换填垫层法静载荷试验
完整版 换填法地基处理施工方案
换填法地基处理施工方案一、 编制依据二、 施工准备(一) 技术准备换填施工前，根据换填材料对垫层参数进行设计，主要有：垫层的厚度、垫层的宽度、承载力和沉降四个方面。
垫层设4.2.2 条要求。
1、垫层厚度的确定换填垫层厚度一般为 0.5m ~3m 。
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。
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。
4、沉降计算垫层地基的沉降分两部分，一是垫层自身的沉降，二是软弱下卧层的沉降，由于垫层材料模量远大于下卧层模量，所以在一般情况下，软弱下卧层的沉降量占整个沉降量的大部分。
(二) 材料准备在垫层的施工中，填料质量的好坏、是直接影响垫层施工质量的关键因素。
确定换填土的来源、种类、规格等参数。
常见的换填材料有砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、其他工业废渣及土工合成材料，各类换填材料应满足《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）4.2.1 条要求。
(三) 机具准备施工主要机械见下表。
压实机械选用：垫层施工应根据不同的换填材料选择不同的施工机械。
粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾和羊足碾，中小型工程也可采用蛙式打夯机、柴油夯；砂石等宜采用振动碾；粉煤灰宜用平碾、振动碾、平板式振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平碾、振动碾、平板式振动器。
三、工艺流程土方换填施工流程图四、施工要点施工准备1、查明待换填地层土性质及地质现象；2、了解上沟、塘、洞等分布范围和深度及地下管线、防空洞及地下障碍物的分布范围和走向；3、查明填土的成分、范围、厚度、均匀性、填筑年限和方法等；4、查明地下水的埋藏条件、类型、埋深等。
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
3 换填垫层法PPT课件
（三）施工要点
1 应考虑附加荷载对邻近建筑的影响；
2 注意地下水位的要求；
3 严禁扰动下卧软层，留200mm土；
4 垫层铺填前，应做好验槽工作；
五 垫层的作用
1 提高持力层承载力 2 减小沉降 3 加速软弱土层的固结 4 防止冻胀 5 消除膨胀土的胀缩作用
土的压实机理
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 用不大，因而引力的减少就不显著，此时自由水填 充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，使 压实效果又趋于下降。因此在设计叫要选择一个 “最优含水量”，这就是土粒的压实机理。
试验资料时，可按表3－2（教材34页）选 用，并应验算下卧层的承载力。
4 沉降计算
对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑， 还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层 自身的变形量与下卧土层的变形量之和。
对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于 天然土层密度的垫层，宜早换填并考虑其附加的荷 载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。
换填法在国外亦有的将它归属于“压实”的 地基处理范畴，“压实”可认为是由土排除 空气而使空隙减小，因此它不同于“固结”， “固结”是由于排除孔隙水而使孔隙体积减 少。换填后将土层压实，就增加了土的抗剪 强度，减少了渗透性和压缩性，减弱了液化 势，并增加了抗冲侧能力。
砂石换填检测方案
