地基处理换填法
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＊
换填法地基处理.doc
换填法地基处理建筑企业利用换填垫层法怎么处理地基问题？换填法地基处理方式有什么优缺点？基本概况如何？以下是中国下面梳理换填法地基处理专业建筑术语相关内容，基本情况如下：小编通过建筑行业百科网站下面建筑知识专栏进行查询，梳理换填法地基处理相关资料，基本情况如下：换填法又称换土法。
所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。
在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。
从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。
在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。
换填法地基处理基本情况：2.1素土垫层：素土垫层是先挖去基础底面下部分或全部软弱土层，然后分层回填较好的素土夯实而成。
素土具有一定的承载力，压缩模量在14.0~30.5MPa之间，施工简便，降低工程造价，加快建设速度。
但其承载力较低，仅适用于荷载不大的浅层地基加固。
其施工要点：施工过程中以控制最优含水量在19%~21%之间；填土应从最低处整片分层回填夯实，不能任意分段接缝；小面积可用人工填土而后夯实，大面积可用机械或人工，如土层太干可喷水是土湿润方可继续回填，以保证上下层土良好的结合；夯实必须夯迹叠合一半，机械碾压不到之处，用人工或小型机械配合夯实；上下相邻土层接搓应错开，不应小于500mm，并在夯实时，再接搓处夯实遍数应加多；土层夯实遍数应根据密实度和现场试验确定；每铺土层必须及时夯实，如遇雨水，应将填土层表面的泥浆和积水，处理后回填；待施工完毕时必须及时进行下一道工序的施工，如不能应采取相应的措施。
2.2灰土垫层：灰土垫层是将基础地面以下按要求挖去软弱土，用石灰按一定的体积比，在最优含水量的情况下，分层回填和压实。
换填法处理地基
表2 回填碾压的每层虚铺厚度及压实遍数
施工设备 质量（t）
平碾 羊足碾 蛙式碾 振动碾 振动压实机
8~12 5~16 0.2 8~15 2
每层虚铺厚度 (mm)
200~300 200~350 200~250 600~1500 1200~1500
每层压 实遍数
6~8 8~16 3~4 6~8 10
（2）重锤夯实法 是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由 落下，重复夯击加固地基的方法。
换填垫层法分类
按回填材料可分为：砂垫层、砂石垫层，碎石 垫层、素土垫层、灰土垫层、干渣垫层和粉煤灰 垫层。
按施工机械可分：重锤夯实法、机械碾压法和 振动压实法。
适应范围
《建筑地基处理技术规范》中规定：换填垫层 法适用于浅层地基及不均匀地基的处理。工程实 践表明，换填垫层法主要用于淤泥、淤泥质土、 湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘 等的浅层处理。
度可达1m左右(与锤底直径相当)，并可 消 除1.0一1.5m厚度范围土层的湿陷性。 夯实效果和影响深度除与锤重、锤底直 径、夯距有关外．还与夯实工艺、夯击 遍致以及土 的含水量密切相关。
（3）振动压实法 是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗粒受振移动至稳固位
置并减小孔隙，而使土层密实的地基加固方法。该法适 用于处理地下水位在0.6m以上 的无粘性土或粘粒含量低、透水性较好的松散杂填土地基。
表1 各种垫层的承载力
材料类别 碎石、卵石 砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）
承载力的特征值f/kPa 200~300 200~250
土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%） 中砂、粗砂、砾砂、角砾、圆砾
150~200 150~200
地基处理-换填法
? ⑶ 铺筑前，应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土。基坑(槽)两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴等，应在未做垫层前加以填实。
? ⑷ 开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动软弱土层的表面，否则坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度就会显著降低，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，并防止践踏坑底。
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、换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小等优点。
? 垫层施工要点
? ⑴ 砂垫层施工中的关键是将砂加密到设计要求的密实度。加密的方法常用的有振动法(包括平振、插振、夯实)、碾压法等。这些方法要求在基坑内分层铺砂，然后逐层振密或压实，分层的厚度视振动力的大小而定，—般为15～20cm。施工时，应将下层的密实度经检验合格后，方可进行上层施工。
? 二、振动压实法
振动压实法是利用振动压实机将松散土振动密实。地基土的颗粒受振动而发生相对运动，移动至稳固位置，减小土的孔隙而压实。此法适用于处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土以及矿渣、碎石、砾砂、砾石、砂砾石等地基
? 三、重锤夯实法
