第二章_換土墊層法

1、2024年3月31日,第二章 換填法(Replacement method) (淺層處理法）,換填法的概念換填法適用性換填法的加固機理墊層的作用墊層的設計,2024年3月31日,一、換填法的概念 當軟弱地基的承載力或變形不能滿足建筑物要求且軟弱土層的厚度不大時（0-3m)，可將基礎下一定深度內的軟弱土層挖除，然后分層換填強度較高、壓縮性較低且無侵蝕性的散體材料，

2、并夯實或振壓至要求的密實度。稱為換填法。。壓實方法：機械碾壓、重錘夯實、平板振動。二、換填法使用性 換填法是一種地基淺層處理方法。常用于下列土組成的地基情況：淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、膨脹土、素填土、季節(jié)性凍土以及暗溝、暗塘等。,2.1 概述,2024年3月31日,,Smooth-wheel roller 平碾壓路機,2024年3月31日,,2024年3月31日,Sheepsfoot roller羊足碾壓機,20

3、24年3月31日,氣胎碾壓機,2024年3月31日,平板振動壓路機,2024年3月31日,三、換填法的分類砂墊層砂石墊層碎石墊層素土墊層灰土墊層二灰墊層粉煤灰墊層換填法的處理深度：0.5-3m,2.1 概述,2024年3月31日,(cushion),2.1 概述,2024年3月31日,一、墊層的作用 提高地基承載力 減小基礎沉降量 加速軟弱土層的排水固結 防止季節(jié)性凍土的凍脹作用 消除地基的濕陷性和脹縮性

4、,2.2 加固機理,由地基土附加應力分布規(guī)律，讓墊層承受上部較大荷載，軟弱層承受較小應力，以滿足設計對地基要求。,（墊層引起應力擴散）,2024年3月31日,二、換填材料砂和砂石： 中粗砂，可摻入一定量的碎（卵）石，含泥量小于3%；灰土： 生石灰：Cao含量8%，消解3-4天； 土：不含有機質的粘性土； 配比：石灰：土=2：8或3：7；碎石：d=5-40mm,含泥量小于5%；,2.2 加固機理,2024年3月31日,2.3

5、 換土墊層的設計,1、換土墊層的設計主要根據換土作用確定2、設計內容包括： 墊層承載力驗算、基礎沉降驗算、下臥層承載力驗算等。3、對濕陷性黃土、膨脹土和季節(jié)性凍土等某些特殊土， 處理主要目的是為了消除或部分消除地基土的濕陷性、脹縮性和凍脹性，在設計時所需考慮的問題與一般墊層有所不同。,2024年3月31日,一、用于提高承載力的墊層設計（一）砂石墊層 砂石墊層包括中粗砂墊層和碎石墊層。設計的一般要求是：（1）有足

6、夠的厚度以置換可能受到剪切破壞的軟弱土層，（2）要有足夠的寬度以防止墊層向兩側擠出從而增加沉降（3）做到經濟合理。 一般將各種材料墊層設計都近似按砂墊層計算方法進行.,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,1、砂石墊層厚度的確定 墊層厚度z： 依據墊層底部軟弱土層的承載力確定。 應符合下列要求： 下臥層頂面自重應力與附加應力之和小與軟土承載力。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,pz計算 工程上常按應

7、力擴散角計算，如《建筑地基處理技術規(guī)范》（JGJ79－2002）介紹的用應力擴散角計算公式如下：,b’,2.3 換土墊層的設計,p為基底壓力,2024年3月31日,壓力擴散角的確定,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2、砂石墊層寬度的確定 最常用的經驗方法是壓力擴散角法：,整片墊層平面尺寸可根據施工要求適當加寬，墊層頂面每邊超出基礎邊緣不少于30cm，或從墊層底部兩側按當地經驗開挖放坡。,2.3 換土墊層的設計,20

8、24年3月31日,3、砂石墊層承載力的確定 宜通過現(xiàn)場試驗確定。另外，墊層承載力的設計值必須對軟弱下臥層的承載力驗算后再確定。 對一般工程，當無試驗資料時，可按表2-4選用，并應驗算下臥層的承載力。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2024年3月31日,4、砂石墊層沉降計算 沉降量等于墊層自身的變形量與下臥層的變形量之和：,墊層的壓縮模量應由荷載試驗確定。當無試驗資料時，砂墊層的壓縮模量可選用24～30

