换土垫层法地基处理适用范围及施工技术

应力扩散角θ（度）
二、垫层宽度的确定
•方法一：应力扩散角法 •b’=b+2Ztgθ •垫层顶宽超出基础>300
二、垫层宽度的确定
•方法二：按侧面土的承载力标准
值确定
三、垫层承载力的确定
•现场试验确定
• 静载试验、取土分析、标准贯入、 动力触探等综合确定。
三、垫层承载力的确定
• 不太重要、小型、轻型、沉降要求不高
• 先根据初步拟定的砂垫层厚度hz，再用公
式（2-1）复核。通常砂垫层厚度为0.5～ 3.0m之间。太厚则施工困难；太薄则换土 垫层的作用不显著。
• 方法 二：应力扩散角
• 垫层底面处的附加压力值 pz
• 条形基础：
(2-
3)
•矩
形
基
础
：
(2-2)
• 式中 b——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； • l——矩形基础底面的长度（m）； • p——基础底面压力的设计值（kPa）； • pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）；
第三节 垫层施工
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当土的含水量增加时，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，压实效果 反而下降，土的干密度随之减少。
第三节 垫层施工 • 机械式振动压路机
第三节 垫层施工
• 羊足碾、蛙式打夯机
蛙式打夯机
第三节 垫层施工
• 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。
换土垫层法
• 处理的对象：淤泥、淤泥质土、湿陷性
土、膨胀土、冻胀土、杂填土地基。
• 换填材料：
• 砂垫层、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
• 根据实验结果及实测资料可将各种材料的 垫层设计都近似地按砂垫层的设计方法进 行计算。
换土垫层法
•施工方法：
• 机械碾压法 • 重锤夯实法 • 振动压实法等
换土垫层法
• 作用：
• 提高持力层的强度，将基底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小到该软弱地基 土的容许承载力范围内，满足强度要求；
• 垫层置换软弱土层，可减少地基的变形量；
• 加速软土层的排水固结。垫层材料透水性大，软弱土 层受压后，垫层作为良好的排水面，使基础下的孔隙 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；
第三节 垫层施工
• 机械碾压法
• 采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、 推土机或其他压实机械来压实地基土的一 种压实方法，常用于大面积填土的压实、 杂填土地基处理、道路工程及基坑面积较 大的换土垫层的分层压实。
• 施工时先按设计挖掉要处理的软弱土层， 把基础底部土碾压密实后，再分层填土， 逐层压密。压实效果取决于被压实土料的 含水量和压实机械的能量。
• 1.化学性质
粉煤灰垫层设计
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SiO2、Al2O3等物质水化反应，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
时，承载力可达200-300KPa。但应进行 下卧层强度验算。
第三节 垫层施工
土由固体颗粒、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 要使土的压实效果最好，其含水量一定要 适当。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。
素土和灰土垫层设计
（一）厚度确定 软土地基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，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：
适用中、小型工程及大面积回填，湿陷性黄土地基处理。
灰土或二 灰土垫层 粉煤灰垫层
干渣垫层
适用于中小型工程，尤其适用于湿陷性黄土地基的处理， 也可用于膨胀土地基的处理。
用于厂房、机场、港区陆域和堆场等工程的大面积填筑， 粉煤灰垫层在地下水位以下时，强度降低30%左右。 地坪、堆物等工程大面积的地基处理和场地平整，铁路、 道路地基等，但受酸性和碱性废水影响的地基不得用干渣 作垫层。
换土垫层法地基处理适 用范围及施工技术
第一节 垫层的作用及适用范围
• 换填法：将基础底面下一定范围内的软 弱土层挖去，然后分层填入强度较大的 砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳 定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实） 至要求的密实度。
• 该法常用于基坑面积宽大和开挖土方量 较大的回填土方工程，一般适用于处理 浅层软弱土层与低洼区域的填筑。一般 处理深度为2～3m。
• 防止冻胀。由于粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生 毛细现象，可防止寒冷地区土中结冰造成的冻胀；
• 对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，可以消除或部分消 除地基土的湿陷性、胀缩性。
第二节 换土垫层法设计
• 要求：
• 1）足够的厚度 ：置换可能受到剪切破坏的软弱 土层 ，满足地基强度和变形的要求
• 2）足够的宽度 ：防止垫层向两侧挤出增加沉降 • 3）形成一个排水层面，以利于软土的排水固结
• Pz+Pcz≤fz （2-1） • 式中Pz—垫层底面处附加应力设计值（kpa）； • Pcz—垫层底面处土的自重压力标准值（kpa）； • fz—垫层底面处经深度修正后软弱土层的地基承
载力设计值（kpa）。
垫层厚度的确定
• 方法一：估算
• 根据垫层的地基承载力标准值确定出基础 宽度，再根据下卧层的承载力确定出垫层 的厚度。
第三节 垫层施工
第三节 垫层施工
•二、土的压实参数
1.压实系数λc
c
d d max
ρd——现场土的实际控制干密度； ρdmax——土的最大干密度。
第三节 垫层施工
•无资料时：d
max
·
1
pw ·ds
0.01·op
·d s
pw——水的密度（kN/m3） η——经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取
粉煤灰垫层设计
• 在确定垫层厚度时，可取其压力扩散角为 22o，计算方法同砂垫层。
• 承载力应通过现场试验确定。 • 当无试验资料时，可参考以下数据： • (1)人工压实（夯实）:压实系数:0.9 ;干密
度:9KN/m3时，承载力达120-150KPa。 • (2)当压实系数:0.95 及干密度:9.5KN/m3
换土垫层法设计
垫层设计的主要内容 ：
• 1）确定垫层的合理厚度和宽度 • 2）确定垫层承载力（现场试验）；
验算下卧层的承载力。 • 3）沉降计算
重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的 建筑，应进行地基变形计算
换土垫层法设计
• 一、垫层厚度的确定
• 作用于垫层底面处土的自重应力与附加应力之和 应不大于下卧层的允许承载力，即
• α=Lb/(b+2hstanθ）(L+2hstanθ）
四、沉降量计算
• 下卧土层的变形量
• 按分压层总和法确定：
• SP=ψPzb′
(2-12)
• 式中 ψ ——沉降计算经验系数，按地区沉降观测资
料及经验确定，也可按表2-5；
• Pz ——垫层底面的附加应力（kPa）； • b′——垫层底宽度（m）；
换土垫层法
•效果：浅层处理 • 适用：淤泥、淤泥质土、湿陷性
土、膨胀土、冻胀土、素填土、 杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅 层处理
换土垫层法
垫层种类
适用范围
砂（沙砾、 碎石）垫层
素土垫层
多用于中小型建筑工程的滨、塘、沟等的局部处理。适用 一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理。不宜适 用湿陷性黄土地基，也不适宜大面积堆载。砂垫层不宜用 于有地下水且流速快、流量大的地基处理。不宜采用粉细 作垫层。
0.96，粉土取0.97； ds——土颗粒的相对密度（土的比重）；
ωop——土的最优含水量（%），可按当 地经验或取ωp +2（ ωp为塑限），粉土取 14～18%。
第三节 垫层施工
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。采用不 同的施工机械，要选择与之相应的 参数。
S--各土层压缩变形之和（㎜）。
四、沉降量计算
• 垫层自身变形量可按下式计算： SC=（p+ αp ） hs /2Es （2-9）
式中 p——基底压力（kpa） Es—垫层压缩模量，由静载荷试验确定，当无试验资料
时，取15～25MPa。
α—基底压力扩散系数。
• 条基： α=b/(b+2hstanθ） • 矩形基础：
较宽的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