红庙子污水厂二期扩建工程地基基础砂石换填检测方案编号：版本：受控号：修改状态：编制：复核：审核：批准：有效状态：中铁上海局集团市政工程有限公司二O一六年九月四号目录一、编制依据 (3)二、工程概况 (3)三、实验目的及内容 (7)3-1.试验目的及内容 (7)3-2.试验位置 (8)3-3.试验准备 (8)3-4.试验方法的选择 (8)3-5.其他注意事项 (10)四、压实度实验方案 (10)4-1.挖坑灌砂法 (10)4-2.环刀法 (19)五、平板静载荷实验方案 (28)六、地基系数K30 (29)七、砂石级配的配合比 (31)八、动力触探试验方案 (32)7-1.试验目的及内容 (34)7-2.设备 (35)7-3.试验方法与要点 (35)7-4.资料整理 (35)九、检测任务量统计 (34)十、设备配备统计 (37)一、编制依据1、北方时代建筑勘察设计研究相关勘察资料；2、行业现行有关技术规范、规程及标准；3、《建筑地基基础设计规范》GB50007-20114、《地基与基础工程施工质量验收规范》GB50202-20025、《建筑结构荷载规范》GB50009-20156、《建筑地基基础工程施工规范(正式版) 》GB51004－20157、《建筑地基检测技术规范》JGJ 340-20158、《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2012二、工程概况1. 建筑物名称：赤峰市红庙子污水处理二期扩建工程2. 建、构筑物层数及高度：详见附表3. 厂区室外地坪±0.000地面相当于绝对标高约526.50，室内±0.000地面相当于绝对标高约526.80。
4. 建筑物类别、耐火等级详见附表。
5. 地震设防烈度7度。
6. 结构形式：见附表7. 各构筑物、建筑物布置情况参见总图。
8. 基础形式见附表。
9.地基为砂石换填，设计承载力特征值均为140kPa。
10.场地内工程地质条件：10-1：拟建场地内地质条件较为复杂，局部存在中砂夹层，具体见剖面图和钻孔柱状图。
地基静载荷试验
3.4 现场检测技术方法
一、地基土载荷试验
（2）试验点位置选择
天然地基载荷试验点应布置在有代表性的地点和基础底面标 高处，且布置在技术钻孔附近。当场地地质成因单一、土质 分布均匀时，试验点离技术钻孔距离不宜超过10m，反之不 应超过5m，也不宜小于2m。
3.4 现场检测技术方法
一、地基土载荷试验
（1）地基
支撑建筑物基础的土体或岩体称之建筑物地基。
（2）地基处理
提高地基强度，改善其变形性质或渗透性质而采取的技术措 施。
3.1 概述
一、地基、地基处理与复合地基的概念
（3）复合地基
部分土体被增强或被置换，形成地由地基土和增强体共同承 担荷载的人工地基。 σp
σ
σs
桩 间 土 桩 体
单元体
3.1 概述
3.2 基本理论
二、复合地基受竖向荷载的变形特性
（1）复合地基的变形特征
刚性基础
Ep>Es1 初始 增强体和桩间土体中竖
向应力大小大致上按两 者的模量比分配
Es1 Ep
当 荷载Q
σs σp
土体产生蠕变
荷载向增强体上转移
3.2 基本理论
二、复合地基受竖向荷载的变形特性
（2）复合地基设计中涉及的主要参数 a）桩土应力比n
双层地基
3.1 概述
一、地基、地基处理与复合地基的概念
增强体 基体
增强体
基体
复合地基
复合地基
3.1 概述
二、地基、复合地基的主要类型
（1）地基 天然地基
地基
人工地基
3.1 概述
二、地基、复合地基的主要类型
（2）复合地基
散体材料桩
竖向增强体复合地基 粘结材料桩
换填垫层法(建筑土木)
换填垫层法2—1 概述换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。
当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。
对于较深厚的软弱土层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱土层在荷载下的长期变形依然很大。
例如，对较深厚的淤泥或淤泥质土类软弱地基，采用垫层仅置换上层软土后，通常可提高持力层的承载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形量大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体形复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应采用浅层局部置换的处理方法。
对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、大古墓或拆除旧基础后的坑穴，均可采用换填法进行地基处理。
在这种局部的换填处理中，保持建筑地基整体变形均匀是换填应遵循的最基本原则。
