地基处理 3 换填垫层法.ppt

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1、地基处理 3 换填垫层法 Four short words sum up what has lifted most successful Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. individuals above the crowd: a little bit more. -author -author -date-date一一 换填法的概念换填法的概念当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物

2、的要求，而软弱层的厚度又不很大时，将基的要求，而软弱层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或部分或全部全部挖去，然后分层换填强度较大的砂挖去，然后分层换填强度较大的砂( (碎石、碎石、素土、灰土、粉煤灰素土、灰土、粉煤灰) )或其它性能稳定、无侵或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振蚀性等材料，并压（夯、振) )实至要求的密实实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法，度为止，这种地基处理的方法称为换填法，它还包括低洼地域筑高它还包括低洼地域筑高( (平整场地平整场地) )或堆填筑或堆填筑高高( (道路路基道路路基) )。二二

3、 分类分类按回填材料不同，垫层可分为：砂垫层、砂按回填材料不同，垫层可分为：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层等。矿渣垫层和粉煤灰垫层等。 三三 一些注意事项一些注意事项1 1 大面积填土产生的大范围地面荷载影响深度较深，大面积填土产生的大范围地面荷载影响深度较深，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换填地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换填法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计和施工时，地面堆载应力求均衡，避免大量、的设计和施工时，地面堆载应力求均衡，避免

4、大量、迅速、集中堆载，并根据使用要求、堆载特点，结迅速、集中堆载，并根据使用要求、堆载特点，结构类型和地质条件确定允许堆载的大小和范围。堆构类型和地质条件确定允许堆载的大小和范围。堆载不宜压在基础上，应在基础施工前不少于三个月载不宜压在基础上，应在基础施工前不少于三个月完成大面积填土。完成大面积填土。2 2 通常基坑开挖后，利用分层回填压实，虽也可处通常基坑开挖后，利用分层回填压实，虽也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而采取理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而采取降水措施。降水措施。3 3 坑壁放坡，占地面积大或需要基坑支护。坑壁放坡，占地面积大或需要基坑支护。4 4 施工土方量

5、大，弃土多等因素，从而使处理费用施工土方量大，弃土多等因素，从而使处理费用增高、工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控增高、工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控制在制在3m3m以内，但也不宜小于以内，但也不宜小于0.5m0.5m，因为垫层太薄，因为垫层太薄，则换土垫层的作用并不显著。则换土垫层的作用并不显著。 换填法在国外亦有的将它归属于换填法在国外亦有的将它归属于“压实压实”的的地基处理范畴，地基处理范畴，“压实压实”可认为是由土排除可认为是由土排除空气而使空隙减小，因此它不同于空气而使空隙减小，因此它不同于“固结固结”，“固结固结”是由于排除孔隙水而使孔隙体积减是由于排除孔隙水而使孔隙体

6、积减少。换填后将土层压实，就增加了土的抗剪少。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，减弱了液化强度，减少了渗透性和压缩性，减弱了液化趋势，并增加了抗冲侧能力。趋势，并增加了抗冲侧能力。 四四 勘查勘查 1 1 地质情况地质情况 2 2 地形、地貌、土的性质等地形、地貌、土的性质等 3 3 地下水位地下水位 4 4 地下管线，地下建筑等地下管线，地下建筑等 5 5 换填土的种类、规格、性质、来源等换填土的种类、规格、性质、来源等五五 垫层的作用垫层的作用 1 1 提高地基承载力提高地基承载力 2 2 减小沉降量（减小垫层下天然土层的压力）减小沉降量（减小垫层下天然土层的压

7、力） 3 3 加速软弱土层的固结加速软弱土层的固结 4 4 防止冻胀防止冻胀 5 5 消除膨胀土的胀缩作用消除膨胀土的胀缩作用 6 6 消除或部分消除黄土的湿陷性消除或部分消除黄土的湿陷性土的压实机理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，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，在一定的外部压实功能作用下， 如还不能有效地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

8、移动而小了引力，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用，使压实效果又趋于下降。因此在设计叫要选择一个一个“最优含水量最优含水量”，这就是土粒的压实机理。，这就是土粒的压实机理。 击实试验击实试验一一 砂（砂

9、石、碎石）垫层的设计砂（砂石、碎石）垫层的设计 设计要求设计要求 强度强度 面积面积 设计内容设计内容 厚度厚度 宽度宽度垫层设计垫层设计1 1 厚度的确定厚度的确定pzpczfaz +pzpczfaz垫层底面处的附加压力垫层底面处的附加压力垫层底面处土的自重应力垫层底面处土的自重应力经深度修正后垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力特征值经深度修正后垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力特征值2 2 宽度的确定宽度的确定3 3 承载力确定承载力确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表试验资料时，可按表4 42 2（教材（教材5151页）选页）选

10、用，并应验算下卧层的承载力。用，并应验算下卧层的承载力。 4 4 沉降计算沉降计算 对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建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。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。荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。二二 砂垫层施工砂垫层

