地基处理_3换填法

(1)提高地基承载力。 (2)减少沉降量。 (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。 (6)消除湿陷性黄土的湿陷作用 (7)局部换填处理暗浜和暗沟
(1)提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。 如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基 的承载力，避免地基破坏。 (2)减少沉降量。一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是 比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降 量约占总沉降量50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱土
石为3050MPa。无论是地基还是垫层，其沉降计算均可传统
分层总和法计算。
3.4 施工
施工包括：（1）开挖换土；（2）铺填垫层。 （1）开挖换土：应注意避免坑底土层的扰动，应采用干挖土法。
（2）铺填垫层： 1）垫层需分层铺填，并分层密实。分层厚度20~30cm。 2）根据不同的换填材料选用不同的施工机械：
表3.2 垫层材料压力扩散角 θ（°）
换填材料 z/b 中、粗砂、砾石、卵 石、碎石 粘性土和粉土 (8<Ip<14) 灰土
0.25
20
6
≥0.50
30
23
28
注：当时z/b<0.25，除灰土取θ=28o外，其余材料θ=0o； 当0.25<z/b<0.5时，θ可由内插法求得。
地基承载力修正
土的 类别 淤泥和淤泥质土
最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石
粘粒含量大于10％的粉土 粘粒含量小于10％的粉土 e及IL均小于0.85的粘性土
0
0.3 0.5 0.3
2.0
1.5 2.0 1.6
粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)
中砂、粗砂、砾砂和碎石土
2.0
3.0
3.0
4.4
3. 垫层宽度（B）
垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层
(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。
3.1.1 加固机理和适用范围
加固机理：换填、振密、应力扩散。 种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
适用范围：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的
处理。 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)
3.1.2 垫层的作用
表 11－ 7 项次 1 2 3 夯实机具种类 石 夯 、 木 夯 轻型夯实机械 压 路 机
灰土的压实方法和虚铺厚度 夯具重量（t） 虚铺厚度（cm） 0.04～0.08 － 6～10 20～25 20～25 20～30 备注 人力夯打，落高 40～50cm 蛙式（柴油）打夯机 双轮压路机或三轮压路机
后分层换填强度较大，压缩性能好的岩土材料（砂、 碎石、矿渣、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（土工格栅），并压 （碾、夯、振）实至要求的密实度，并形成垫层。
换土垫层法包括：低洼地域筑高和堆填筑高
优点：就地取材、施工简单、机械设备简单、工期短、造价低。 处理深度：3~5m以内。
砂石垫层宜采用振动碾碾压；
粉煤灰垫层宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯等碾压方法密实； 灰土垫层宜采用平碾、振动碾等方法密实。
蛙式打夯机
平板振动碾
手推打夯机
静压路机
单钢轴振动碾压机
双钢轴振动碾压机
轮碾压分类
施工机械
振动碾碾压法： 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。 此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。 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。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其 最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数 （如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须 由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件
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”。
Gs w d 击实曲线 Gw 1 w 1 e 1 s S

Gs w 击实试验
d

1 w
人工压实不是挤出土中水，而是挤出土中气来达到压实目的的。
土的压实度（或压实系数c），定义为土压实时 要求达到的干密度d与室内击实试验所得到的 最大干密度dmax之比值，可由下式表示： c =d /dmax
终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数与施工含水量进
行控制。
平板振动法： 平板振动法是使用振动压实机来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的一种方法。 振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长， 效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动 就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量 和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在 1mim以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为 1.2～1.5m。 振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动 的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其 均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实 的杂填土地基承载力可达100～120kPa。
2．粉煤灰垫层施工应分层压实。
3．过湿的粉煤灰要沥干装运，装运时含水率宜为15～25％。 4．垫层施工时要设臵泄水沟或排水盲沟，垫层四周要设臵具 有防冲刷功能的帷幕，垫层底层的粉煤灰要选用较粗的灰，并 使含水率稍低于最优含水率。
（四）干渣垫层施工要点 1．干渣垫层压实可采用碾压法或平板振动法。 2．干渣垫层施工应分层压实。 3．小面积施工宜用平板振动器振实，电机功率大于
2. 垫层厚度（z）
换填法设计主要是
回填土
垫层厚度z（0.5~3m）和宽度B。
原则：

b
d

z
B= b+2ztg
（1）各种材料垫层设计，近似按砂垫层计算方法进行设计 （2）砂垫层垫层厚度z，要求有足够深度，以置换可能被剪切
破坏的软弱土层；
（3）垫层上、下平面尺寸，要满足应力扩散要求和砂垫层不 发生水平挤出
b 基础 回填土
p
D

pcz
pz
z
$
$
$
pcz
$
$
pz
$
b+2z tan
B
垫层
垫层设计示意图
垫层厚度z，可根据下卧土层承载力确定，应符 合地基承载力验算要求
pz pcz f az
式中 pz－垫层底面处的附加压力（kPa） pcz－垫层底面处的自重压力（kPa）
faz－垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值
在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。 要求压实度越接近于1，表明对压实质量的要求越高。 根据工程性质及填土的受力状况，所要求的压实度是不 一样的。 在工地上对压实度的检验，一般可用环刀法、灌 砂（或水）法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定 土的干密度和含水量，具体选用哪种方法，可根据工地 的实际情况决定。
施工要点 （一）砂石垫层施工要点 1．碾压、密实； 2．人工配臵级配的砂石应拌和均匀； 3 ．用碎石或卵砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填 150 ～ 300mm 厚的砂垫层，并用木夯夯实，不得使用振捣 器，以防下部软弱土层表面受到局部破坏。如果淤泥或 淤泥质土层厚度较小，可采用抛石挤淤处理； 4．基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动软弱下卧层； 5．垫层铺填前，应做好验槽工作；
f az f a hb (b 3) h d m (d 0.5)
hb 0 0 0 0.15 0 hd 1.0 1.0 1.2 1.4 1.5
人工填土，或e或者大于等于0.85的粘土 红粘土 含水比大于0.8 含水比小于等于0.8 填土 粉土 压实系数大于0.95、粘粒含量大于10％的粉土
5．在地下水位以下的基坑施工时，应采取排水措施。
6 ．垫层分段施工时，不能在桩基、墙角及承重墙下接 缝，接缝处上下两层的缝距不能大于 500mm，接缝处应
夯压密实。
7．垫层施工结束后及时进行基础施工和基坑回填。
（三）粉煤灰垫层施工要点 1．粉煤灰垫层压实可用平板振动器、蛙式打夯机、压路机或 振动压路机等。
3.2 垫层作用机理
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
振 密 机 理
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 就不显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土
从垫层底面两侧向上，按当地基础开挖经验放坡。
4. 沉降计算
一般垫层地基的沉降仅考虑下卧层（垫层下地基 土）的变形，但对于沉降要求较严或垫层较厚的情况， 地基沉降S，包括垫层本身压缩沉降Sm和下卧层沉降Sg，
即
S S m S g
Sm计算中，应力可取垫层顶面和底面压力的平均值。一 般砂垫层Es=2030MPa；粉煤灰则Es=820MPa，碎石、卵
第3章 换土垫层法