第二章-換填法-新修改

1、換填法換填法 (換填墊層法）換填墊層法） Replacement Method 主要內(nèi)容u適用范圍適用范圍u加固機理加固機理u墊層設(shè)計墊層設(shè)計u墊層施工墊層施工u墊層質(zhì)量檢驗墊層質(zhì)量檢驗u工程實例工程實例換填墊層法換填墊層法 2.12.1概述概述1. 1. 概念概念 當(dāng)軟弱土地基的當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的軟弱土層的厚度又不很大厚度又不很大時，將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟時，將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層的弱土層的部分或全部挖去部分或全部挖去，然后，然后分層換填分層換填強度較大的砂（碎石強度較大的砂（碎石、素土、灰土、高

2、爐干渣、粉煤灰）或其它性能穩(wěn)定、無侵蝕、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰）或其它性能穩(wěn)定、無侵蝕性等材料，并性等材料，并壓（夯、振）實壓（夯、振）實至要求的至要求的密實度密實度為止，這種地基為止，這種地基處理的方法稱為換填法處理的方法稱為換填法(replacement method)(replacement method)。它還包括低洼。它還包括低洼地域筑高（平整場地）或堆填筑高（道路路基）。地域筑高（平整場地）或堆填筑高（道路路基）。 換填墊層法換填墊層法 b 換填土換填土回填土回填土換填墊層法換填墊層法 2. 2. 換填法處理方法換填法處理方法按施工機械不同，施工方法有：按施工機械不同，施工方

3、法有：u機械碾壓機械碾壓u重錘夯實重錘夯實u平板振動平板振動 作為壓（夯、振）實墊層的不同機具對待，這些施工方法不作為壓（夯、振）實墊層的不同機具對待，這些施工方法不但可處理分層回填土，又可加固地基表層土。但可處理分層回填土，又可加固地基表層土。按回填材料不同按回填材料不同, ,墊層墊層(Cushion)(Cushion)可分為：可分為：砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、二灰墊砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、二灰墊層、干渣墊層和粉煤灰層、干渣墊層和粉煤灰墊層等；及土工合成材料加筋墊層。墊層等；及土工合成材料加筋墊層。 適用條件適用條件u地層條件地層條件建筑地基處理

4、技術(shù)規(guī)范建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)中規(guī)定：中規(guī)定： 適用于淺層適用于淺層軟弱地基軟弱地基及及不均勻地基不均勻地基的處理。包括的處理。包括軟土（淤泥、軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土）、濕陷性黃土、素填土、膨脹土、雜填土、凍土地淤泥質(zhì)土）、濕陷性黃土、素填土、膨脹土、雜填土、凍土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。基及暗溝、暗塘等的淺層處理。u建筑物條件建筑物條件 中、小型建筑工程為主中、小型建筑工程為主u處理深度處理深度 0.5 0.5米米 3.0 3.0米米換填墊層法換填墊層法 換填墊層法換填墊層法 l灰土：灰土比灰土：灰土比 2:8 或或 3:7l工業(yè)廢料：粉煤灰，

5、干渣（高爐重礦渣）工業(yè)廢料：粉煤灰，干渣（高爐重礦渣）l土工合成材料：土工合成材料加筋墊層、土土工合成材料：土工合成材料加筋墊層、土工合成材料輕質(zhì)墊層（聚苯乙烯板塊墊層）工合成材料輕質(zhì)墊層（聚苯乙烯板塊墊層）4 4墊層的作用墊層的作用 u提高地基承載力提高地基承載力u減少沉降量減少沉降量u加速軟弱土層的排水固結(jié)加速軟弱土層的排水固結(jié) u防止凍脹防止凍脹 u消除地基土的濕陷性、膨脹性作用消除地基土的濕陷性、膨脹性作用 換填墊層法換填墊層法 雖然不同材料的墊層，其應(yīng)力分布稍有差異，但從試驗結(jié)果分雖然不同材料的墊層，其應(yīng)力分布稍有差異，但從試驗結(jié)果分析其極限承載力還是比較接近的；通過沉降觀測資料發(fā)現(xiàn)

6、，不同析其極限承載力還是比較接近的；通過沉降觀測資料發(fā)現(xiàn)，不同材料墊層的特點基本相似，故可將各種材料的墊層設(shè)計都近似的材料墊層的特點基本相似，故可將各種材料的墊層設(shè)計都近似的按按砂墊層的計算方法進行計算砂墊層的計算方法進行計算。但對濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)。但對濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土等某些特殊土采用換土墊層處理時，因其主要處理目的是性凍土等某些特殊土采用換土墊層處理時，因其主要處理目的是為了消除地基土的濕陷性、膨脹性和凍脹性，所以在設(shè)計時需考為了消除地基土的濕陷性、膨脹性和凍脹性，所以在設(shè)計時需考慮的解決問題的關(guān)鍵也應(yīng)有所不同。慮的解決問題的關(guān)鍵也應(yīng)有所不同。2.22.2壓實原理壓實原