重锤夯实法是利用起重设备将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土层，重复夯打，使浅部地基土或分层填土夯实。主要设备为起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。重锤夯实法—般适用地下水位距地表0.8m以上非饱和的粘性土、砂土、杂填土和分层填土，用以提高其强度，减少其压缩性和不均匀性，也可用于消除或减少湿陷性黄土的表层湿陷性，但在有效夯实深度内存在软弱土时，或当夯击振动对邻近建筑物或设备有影响时，不得采用。因为饱和土在瞬间冲击力作用下水不易排出，很难夯实。
地基换填方案
地基换填方案地基换填方案是一种常用于建筑工程中的地基处理方法，旨在提升地基的承载能力和稳定性，以确保建筑物的安全性和耐久性。
本文将介绍地基换填方案的原理、实施步骤以及其在工程实践中的应用案例，以期为读者提供实用的知识和指导。
一、地基换填方案的原理地基换填方案的原理是通过移除或加固原有地基材料，并用新的填土材料填充以改变地基的性质和特性。
它可以分为两个主要步骤：清理和处理原有地基以及填充新的土壤。
在清理和处理原有地基时，我们通常会清除不稳定或不适合承重的土层，如松散土壤、有机质堆积、湿软土壤等。
然后，我们会对剩余的地基进行加固和处理，例如利用地基灌浆、增加挤密措施等。
一旦原有地基得到处理和加固，我们便可以进行填充新的土壤。
填充新土的选择取决于具体的工程要求，可以是沙土、砾石、混凝土等，以提高地基的承载力和稳定性。
二、地基换填方案的实施步骤1. 现场勘察：在决定采用地基换填方案之前，需要进行详细的现场勘察和土壤测试，以了解地下土壤的性质和特点。
这样可以帮助工程师确定实施方案的具体步骤和填充材料的选择。
2. 清理原有地基：清理原有地基是地基换填方案中的关键步骤。
根据土壤测试和勘察结果，确定需要清除的土层和需要加固处理的地基部分。
利用机械设备进行土壤的清理和挖掘，并确保清理后的地基表面平整和无杂物。
3. 地基处理和加固：根据土壤测试结果，选择合适的地基处理方法，如地基灌浆、土壤固化、挤密等。
这些方法可以增强地基的稳定性和承载能力，预防地基沉降和移动。
4. 填充新土：在地基清理和加固处理完成后，开始填充新土。
根据工程要求选择合适的填充材料，并进行适当的均匀铺设和压实，确保新土的质量和稳定性。
5. 后续监测和维护：完成地基换填方案后，需要进行后续的监测和维护工作，以确保地基的稳定性和工程的安全性。
定期监测地基沉降和变形情况，并采取适当的维修和加固措施。
三、地基换填方案的应用案例地基换填方案在各类建筑工程中得到广泛应用。
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。
换填法地基处理
换填法地基处理
换填法地基处理是一种行之有效的地基改善方法，它主要是利用土工布、块状材料和其他填料，将土层中深层的弱碎岩层挖掉，再用高强度的填料材料填充起来，以提供更强的基础地基，从而改善地基状况。
换填法地基处理可以有效减轻地基受力，有助于提高桩和结构物的稳定性以及减少地基改善费用，并且有利于提高建筑物的使用寿命。
换填法地基处理的实施过程要分为几个步骤：
首先，进行地基分析，评估地层情况，发现问题点，诊断地质条件；
其次，进行地基设计，制定施工图设计，进行地质测量和计算，确定施工工艺；
然后，施工前准备，明确基础处理的施工技术要求，清理岩层，准备填料材料，按要求备料；
接着，开展换填法处理，利用爆破、挖掘机和铲除等方法，将地基深层的弱碎岩层挖掉，再用高强度的填料材料填充起来，确保填料和地基的良好结合；
最后，进行质量检测，完成换填法处理后，进行地基质量检测，保证地基处理质量。
另外，实施换填法地基处理时，必须采取有效的安全措施，以防止施工造成环境污染或伤害他人。
此外，施工过程中需要密切关注地震灾害变化，以防止安全事故的发生。
换填法地基处理可以有效改善地层中的弱碎岩层，提高建筑物的稳定性，为建筑物的持续使用提供良好的地基保障。
因此，在实施换填法地基处理时，要认真对待，注意安全，确保质量，以达到预期的改善效果。
7.2 置换法(换填法)
文献内容出自：高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材《地基处理》P58浙江大学龚晓南编著同济大学叶书麟主审中国建筑工业出版社7.2 置换法（换填法）置换法是指应用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或全部软弱土体或不良土体，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降目的一类地基处理方法。
不少地基处理方法在加固地基时都有置换作用，属于置换法的地基处理方法指的是以置换为主的一类地基处理方法，其方法主要有：换土垫层法、挤淤置换法、褥垫法、强夯置换法以及碎石桩置换法和砂桩置换法、石灰桩法、气泡轻质填土法和EPS超轻质料填土法等。
7.2.1 换土垫层法7.2.1.1 加固机理和适用方法换土垫层法就是将基础底面以下不太深的一定范围内软弱土层挖去，然后用强度高、压缩性能好的岩土材料，如砂、碎石、矿渣、灰土、土工格栅加砂石料等材料分层填筑，采用碾压、振密等方法使垫层密实。
通过垫层将上部荷载扩散传到垫层下卧层地基中，以满足提高地基承载力和减少沉降的要求。
填土垫层法适用于软弱土层分布在浅层且较薄的各类不良地基的处理。
7.2.1.2 设计换土垫层法加固地基设计包括垫层材料的选用，垫层铺设范围、厚度的确定，以及地基沉降计算等。
1.垫层材料选用 P59采用换图垫层处理地基，垫层材料可因地制宜地根据工程的具体条件合理选用下述材料：⑴砂、碎石或砂石料；⑵灰土；⑶粉煤灰或矿渣；⑷土工合成材料加碎石垫层等。
2.确定垫层铺设范围垫层铺设范围应满足基础底面应力扩散的要求。
对条形基础，垫层铺设厚度B可根据当地经验确定，也可按下式计算：≥+B b zθ2tan式中 B—垫层厚度，m；b—基础底面宽度，m；Z—垫层厚度，m；θ—应力扩散角，可按下表采用整片垫层的铺设宽度可根据施工的要求适当放宽。
垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层地面两侧向上，按当地开挖基坑经验放坡。
