地基处理换填法共23页文档
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。
地基处理(第二章换填)
重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3， 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
＊第二章 换填＊
填土的击实特性影响因素★★★
影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功 能、土的种类和级配等
＊第二章 换填＊
2.4 设计与施工
2.4.1 砂垫层设计
对垫层的设计，即要求有： ★ 1.足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土; 2.足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。
软土
补充知识点：土中的应力 垫层
＊第二章 换填＊
土中自重应力
cz z
＊第二章 换填＊
＊第二章 换填＊
地基附加应力
下卧 层
＊第二章 换填＊
（3）砂垫层承载力确定 垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，并应 进行下卧层承载力的验算。
地基土现场载荷试验
（4）沉降计算 垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形 组成。 垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑 地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算。 1－载荷板 2－千斤顶 3－百分表
物理状态：无粘性土的工程性质取决于其密实度； 而粘性土的工程性质取决于其软硬状态及土性稳定 性。
＊第二章 换填＊
★对现场土的压实，应以土的压实系数（为土的控制
干密度与最大干密度之比）与施工含水量来进行检 值。 A 最小干密度与最大干密度 B 控制干密度与最大干密度 C 最大干密度与控制干密度 D 控制干密度与最小干密度 例：土的最大干密度宜通过（）确定。 A 环刀取样试验 B触探试验 C击实试验 D压缩试验 答案：B C
＊第二章 换填＊
地基处理换填法
机械碾压法是采用各 种压实机械来压实地基土， 此法常用于基坑面积宽大 和开挖土方量较大的工程。 在工程实践中，对垫 层碾压质量的检验，要求 获得填土最大干密度。 施工参数：如施工 机械、铺筑厚度、碾压 遍数与填筑含水量等都 必须由工地试验确定。
土类和场地对碾压设备选用的影响
粘性土等软弱土 平碾或羊足碾 砂土、湿陷性黄土、 杂填土 狭窄场地，边角 碎石土 平碾 振动碾或振动压实机 蛙式夯实机
3.垫层的作用： (1)提高持力层的强度，并将建筑物基础压力扩散到 垫层以下的软弱地基； (2)垫层置换了软弱土层，可以减少地基的变形量； (3)加速软土层的排水固结； (4)调整不均匀地基的刚度； (5)对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土， 其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、 胀缩性或冻胀性。 4. 换填法适用土类：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素 填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。
2.3 土的压实作用
土一般由固体颗粒、水、空气组成。土中固、液、 气三相组成的比例反映干湿、密实程度，对评价土的工 程性质有重要意义，是垫层压实参数选择的依据。
一、土的压实机理 实践证明，要使土的压实效果最好，其含水量一 定要适当。对过湿的土进行碾压会出现“橡皮土”，不 能增大土的密实度。对很干的土进行碾压，也不能把土 充分压实。 1.最优含水量：在干密度—含水量曲线上干密度 的峰值即为最大干密度，与之对应的含水量即为最优含 水量。
lb(PK - Pc ) 矩形基础：Pz (l 2ztg )(b 2ztg ) b(PK - Pc ) 条型基础： Pz b 2ztg
砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难； 也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。 3.垫层宽度 应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽 度b′可由下式或根据当地经验确定。
地基处理之换填地基
地基处理之换填地基灰土地基灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量情况下，充分拌合，分层回填夯实或压实而成。
灰土地基具有一定的强度、水稳性和抗渗性，施工工艺简单，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。
适于加固深1〜4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。
1.材料要求(1)土料采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4的粉土，土内有机质含量不得超过5%。
土料应过筛，其颗粒不应大于15mm。
12)石灰应用III级以上新鲜的块灰，含氧化钙、氧化镁愈高愈好，使用前1〜2d消解并过筛，其颗粒不得大于5mm,且不应夹有未熟化的生石灰块粒及其他杂质，也不得含有过多的水分。
2.施工工艺方法要点(1)对基槽(坑)应先验槽，消除松土，并打两遍底夯，要求平整干净。
如有积水、淤泥应晾干；局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。
(2)灰土配合比应符合设计规定，一般用3：7或2：8 (石灰：土，体积比)。
多用人工翻拌，不少于3遍，使达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手握成团，两指轻捏即散为宜，一般最优含水量为14%〜18%；如含水分过多或过少时，应稍晾干或洒水湿润，如有球闭应打碎，要求随拌随用。