开挖基坑后，利用分层回填夯压，也可处理较深的软弱土层。
但换填基坑过深，常因地下水位高，需要采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或边坡需要支护；因此易引起邻近地面、管网、道路与建筑的沉降变形破坏；再则施工土方量大、弃土多等因素，常使处理工程费用增高、工期拖长、对环境的影响增大等。
因此，换填法的处理深度通常控制在3m以内较为合理。
大面积填土产生的大范围地面荷载影响深度较深，地基压缩变形量大，变形延续时间长，与换填垫层法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计施工应另行按国家现行有关规范执行。
换填垫层法常用厂处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。
采用换填垫层全部置换厚度不大的软弱土层，可取得良好的效果；对于轻型建筑、地坪、道路或堆场，采用换填垫层处理上层部分软弱土时，由于传递到下卧层顶面的附加应力很小，也可取得较好的效果。
但对于结构刚度差、体形复杂、荷重较大的建筑，巾于附加荷载对下的影响较大，如仅换填软弱土层的上部，地基仍将产牛较大的变形及不均匀变形；仍有可能对建筑造成破坏。
在我国东南沿海软土地区，许多工程实践经验或教训表明，采用换填垫层时，必须考虑建筑体形、荷载分布、结构刚度等因素对建筑物的影响，对于深厚软弱土层，不应采用局部换填垫层法处理地基。
换填垫层法的概念适用性及加固机理PPT培训课件
2020年11月18日
2.3 换土垫层的设计
Pcz Pz b'
2.3 换土垫层的设计
pz计算 工程上常按应力扩散角计算，如《建筑地基处理技术规
范》（JGJ79－2002）介绍的用应力扩散角计算公式如 下：
条形基础 矩形基础
2020年11月18日
pz
b( p pcz ) b 2ztg
pz
(b
bl( p pcz ) 2ztg )(l 2ztg )
（垫层引起应力扩散）
2020年11月18日
2.2 加固机理
二、换填材料
•砂和砂石： 中粗砂，可掺入一定量的碎（卵）石，含泥量小于3%； •灰土： 生石灰：Cao含量8%，消解3-4天； 土：不含有机质的粘性土； 配比：石灰：土=2：8或3：7； •碎石：d=5-40mm,含泥量小于5%；
2020年11月18日
2020年11月18日
2.3 换土垫层的设计
4、砂石垫层沉降计算
沉降量等于垫层自身的变形量与下卧层的变形量之和：
s s1 s2 s －基础沉降量（mm）； s1 －垫层自身的竖向压缩量（mm）； s2 －垫层底面以下各压缩层压缩变形之和（mm）。
垫层的压缩模量应由荷载试验确定。当无试验资料时，砂 垫层的压缩模量可选用24～30MPa，其它垫层的压缩模量 可查阅相关规范。
2.3 换土垫层的设计
1、换土垫层的设计主要根据换土作用确定
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换填垫层法静载荷试验探讨
徐宜威王加宝
(扬州市开元岩土工程检测有限公司)
摘要对换填垫层法静载试验依据的规范、压板尺寸的选择、承载力特征值的确定、承重墙压
板基准桩
三者距离进行了探讨。
关键词地基处理规范
1、换填垫层法静载试验依据的规范
目前，地基承载力静载试验依据的规范主要有：
（1）中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A“复合地基载荷试验要点”，主要针对水泥土搅拌桩、砂石桩等复合地基。
采用与原地基土质不同的材料的加筋增强体形成加固后的地基，该地基中的增强体与原地基协同工作共同承担外荷载，称为复合地基，所谓加筋体有竖向增强体、水平向增强体和斜向增强体三种形式，竖向增强全以桩（柱）或墩的形式出现，斜向增加体如土钉、斜加筋等，水平向增强体常常是土工聚合物或其他金属杆和板
带。
在水平向加筋增加体所加固地基中的土工聚合物、镀锌钢片、铝合金等材料则是充分利用其抗拉性能和与土之间产生的摩擦力承担外荷。
按照复合地基的定义，没有任何形式的加筋增强体的地基就不是复合地基，因此换填垫层法所加固的地基不是复合地基，不能依据此规范进行换填垫层法静载试验。
（2）中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录C“浅层平板载荷试验要点”，主要针对浅层天然地基。
换填垫层法是对浅层软弱土层挖除，填筑易于压实的材料静载荷试验检无专门的检验规范，如果软弱土较厚而全部挖除不合理时，可将其部分挖除，填筑密实的垫层材料，但必须进行换填层以下土层的承载力及变形验算。