9、MPa，其它墊層的壓縮模量可查閱相關規(guī)范。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2024年3月31日,（二）干渣墊層 干渣也叫高爐重礦渣，簡稱礦渣，是高爐冶煉過程中產生的固體廢渣經自然冷卻而成。干渣作為回填材料已廣泛應用于土建工程，在工程中均獲得成功，并制定了相應的技術規(guī)程。 經破碎、篩分的干渣稱分級干渣（分為8～40mm和40～60mm兩級）；未經破碎、篩分的干渣稱原狀干渣；經破碎但未經篩分的干渣稱混合干渣。,2

10、.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,干渣墊層適用于中小型建筑工程，尤其適用于地坪和堆場等工程的大面積地基處理和場地平整，對易受酸性或堿性廢水影響的地基不能用干渣作為墊層材料。 1．干渣墊層的厚度和寬度的確定 干渣墊層的厚度和寬度可按砂石墊層的計算方法確定。2．干渣墊層的承載力和變形模量 干渣墊層的承載力和變形模量宜通過現(xiàn)場試驗確定。當無現(xiàn)場試驗資料時，可按表11－3選用。3．干渣墊層沉降計算 干渣墊層沉降計算

11、與砂石墊層的沉降計算相同。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,（三）粉煤灰墊層 粉煤灰是燃煤電廠的工業(yè)廢棄物。 按排放系統(tǒng)劃分：干排灰、濕排灰和調濕灰 按含鈣量劃分： 高鈣灰(CaO≥10%)、低鈣灰(CaO ＜10%) 上海粉煤灰化學成分見表2-6，可作為填筑材料。 粉煤灰墊層適用于廠房、機場、港區(qū)陸域和堆場等大、中、小型工程的大面積填筑。,2.

12、3 換土墊層的設計,2024年3月31日,壓實系數： 現(xiàn)場土料干密度ρd與室內最大干密度ρdmax 之比 λc=ρd/ρdmax,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,粉煤灰性質自重輕：是土的三分之一擊實性能好：擊實曲線與土相比，峰值段具有相對寬的最優(yōu)含水量區(qū)間。粉煤灰最優(yōu)含水量區(qū)間±4%土的最優(yōu)含水量區(qū)間±2%抗剪強度壓實系數0.90-0.95時為：φ=23-300，c=5-30kPa

13、壓縮性 壓實系數0.90-0.95時為：Es=8-20kPa,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,承載力：遇水降低壓實系數0.90-0.95時為：承載力可采用120kPa-150kPa滲透性 初始K=10-3-10-5cm/s,大于粘性土。 由于火山灰反應，強度與抗?jié)B性隨齡獲得增加抗液化性 寶鋼實驗證明，壓實粉煤灰不會液化。 粉煤灰墊層的設計與砂石墊層相同。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月3

14、1日,二、用于減小濕陷性的土墊層設計 素土、灰土、二灰墊層總稱為土墊層。 在濕陷性黃土地基上設置土墊層是我國一種傳統(tǒng)的地基處理方法，已有近兩千年歷史，目前還在廣泛使用。 采用土墊層處理濕陷性黃土地基：可消除基礎底面下1～3m厚土層的濕陷性。減少地基的壓縮性。提高地基的承載力和降低土的透水性。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,土墊層按分布范圍可分為兩種：，局部墊層：在建筑物基礎底面。整片墊層：建筑物范圍內

15、的整片墊層。 在下列情況下宜采用整片墊層：（1）地基受水浸濕可能性大的工業(yè)與民用建筑物；（2）濕陷性黃土層厚度大的Ⅲ級自重濕陷性黃土場地，需要全部消除地基的濕陷性而采用其它方法有困難時；（3）在其它情況下，經技術經濟比較后認為合理時。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,（一）土墊層地基的變形 土墊層地基的變形是由土墊層及其下部的天然土層壓縮變形組成。 這兩部分土層的變形包括浸水前的壓縮變形和浸水后的濕陷變形

16、。1．土墊層地基的壓縮變形 與基礎底面面積、基底壓力、墊層厚度、施工質量及其下部天然土層的性質有關。 荷載試驗資料表明，土墊層地基的壓縮變形比未經處理的濕陷性黃土地基的壓縮變形要小的多，其沉降量與壓力的關系接近于直線變化。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2．土墊層地基的濕陷變形 土墊層地基的濕陷變形與未經處理的濕陷性黃土地基的濕陷變形有所不同。 未經處理的濕陷性黃土地基的上部土層容易受水浸濕，土的