11、施工（一）对材料的要求（一）对材料的要求 砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑粗砂、中砂或石屑( (粒径小于粒径小于2mm2mm的部分不应超过总重的的部分不应超过总重的4545) )，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，应掺入不少于总重细砂时，应掺入不少于总重3030的碎石或卵石。砂石的最大的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于粒径不宜大于50mm50mm，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷性

12、黄土地基，不得选用砂石振捣器功率等技术参数。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。等透水材料。 开挖基坑时应避免坑底土层扰动，可保留开挖基坑时应避免坑底土层扰动，可保留200 mm200 mm厚土层厚土层暂不挖去，待铺砂前再挖至设计标高，如有浮土必须清除。暂不挖去，待铺砂前再挖至设计标高，如有浮土必须清除。当坑底为饱和软土时，必须在与土面接触处铺一层细砂起反当坑底为饱和软土时，必须在与土面接触处铺一层细砂起反滤作用，其厚度不计入砂石垫层设计厚度内。滤作用，其厚度不计入砂石垫层设计厚度内。（二）施工机具及方法（二）施工机具及方法 平碾、羊足碾、振动碾、振动压实机、蛙平碾、羊足碾、振动碾、振动

13、压实机、蛙式夯实机、重锤夯实。式夯实机、重锤夯实。1 1 机械碾压法机械碾压法 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地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，开挖土基土。此法常用于基坑底面积宽大，开挖土方量较大的工程。方量较大的工程。 2 2 重锤夯实法重锤夯实法 重锤夯实采用圆台形锤重锤夯实采用圆台形锤( (见下图见下图) )，锤重宜大于，锤重宜大于2t2t，锤底面的单位静压力为锤底面的单位静压力为151520kPa20kPa，夯锤落距宜大，夯锤落距宜大于于4m4m。 重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基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

14、后里顺序夯击。同一基坑底面标高坑内，宜按先外后里顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实，一般累计不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实，一般累计夯击夯击10101515次。最后两击平均夯沉量，对砂土应不次。最后两击平均夯沉量，对砂土应不超过超过5 510mm10mm，对细颗粒土应不超过，对细颗粒土应不超过101020mm20mm。 重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后两遍平均夯沉量和有效夯实深度等。有效夯实深度两遍平均夯沉量和有效夯实深度等。有效夯实深度一般可达一般可达lmlm左右，并可消除左右，并可消除1.01.01.5m1.

15、5m厚湿陷性黄厚湿陷性黄土层的湿陷性。土层的湿陷性。3 3 平板振动法平板振动法 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。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。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1min1min以上；以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3 35min5min，有效振实深度为，有效振实深度为1.21.21.5m1.5m。（三）施工要点（三）施工要点 1 1 应考虑附加荷载对邻近建筑的影响；应考虑附加荷载对邻近建筑的影响；2 2 注意地下水位的要求；注意

16、地下水位的要求；3 3 严禁扰动下卧软层，留严禁扰动下卧软层，留200mm200mm土；土；4 4 垫层铺填前，应做好验槽工作；垫层铺填前，应做好验槽工作； 5 5 垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底面应挖成阶梯形或斜坡搭接形，各分基坑底面应挖成阶梯形或斜坡搭接形，各分层搭接位置应错开层搭接位置应错开0.50.51.0m1.0m水平距离。搭接水平距离。搭接处注意夯压密实，并按先深后浅的顺序进行处注意夯压密实，并按先深后浅的顺序进行垫层施工。垫层施工。 4 4 水撼法水撼法 在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每

17、层虚铺虚铺25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔出，在相距叉拔出，在相距10cm处重新插入摇撼，直至这一处重新插入摇撼，直至这一层全部结束，经检查合格后铺第二层。层全部结束，经检查合格后铺第二层。钢叉分四齿，齿的间距钢叉分四齿，齿的间距80mm，长，长300mm，木柄长，木柄长90mm6 6 用碎石或卵石、砾石作垫层材料时，基坑用碎石或卵石、砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填一层厚底部要先铺填一层厚150150300mm300mm的砂垫层，的砂垫层，并用木夯夯实。不得使

18、用振捣器，以防下部并用木夯夯实。不得使用振捣器，以防下部软弱土层软弱土层( (特别是淤泥或淤泥质土层特别是淤泥或淤泥质土层) )表面受表面受到局部破坏。如果淤泥或淤泥质土层厚度较到局部破坏。如果淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压荷载下，抛石能挤入该层底面时，小，在碾压荷载下，抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤处理。即先在软弱土层上堆可采用抛石挤淤处理。即先在软弱土层上堆填块石，然后将其压入以置换和挤出软弱土。填块石，然后将其压入以置换和挤出软弱土。三三 质量检验质量检验1 1 环刀法环刀法用容积不小于用容积不小于200cm200cm3 3环刀压入垫层中取样，环刀压入垫层中取样，测定其干土密度（

19、或压实系数），以不小于测定其干土密度（或压实系数），以不小于填料在中密状态时的干土密度数值为合格。填料在中密状态时的干土密度数值为合格。2 2 贯入法贯入法需将表面的填料刮去需将表面的填料刮去3cm3cm左右，并用贯入仪、左右，并用贯入仪、钢叉或钢筋等以贯入度大小检查垫层的质量。钢叉或钢筋等以贯入度大小检查垫层的质量。其他垫层材料其他垫层材料2 2粉质粘土粉质粘土 土料中有机质含量不得超过土料中有机质含量不得超过5 5，亦不得含有冻土或膨胀土材料。当，亦不得含有冻土或膨胀土材料。当含有碎石时，粒径不宜大于含有碎石时，粒径不宜大于50mm50mm。3 3灰土灰土 灰土的体积配合比宜为灰土的体积配

