/b <0.5时,除灰土仍取θ=30º外,其余材料均取θ=0º;
2. 当0.25<z/b <0.5时,θ值可用内插法求得。
垫层厚度的计算方法、步骤为:先假设一个厚度,然后按式z cz az f σσ+≤
进行验算,若不符合要求,重新假设厚度后再验算,直至满足要求为止。
(2)垫层宽度的确定
垫层宽度应满足基础底面压力扩散的要求,可按下式计算或根据当地经验确
()2tan k cd z p b b z σσθ
-=
+()(2tan )(2tan )
k cd z p bl b z l z σσθθ-=
++
定。
θ
tan
2z
b
b+
≥'
式中b'—垫层底面宽度;
θ—垫层的压力扩散角,可按表选用。
整片垫层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长度,或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡确定。
应防止垫层向两侧挤压而破坏侧面土质。
如果垫层宽度不足,四周侧面土质又较软弱时,垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中,造成基础沉降增大。
需要指出的是,垫层材料应分层夯实并达到一定的密实度,以保证其自身的承载力满足设计要求。
对于一般工程,如无实测资料时,可参见表选用承载力特征值。
对于比较重要的建筑物,还应计算地基的变形量。
地基变形由垫层和下卧土层的两部分变形量所组成。
各种垫层的承载力特征值ak f
施工方法换填材料类别
压实
系数λc
承载力特征值
ak
f(kPa)
碾压或振密
碎石、卵石
0.94~0.97
200~300 砂夹石(其中碎石、卵石占全重的
30%-50%)
200~250 土夹石(其中碎石、卵石占全重的
30%-50%)
150~200 中砂、粗砂、砾砂150~200 粘性土和粉土(8<I p<14)130~180 灰土0.93~0.95 200~250
重锤夯
实
土或灰土0.93~0.95 150~200 注:1. 压实系数小,承载力标准值取低值;反之取高值;
2. 重锤夯实,对土的承载力标准值取低值;反之取高值。
【例】某建筑物承重墙下为条形基础,基础宽度1.5m ,埋深1m ,相应于荷载效应标准组合时上部结构传至条形基础顶面的荷载 k F =m kN /5.247;地面下存在5.0m
厚的淤泥层,3/0.18m kN =γ,3
/0.19m kN sat =γ,淤泥层地基的承载力特征值
kPa
f ak 70=;地下水位距地面深1m 。
试设计砂垫层。
【解】(1)垫层材料选用中砂,设垫层厚度z =2.0m ,则垫层的压力扩散角θ=30○。
(2)垫层厚度验算
相应于荷载效应标准组合时基础底面平均压力值为: kPa
1855.12015.15.247=⨯⨯+=+=b G F p k k
基础底面处土的自重压力 kPa 1810.18=⨯=c p 垫层底面处的附加压力值由式计算得: ()()θtan 2z b b p p p c k z +-=()kPa 8.6530tan 0.225.15.10.18185=⨯+⨯-=
o
垫层底面处土的自重应力:()kPa 0.360.2101910.18=⨯-+⨯=cz p 淤泥层地基经深度修正后的地基承载力特征值为:
()()kPa 5.1015.05.26.121.1705.00=-⨯⨯+=-+=d f f d ak a γη kPa 5.101kPa 8.1018.650.36=≈=+=+a z cz f p p 满足强度要求
垫层厚度选定为2.0m 是合适的。
(3)确定垫层宽度b '
m 81.330tan 0.225.1tan 2o =⨯⨯+=+='θz b b
取b '=3.85m ,按1∶1.5边坡开挖。
2.垫层施工及其质量检验要点
垫层施工应严格控制垫层材料的颗粒成分和质量。
砂石料宜选用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砾、卵石和碎石等,料中不得含有植物残体、垃圾等杂质。
用粉细砂作垫层料时,应掺入25%~30%的碎石或卵石,最大粒径不宜大于50mm。
用于排水固结垫层的砂石料,含泥量不宜超过3%。
垫层材料应保证达到设计要求的密实度,填料应分层铺筑(每层虚铺厚为200~300mm),逐层碾压、夯实,碾压时需控制一定的含水量。
常用的密实方法有振动法和碾压法等。
开挖基坑铺设垫层时,还需注意避免扰动软弱土层的结构,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,应在坑底先行铺设一层砂垫底,以免碎石挤入土中。
砂、碎石垫层的质量检验应随施工分层进行,检验方法主要有环刀法和贯入测定法。
通过环刀取样法,测定的垫层干密度应大于等于设计干密度;通过贯入测定法,测定的垫层贯入深度应小于等于根据垫层干密度确定的贯入深度。
另外,尚需对砂、碎石垫层填筑工程竣工质量进行验收。
常用的验收方法有:
①静载荷试验;②标准贯入试验;③轻便触探试验;④动测法;⑤静力触探试验。
工程实例:。