3.确定垫层厚度垫层铺设厚度根据需要置换软弱土层的厚度确定，要求垫层底面处土的自重应力与荷载作用下产生的附加应力之和不大于同一标高处的地基承载力特征值，如下图所示。
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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。
2.4 垫层施工
一、垫层施工方法
机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法三种。 （一）机械压实法 机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、 振动碾或其它压实界些来压实软弱地基土或分层填土 垫层。 施工步骤 1.现将拟建范围内一定深度内的软弱土挖出至设 计要求，2.再将底部土体碾压加固，3.然后分层填筑 ，逐层加密。
2.干密度—含水量曲线的物理意义 ⑴当粘性土的含水量较小时，水化膜很薄，以结 合水为主，颗粒间引力大，在一定的外部压实功作用 下，还不能克服这种引力而使土粒相对移动，压实效 果差，土的干密度较小； ⑵当增加土的含水量时，结合水膜逐渐增厚，颗 粒间引力减弱，土粒在相同的压实功能下易于移动而 挤密，压实效果提高，土的干密度也随之提高； ⑶当土中含水量增大到一定程度后，孔隙中开始 出现自由水，结合水膜的扩大作用并不明显，颗粒间 引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒间的 移动，并随着含水量的继续增大，移动阻力逐渐增大， 压实效夯 ⑵夯击前应检查坑中土的含水量 ⑶施工夯打工艺 ⑷现场有边坡或邻近建筑物时，应当采用必 要的防护措施。
3.质量检验
不仅要检查施工记录及试夯最后下沉量， 而且要检查加固质量。基槽每30m一点，整片 地基每100m22点以上
(三)平板振动法 振动压实法是利用各种 振动压实机，将松散土振 压密实。 适用于处理无粘性土 或粘粒含量少，透水性较 好的松散杂填土地基。 振动压实机的工作原理 是由电动机带动两个偏心 块以相同速度反向转动而 产生很大的垂直振动力。 压实效果：一般杂填土 经振实后，地基承载力特征 值可达100～120kPa。
B b 2 z tan c
（三）平面处理范围 素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。
（三）、粉煤灰垫层 1.化学性质 粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性， 具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，与二 氧化硅，三氧化二铝等物质进行水化反应，生成水化 产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块状结 构，可提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗 性和水稳定性。 2.物理性质 粉煤灰的压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽 的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏感性比粘 性土小，最优含水量易于控制。
b b 2 ztg
(二 ) 素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理 1～4m厚的软弱土层。 灰土垫层即通常讲的2：8或3：7灰土。垫层强度随 灰量的增加而提高。 二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7 体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫 层高得多，常用于处理湿陷性黄土。
（一）厚度确定 软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。 1. 对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证 天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。 2. 对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非 自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷 量不大于20cm才能取得好的效果。 （二）宽度确定：灰土垫层的宽度可取
二、土的压实系数
1.压实系数λc
d c d max
d max
pw · ds · 1 0.01· op · ds
室内击实试验：
ρd——现场土的实际控制干密度；ρdmax— —土的最大干密度。 压实系数可参考表2-4选用。
2.含水量 施工含水量应尽量接近最优含水量。 3.铺填厚度及压实遍数 应通过现场试验确定，可参考表2-11、2-12。 采用不同的施工机械，要选择与之相应的 参数。
质量检验 施工中，随层检验平均干密度、含水量。 采用环刀法或贯入测定法。每个基坑或100～ 500m2设一个检验点。
(二)重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械 将夯锤提升到一定高度，然后 自由落锤，不断重复夯击以加 固地基。
施工顺序 重锤夯实宜一夯挨一夯顺 序进行。在独立柱基基坑内， 宜按先外后里的顺序夯击。同 一基坑底面标高不同时，应按 先深后浅的顺序逐层夯实。
2.2、垫层的设计 (一)砂垫层的设计 1.垫层的设计原则 ⑴足够的厚度以置换可能受剪破坏的软弱土层；⑵ 足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出；⑶设计垫层为排 水垫层。 2.砂垫层的厚度z的确定
Pz Pcz f z
f Z f ak b (b - 3) d m (d - 0.5)