换填垫层法的受力特性相当于上硬（处理深度内）下软（软弱下卧层）双层地基，其承载力和变形特性类似于承载力较高的天然地基，其载荷试验可以参照“浅层平板载荷试验要点”，但在压板的选择及承载力特征值的确定上应有所区别。
2、换填垫层法静载试验压板尺寸的选择
在现场通过一定尺寸的载荷板对地基直接加荷，根据方形荷载（z等值线图1（b），所测得的成果一般能反映相当于1~2倍压板宽度（或直径）的深度以内土体
的平均性质。
按中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）条文说明4.4.4条，载荷试验压板的边长或直径不应小于垫层厚度的1/3。
当压板尺寸满足规范要求，但不太大时，载荷试验压板的边长或直径为垫层厚度的1/3~1/2，如图1b所示，此时载荷试验主要是检验垫层承载力。
载荷试验采用的压板通常总是小于实际基础的底面尺寸，当下卧层为软弱土层时（图2），小压板载荷试验检测的承载力仅仅检验垫层承载力，不能反映软弱下卧层的影响。
因此当建筑物基础的实际尺寸远大于压板尺寸，荷载传递深度较深，如果存在软弱下卧层，应进行下卧土层的承载力及变形验算，或进行实际基础底面尺寸的大压板试验。
3、换填垫层法静载试验承载力特征值的确定
换填垫层法处理地基测点承载力特征的确定可参照中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录C“浅层平板载荷试验要点”
C.0.6，其中的C.0.6第三条“当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.25~0.5m2，可取s/b=0.01~0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半”，但应用在换填垫层法处理地基时应进行调整：
（1）换填垫层法静载试验压板的边长或直径不应小于垫层厚度的1/3，其压板面积有时会大于0.5m2，当载荷试验压板的边长或直径为垫层厚度的1/3~1/2，载荷试验主要是检验垫层承载力。
由变形计算原理得知，如果载荷板和基础下的压力相同，且地基土是均匀的，则它们的沉降值与各自宽度的比值（s/b）大致相等。
对当压板面积为0.25~0.5m2限制应取消。
当进行实际基础底面尺寸的大压板试验时，承载力同时反映垫层及下卧层的影响，其静载试验承载力特征值的确定还应考虑建筑特地基变形允许值的要求。
（2）由于换填垫层法处理地基时已分层压实，其承载力的变形特性类似于承载力相对较高的天然地基，对于本条中“s/b=0.01~0.015所对应的荷载”在应用换填垫层法处理地基时应为“s/b=0.01所对应的荷载”。
综上所述，在应用换填垫层法处理地基测点承载力特征值的确定时第三条应为“当不能按上述二款要求确定时：当载荷试验压板的边长或直径为垫层厚度的1/3~1/2，可取s/b=0.01所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半；当进行实际基础底面尺寸的大压板试验时，根据建筑物地基变形允许值的要求确定。
”4、承重墙、压板、基准桩三者距离
静载试验前，荷载先由试验点的两侧承重墙承担，承重墙基底产生附加应力，相应地周围便会出现沉降，因此在静载试验前，试验点已发生了沉降，承重墙对试验点产生了影响。
在试验过程中，荷载通过千斤顶逐级加到试验点上，这样承重墙产生卸载。
承重墙基底附加应力等值线如图1所示，承重墙基底附加应力分布如图3所示，利用《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）5.3.5条最终变形最计算公式：
，对于砂石垫层取E8=20MPa，当P0取300kp a/2=150kp a，b取1m时，计算深度参照《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）5.3.7条取2.5b（b为承重墙宽度），计算结果见图4所示，可以发现距离承重墙中心b处（b为承重墙宽度）净距处产生的沉降仅0.86mm，对静载试验点的影响很小，可忽略不计，因此对承重墙、压板、基准桩三者距离可不作要求，但在条件允许的情况下，三者之间尽量保持一定距离，可作如下要求：承重墙、压板、基准桩三者中心距离大于压板宽度或直径，这样在工程中形成一个易于实现的、统一的标准。
时间：2021.03.05 创作：欧阳理。