(3)铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度可参见表7-1,夯实机具可根据工程大小和现场机具条件用人力或机械夯打或碾压，遍数按设计要求的干密度由试夯(或碾压)确定，一般不少于4遍。
灰土最大虚铺厚度表7-1（4）灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝，上下两层的接缝距离不得小于500mm，接缝处应夯压密实，并作成直槎。
当灰土地基高度不同时，应做成阶梯形，每阶宽不少于500mm；对作辅助防渗层的灰土，应将地下水位以下结构包围，并处理好接缝，同时注意接缝质量，每层虚土从留缝处往前延伸500mm，夯实时应夯过接缝300mm以上；接缝时，用铁锹在留缝处垂直切齐，再铺下段夯实。
专题地基处理方法--换填法
击实试验 《土工试验方法标准》（国家标准）
轻型：土d<5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3层, 25击， 落高30.5cm 重型：土d<40mm； V=2104cm3, m=4.5kg, 5层, 56击， 落高47.7cm
击实仪 •19
2 压实原理 质量控制
•17
2 压实原理
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，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”wop ，这就是土的压实机理。
❖ 粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。按其燃烧后形成玻璃体的粒经分析， 应属粉土的范畴。但由于含有CaO、SO3等成分，具有一定的活性， 当与水作用时，因具有胶凝作用的火山灰反应，使粉煤灰垫层逐渐 获得一定的强度与刚度，有效地改善了垫层地基的承载能力及减小 变形的能力。不同于抗地震液化能力较低的粉土或粉砂，由于粉煤 灰具有一定的胶凝作用，在压实系数大于0.9时，即可以抵抗7度地 震液化。
换填法是浅层软土地基的处理方法。
b
回填土 换填土
•3
2. 换填法处理方法
按施工机械不同，施工方法有： 机械碾压 重锤夯实 平板振动
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(Cushion)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；及土工合成材料 加筋垫层。
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。
地基处理换填土法
§2.1 概 述 §2.2 垫层土的压实原理 §2.3 垫层设计 §2.4 垫层施工 §2.5 质量检验 §2.6 砂垫层设计实例
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§2.1 概 述
2.1.1 定义及适用范围 2.1.2 垫层材料、压实方式和设计方法 2.1.3 换填法的加固原理及垫层的作用
灰土
0.25 ≥0.50
20° 30 °
28° 23°
注： z/b < 0.25时，除灰土仍取θ＝28°外，其余均取θ ＝0°； 0.25 < z/b < 0. 5时，θ 值可内插求得。
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5、沉降计算
根据下卧土层的Es 按分层总和法计算
土层名称 淤泥 粘土夹砂 淤泥质土 粉质粘土 层厚 (m) 重度 (kN/m3) 压缩模量 (MPa) 承载力 (kPa)
2.5 2.5 10.6 未贯穿
18.5 18.6 17.5 18.7
－ 3.90 2.25 4.85
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2.3.4 矿渣垫层设计 自 学
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§2.4 垫 层 施 工
2.4.1 施工机具与方法 2.4.2 不同填料垫层施工方法
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4、振动压实法施工
用振动压实机处理无粘性土或粘粒含量少、透水性好的杂填 土地基的一种方法。振动压实机的工作原理如 图 2-5 。
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专题：地基处理方法--换填法
方法等
查明地下水的埋藏条件、类型、埋深等； 查明地下管线、防空洞及地下障碍物的分布范围和走向；
查明换填土的来源、种类、规格、价格等
•21
3 砂垫层设计
换填法
设计原则：对垫层的设计，既要求有足够的厚度z以置 换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度b′以 防止砂垫层向两侧挤出。 设计内容 垫层厚度z 垫层宽度b’ 垫层压实度λc
z
•22
3 砂垫层设计
垫层设计的步骤
垫层厚度的确定
垫 层 设 计
垫层宽度的确定
垫层承载力的确定
垫 层 尺 寸
•16
8．垫层的作用
(3)加速软弱土层的排水固结 建筑物的不透水基础直接与软弱土层相 接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排 出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还 可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石 垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排 水面，可以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，避免地基土塑性破坏。 (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。
•11
7.垫层材料的分类 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。
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46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
地基处理换填法
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于