20、合比宜为2 2：8 8或或3 3：7 7。土料宜用粉质粘土，不宜使用。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得大于大于15mm15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm5mm。4 4矿渣矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣分级矿渣、混合矿渣混合矿渣及及原原状矿渣状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑物、。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑物、构筑

21、物地基。选用矿渣的松散重度不小于构筑物地基。选用矿渣的松散重度不小于11kN11kNm m3 3，有机质及含泥总量，有机质及含泥总量不超过不超过5 5。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能。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。层。大量填筑矿渣时应考虑对地下水和土壤的环境影响

22、。 5 5其他工业废渣其他工业废渣 在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。被选用工业腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。6 6土工合成材料土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和地基土条件，按照现材料的品种与性能及填料的土

23、类应根据工程特性和地基土条件，按照现行国家标准土工合成材科应用技术规范行国家标准土工合成材科应用技术规范GB50290GB502909898的要求，通过的要求，通过设计并进行现场试验后确定。设计并进行现场试验后确定。 作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸长率不大作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸长率不大于于4%4%5%、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、土工垫或土工织物等土工合、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、土工垫或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材料。当工程要求垫层

24、具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许变形的要求。在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许变形的要求。粉煤灰垫层 粉煤灰是燃煤电厂的工业废弃物，实践证明，粉煤灰是燃煤电厂的工业废弃物，实践证明，粉煤灰是一种良好的地基处理材料资源，具粉煤灰是一种良好的地基处理材料资源，具有良好的物理、力学性能，能满足工程设计有良好的物理、力学性能，能满足工程设计的技术要求的技术要求 一工程特性及对环境的影响一工程特性及对环境的影响1 1自重轻自重轻2 2击实性好击实性好3 3抗剪强

25、度（与土相当）抗剪强度（与土相当）4 4压缩性压缩性5 5承载能力承载能力6 6渗透性渗透性7 7抗液化性抗液化性8 8对环境的影响对环境的影响二设计和施工二设计和施工1 1、材料要求、材料要求粉煤灰可采用湿排灰、调湿灰和干排灰。粉煤灰可采用湿排灰、调湿灰和干排灰。不含有机物、垃圾和有机质等杂物。运输不含有机物、垃圾和有机质等杂物。运输时粉煤灰含水量不宜过多或过少，过多会时粉煤灰含水量不宜过多或过少，过多会在运输过程中造成滴水，过少会造成扬尘，在运输过程中造成滴水，过少会造成扬尘，污染环境。洒水的水质不应含油质，污染环境。洒水的水质不应含油质，PHPH在在6 69 9之间。之间。 2 2、施工

26、要点、施工要点（1 1）粉煤灰应预先进行击实试验，确定其）粉煤灰应预先进行击实试验，确定其最大干密度和最优含水量，由此确定的施最大干密度和最优含水量，由此确定的施工碾压（或夯实）时所采用的含水量应为工碾压（或夯实）时所采用的含水量应为最优含水量最优含水量4%4%范围内，用此作粉煤灰垫范围内，用此作粉煤灰垫层的分层碾压（或夯实）质量控制指标和层的分层碾压（或夯实）质量控制指标和施工结束后质量验收的控制指标。施工结束后质量验收的控制指标。 （2 2）粉煤灰垫层的最大干密度和最优含水）粉煤灰垫层的最大干密度和最优含水量因粉煤灰形态结构、地域、粉质差异以量因粉煤灰形态结构、地域、粉质差异以及压实密度而

27、不同。其指标应因地制宜地及压实密度而不同。其指标应因地制宜地制定。分层摊铺煤灰时，分层厚度、压实制定。分层摊铺煤灰时，分层厚度、压实遍数等施工参数应根据施工机具种类、功遍数等施工参数应根据施工机具种类、功能大小、设计要求通过试验确定。能大小、设计要求通过试验确定。（3 3）粉煤灰垫层在地下水位施工时应采取）粉煤灰垫层在地下水位施工时应采取排、降水措施，切勿在饱和状态或浸水状排、降水措施，切勿在饱和状态或浸水状态下施工，更不要采取态下施工，更不要采取水沉法水沉法施工。施工。（4 4）在软土地基上填筑粉煤灰垫层时，应）在软土地基上填筑粉煤灰垫层时，应先铺约先铺约2020厚的中、粗砂或高炉干渣，以厚的中、粗砂或高炉干渣，以免下卧软土表层受到扰动，同时有利于下免下卧软土表层受到扰动，同时有利于下卧的软土层的排水固结，并可切断毛细水卧的软土层的排水固结，并可切断毛细水上升。上升。（5 5）其它施工要点可参照砂石垫层的相关）其它施工要点可参照砂石垫层的相关内容。内容。