17、側向擠出嚴重，濕陷速率快，濕陷變形大。 土墊層地基由于直接在基礎底面下挖去了部分濕陷性黃土層，換為密實的土墊層后，透水性大大降低，故浸水的危害性大大減小。 墊層地基的濕陷變形主要發(fā)生在未經處理的下部濕陷性黃土層中。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,（二）土墊層厚度的確定 土墊層的厚度越大，則其下部濕陷性土層的厚度相應越薄，而剩余濕陷量就會變小。同時，通過土墊層擴散到下部未處理的濕陷性黃土層上的附加應力也就越小，

18、所以土墊層地基的濕陷變形也必然越小。 在非自重濕陷性黃土場地內所作的土墊層上載荷板為1m2浸水載荷試驗（見表11－4）說明： 地基所產生的濕陷量主要在1.5倍的基礎寬度范圍內； 素土墊層的厚度不應小于1m； 灰土墊層比素土墊層的效果好，因而采用灰土墊層處理非自重濕陷性黃土地基時，可適當減小其厚度。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,設置在自重濕陷性黃土地基上的土墊層只能

19、消除其上部土層的濕陷性。未經處理的下部土層，在上覆土層的自重壓力作用下浸水時仍有可能產生濕陷。 因此在自重濕陷性黃土地基上土墊層厚度應大于非自重濕陷性黃土地基上土墊層的厚度，或控制剩余濕陷量不大于20cm，才能取得較好的效果。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,（三）墊層寬度的確定 在單獨基礎或條形基礎下設置一定寬度的土墊層，有利于改善土中的應力擴散，增強地基的穩(wěn)定性，阻止基底下土向旁側擠出從而減小或消除地基的

20、上濕陷變形。 在土性相同的濕陷性黃土場地上所作的素土墊層荷載試驗表明，在相同的基底面積和基底壓力下進行浸水試驗，寬度不同，地基的濕陷量隨墊層寬度的增大而減小。 如表11－5所示，墊層的寬度超出基礎底面寬度太小，地基受水浸濕后不能有效地防止土的側向擠出，濕陷變形仍然較大。因此，墊層每邊超出基礎底面的寬度不得小于墊層厚度的40％，并不得小于0.5m。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,設置整片墊層是為了消除室內地面和基

21、礎底面下部黃土層的濕陷性，同時借助于整片土墊層的隔水效果，可預防水從室內外滲入地基，保護整個建筑物范圍內下部未經處理的濕陷性黃土層不受水浸濕，所以整片土墊層超出外墻基礎外緣的寬度不宜小于其厚度，且不得小于1.5m。,2024年3月31日,（四）土墊層承載力的確定 根據載荷試驗資料，素土墊層的容許承載力可達200kPa以上，灰土墊層可達300kPa以上，但具體數值應根據試驗或當地經驗確定。（1）在非自重濕陷性黃土地基上，當設置土墊

22、層是為了消除地基的全部濕陷時，土墊層的容許承載力應根據其下部各天然土層的濕陷起始壓力確定。（2）在自重濕陷性黃土地基上，當設置土墊層的目的是控制剩余濕陷量不超過20cm，或消除地基的全部濕陷性時，土墊層的容許承載力一般采用200kPa。,2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,（3）當土墊層以下天然土層的容許承載力較低時，采用土墊層的目的除消除或減小濕陷性外，還有提高地基承載力的作用。此時土墊層的容許承載力的取值應滿足墊層底部總

23、應力不超過下臥天然土層的容許承載力。（4）當設置土墊層的目的是消除地基的部分濕陷性時，土墊層允許承載力的選用主要應從防止或減小土墊層以下天然黃土的濕陷量來考慮，使通過土墊層傳遞到天然土層的附加應力盡可能地減小，所以，一般采用地允許承載力不宜超過200kPa，以便土墊層能更好發(fā)揮其防止?jié)裣莸淖饔谩?2.3 換土墊層的設計,2024年3月31日,2.4 墊層施工與質量檢驗,一、砂石墊層（一）砂石材料 砂石墊層用料一般要求含泥量不應超

24、過5%，用于排水固結地基時，含泥量以不超過3%為宜。 宜選質地堅硬的中砂、粗砂、礫砂、圓礫、卵石或碎石等，應不含植物殘體、垃圾、有機物等雜質。 砂石料要求顆粒級配良好，不均勻系數大于10為宜，且以中粗砂為好。使用粉細砂時，應摻入25%～30%的碎石或卵石，且應分布均勻。,2024年3月31日,（二）砂石料干密度控制 砂石墊層選用的砂石料應通過室內試驗確定最大干密度和最優(yōu)含水率，然后根據設計要求的壓實度?c確定控制干密度(?d

25、=?c ??dmax)，用此干密度作為檢驗砂墊層質量的技術標準。 如果沒有室內試驗資料，控制干密度可參考如下數值：中砂1.6 g/cm3、粗砂1.7 g/cm3、碎石和卵石2.0～2.2 g/cm3。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（三）施工要點1．碾壓、密實；2．人工配置級配的砂石應拌和均勻；3．用碎石或卵礫石作墊層材料時，基坑底部要先鋪填150～300mm厚的砂墊層，并用木夯夯實，不得使用振搗器，以防下

26、部軟弱土層表面受到局部破壞。如果淤泥或淤泥質土層厚度較小，可采用拋石擠淤處理；4．基坑開挖施工時及施工后均嚴禁擾動軟弱下臥層；5．墊層鋪填前，應做好驗槽工作；,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,6．對于超出原地面標高的墊層或換填料的密度高于天然土層密度的墊層，宜早換填，并應考慮其附加的荷載對建筑及鄰近建筑的影響；7．地下水位高于基坑底面時，應采取排水或降低地下水位的措施；8．墊層底面宜設在同一標高上，如深度不同，

27、基坑底面應挖成階梯形或斜坡搭接形，并按先深后淺的順序進行墊層施工，各分層搭接位置應錯開0.5～1.0m水平距離，搭接處注意夯壓密實；9．墊層施工應控制填鋪厚度。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,2024年3月31日,（四）質量檢驗 砂石墊層的質量檢驗必須隨施工分層進行，每壓實一層，即應檢驗其平均壓實度，達到設計要求后，方可繼續(xù)鋪上一層。 砂石墊層質量主要采用環(huán)刀取樣法和鋼筋貫入法兩種方法檢驗。,2.4 墊層施

28、工與質量檢驗,2024年3月31日,1．環(huán)刀取樣法 該法僅用于中砂和細砂墊層。 將容積不小于200cm3的環(huán)刀壓入墊層2/3的深度處取樣測定其干重度。環(huán)刀法亦可用于檢驗壓實系數，再將其與通過現(xiàn)場試驗確定或設計中規(guī)定的控制壓實系數相比較，即可確定墊層是否合格。 取樣點的數目，對大基坑每50～100m2應不少于1點；對基槽每10～20m應不少于1點；每個單獨柱基應不少于1個點。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,2．鋼

29、筋貫入法 先將墊層表面的砂刮掉30～50mm，再將直徑20mm，長度1250mm的平頭鋼筋以700mm的落距自由下落貫入墊層中。鋼筋貫入度的合格值，可根據控制壓實系數或控制干重度通過現(xiàn)場試驗確定。鋼筋貫入法檢驗點的間距應小于4m。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,除用上述兩種方法檢驗墊層質量外，還可用貫入儀、鋼叉等檢驗。 砂石墊層填筑工程竣工質量驗收可用下述方法中的一種或幾種進行檢測：靜荷載試驗法、N63.5

30、標準貫入試驗法、N10輕便觸探法、動測法、靜力觸探等。 當有成熟經驗表明通過分層施工質量檢查能滿足工程要求時，也可不進行工程質量的整體驗收。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,二、素土 (或灰土、二灰）（一）土料 素土土料中有機質含量不能超過5％，也不能含有凍土或膨脹土，土料中不能夾有磚、瓦和石塊等，土料使用前需過篩，粒徑不能大于15mm。 石灰宜以生石灰塊消解（燜透）3～4d后過篩使用，粒徑不能大于5mm，熟石

31、灰中不能夾有未熟化的生石灰塊?；彝恋捏w積比宜為2：8和3：7，土料宜用粘性土及塑性指數大于4的粉土且不能含有松軟雜質。 二灰土用石灰和粉煤灰兩種材料按體積比為2：8或3：7并加適當水拌和。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（二）施工參數 素土、灰土或二灰土應通過室內試驗確定最大干密度和最優(yōu)含水率，然后根據設計壓實系數?c確定設計要求的干密度(?d=?c ??dmax)，用此干密度作為檢驗土墊層質量控制的技術標準。

32、 控制墊層質量壓實度應符合以下要求：當墊層厚度不大于3m時，?c?0.93；當墊層厚度大于3m時，?c?0.95。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（三）施工要點1．基坑（槽）在鋪設素（灰）土前必須先進行驗槽。2．碾壓前土料的含水率應接近最優(yōu)含水率。3．灰土應拌和均勻，拌好后應及時鋪好壓實，灰土壓實后3天內不能受水浸泡。4．灰土的虛鋪厚度，可根據不同的施工方法按表11－7選用。每層灰土的夯打遍數，應根據設計要求

33、的干密度在現(xiàn)場試驗確定。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,5．在地下水位以下的基坑施工時，應采取排水措施。6．墊層分段施工時，不能在樁基、墻角及承重墻下接縫，接縫處上下兩層的縫距不能大于500mm，接縫處應夯壓密實。7．墊層施工結束后及時進行基礎施工和基坑回填。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（四）質量檢驗 分層施工完畢，應在每層表面下2/3厚度處取樣，宜用環(huán)刀法和鋼筋貫入儀檢驗其質量。取樣數

34、量不應小于規(guī)定。 重錘夯實土層的質量檢驗，應以設計要求為標準，檢查施工記錄，除應符合試夯最后下沉量的規(guī)定外，還應檢查總下沉量，以不小于試夯總下沉量的90%為合格。質量不合格時，必須補夯。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,三、干渣墊層（一）干渣材料 干渣墊層材料可根據工程的具體條件選用。對小面積墊層，一般用8～40mm與40～60mm的分級干渣或0～60mm的混合干渣。對大面積墊層，可用混合干渣或原狀干渣，原狀干渣

35、最大粒徑不大于200mm或不大于碾壓虛鋪厚度的2/3。 干渣墊層材料應滿足下列要求：穩(wěn)定性合格，衡量穩(wěn)定性主要觀察干渣在生產、施工與使用時是否會產生硅酸鹽分解、石灰分解及鐵錳分解；松散密度大于1.1t/m3；有機質與泥土含量小于5％。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（二）施工要點1．干渣墊層壓實可采用碾壓法或平板振動法。2．干渣墊層施工應分層壓實。3．小面積施工宜用平板振動器振實，電機功率大于1.5kW，每層

36、虛鋪厚度200～250mm，振動遍數由試驗確定，以達到設計密實度為準。4．大面積施工宜用推土機或8～12t壓路機碾壓，每層虛鋪厚度不大于300mm。也可用2～4t振動壓路機碾壓，每層虛鋪厚度不大于350mm，單位面積振動時間不少于60s，碾壓遍數由現(xiàn)場試驗確定。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（三）質量檢驗 礦渣墊層的質量檢驗包括：分層施工質量檢驗和工程質量驗收。 分層施工質量檢驗應達到表面堅實、平整、

37、無明顯軟陷，壓陷差小于2mm。 工程質量驗收可通過載荷試驗進行，在有充分試驗依據時，也可采用標準貫入試驗或靜力觸探試驗。當有成熟經驗表明，通過分層施工質量檢驗能滿足工程要求時，也可不進行工程質量的整體驗收。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,四、粉煤灰墊層 （一）材料墊層所用粉煤灰的各種化學成分必須滿足《粉煤灰國家標準》（GB1596－79）的要求。（二）施工參數墊層所采用的粉煤灰應通過室內試驗確定最大干密度

38、和最優(yōu)含水率。壓實度應根據工程性質、施工機具、地質條件等因素確定，一般可取0.90～0.95。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（三）施工要點1．粉煤灰墊層壓實可用平板振動器、蛙式打夯機、壓路機或振動壓路機等。2．粉煤灰墊層施工應分層壓實。3．過濕的粉煤灰要瀝干裝運，裝運時含水率宜為15～25％。4．墊層施工時要設置泄水溝或排水盲溝，墊層四周要設置具有防沖刷功能的帷幕，墊層底層的粉煤灰要選用較粗的灰，并使含水

39、率稍低于最優(yōu)含水率。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,5．每層虛鋪厚度和碾壓遍數應通過現(xiàn)場碾壓試驗確定。若無試驗資料，可選用虛鋪厚度為200～300mm，碾壓后的壓實厚度為150～200mm。6．小型工程可采用人工分層攤鋪，整平后用平板振動器或蛙式打夯機進行壓實。大中型工程可采用機械攤鋪，整平后用履帶式機具初壓兩遍，再用中、重型壓路機碾壓。7．施工時宜當天攤鋪當天壓實。若壓實時呈松散狀，則要灑水濕潤后再壓實。若出現(xiàn)

40、“橡皮土”，則應暫緩碾壓，并采取開槽、翻開晾曬或換灰等方法處理。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,8．施工壓實時的含水率控制在?op?4％范圍內。9．施工時最低氣溫不能低于0℃，以防粉煤灰凍脹。10．每一層經驗收合格后要及時鋪筑上一層或采用封層，以防干燥松散，并禁止車輛在上面行駛。,2.4 墊層施工與質量檢驗,2024年3月31日,（四）質量檢驗 粉煤灰墊層分層質量檢驗可選用環(huán)刀壓入法或鋼筋貫入法進行檢驗。