7、理u 壓實原理壓實原理: :當(dāng)粘性土的土樣當(dāng)粘性土的土樣含水量較小含水量較小時，其粒間時，其粒間引力較大引力較大，在一定的外部壓實功能作，在一定的外部壓實功能作用下，不能有效地克服引力而使土粒相對移動，這時用下，不能有效地克服引力而使土粒相對移動，這時壓實效果就比較差壓實效果就比較差。當(dāng)。當(dāng)增大土樣含水增大土樣含水量量時，結(jié)合水膜逐漸增厚，時，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力減小了引力，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所以以壓實效果較好壓實效果較好。但當(dāng)土樣含水量增大到一定程度后，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，結(jié)合水膜。但當(dāng)土樣含水量增大到一定程度后，孔

8、隙中就出現(xiàn)了自由水，結(jié)合水膜的擴大作用就不大了，此時自由水填充在孔隙中，從而產(chǎn)生了阻止土粒移動的作用，所以的擴大作用就不大了，此時自由水填充在孔隙中，從而產(chǎn)生了阻止土粒移動的作用，所以壓實效果又趨下降，因而設(shè)計時要選擇一個壓實效果又趨下降，因而設(shè)計時要選擇一個”最優(yōu)含水量最優(yōu)含水量”w wopop ，這就是土的，這就是土的壓實機理壓實機理。換填墊層法換填墊層法 a-a-碾壓碾壓6 6遍；遍；b-b-碾壓碾壓1212遍；遍；c-c-碾壓碾壓2424遍；遍；d-d-室內(nèi)擊實試驗室內(nèi)擊實試驗理論上最大壓實曲線理論上最大壓實曲線- -飽和飽和曲線（土中氣體被趕走，曲線（土中氣體被趕走，使土達到飽和）使

9、土達到飽和）同一種土同一種土wop與與dmax不是不是恒定值，隨恒定值，隨壓實功能而壓實功能而變化。變化。u擊實試驗擊實試驗換填墊層法換填墊層法 土的壓實性土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。填土的密實程度常以填土的密實程度常以干密度干密度d表示表示擊實試驗擊實試驗 土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)）土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)）輕型：土輕型：土d5mmd5mm； V=947cm V=947cm3 3, m=2.5kg, 3, m=2.5kg, 3層層, 25, 25擊，擊， 落高落

10、高30.5cm30.5cm重型：土重型：土d40mmd40mm； V=2104cm V=2104cm3 3, m=4.5kg, 5, m=4.5kg, 5層層, 56, 56擊，擊， 落高落高47.7cm47.7cm擊實儀u質(zhì)量控制換填墊層法換填墊層法 （21）2.32.3砂墊層設(shè)計砂墊層設(shè)計 設(shè)計原則：對墊層的設(shè)計，既要求有足夠的厚度設(shè)計原則：對墊層的設(shè)計，既要求有足夠的厚度z以以置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求有足夠大置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求有足夠大寬度寬度b以防止砂墊層向兩側(cè)擠出。以防止砂墊層向兩側(cè)擠出。換填墊層法換填墊層法 設(shè)計內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容u墊層厚度墊層厚度zu墊層寬度

11、墊層寬度bu墊層壓實度墊層壓實度cz1.墊層厚度z的確定 墊層厚度墊層厚度z應(yīng)根據(jù)墊層底部下臥土層的承載力確定，并符合下式要應(yīng)根據(jù)墊層底部下臥土層的承載力確定，并符合下式要求：求：換填墊層法換填墊層法 pz：相應(yīng)于相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時時，墊層底面處墊層底面處的附加壓力（的附加壓力（kPa）； pcz：墊層底面處墊層底面處土的自重壓力值（土的自重壓力值（kPa）；）； faz：墊層底面處墊層底面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值 （kPa）。）。azczzfpp砂墊層內(nèi)應(yīng)力分布示意圖砂墊層內(nèi)應(yīng)力分布示意圖z（22）墊層厚度的確定 換填墊層法換填墊層

12、法 條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)：（僅考慮寬度方向擴散僅考慮寬度方向擴散） 式中：式中：pk：基礎(chǔ)底面壓力值（基礎(chǔ)底面壓力值（kPakPa）；）； p c：基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值：基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（kPakPa）；）； b：基礎(chǔ)底面寬度（：基礎(chǔ)底面寬度（m m）；）；l：矩形基礎(chǔ)底面長度（：矩形基礎(chǔ)底面長度（m m）；）；：墊層壓力擴散角。：墊層壓力擴散角。u墊層底面處的附加壓力值墊層底面處的附加壓力值pz計算計算（按擴散角（按擴散角進行簡化計算進行簡化計算）p c（23）（24）Z tan基底附加壓力基底附加壓力ztan2)(zbppbpckz()(2tan)(2tan)kczb lpppbz

13、lz 矩矩形基礎(chǔ)形基礎(chǔ)：換填墊層法換填墊層法 u壓力擴散角壓力擴散角確定確定 換填材料換填材料z/bz/b中、粗砂、礫石、卵中、粗砂、礫石、卵石、碎石石、碎石粉質(zhì)粘土、粉煤粉質(zhì)粘土、粉煤灰灰 灰土灰土0.250.2520206 628280.500.5030302323注：當(dāng)時注：當(dāng)時z/b0.25z/b0.25，除灰土取，除灰土取=28=28o o外，其余材料外，其余材料=0=0； 當(dāng)當(dāng)0.25z/b0.50.25z/b0.5md=1.00.5m，砂墊層承載力需要根，砂墊層承載力需要根據(jù)有關(guān)條款進行深度修正：據(jù)有關(guān)條款進行深度修正：查表查表2 2- -2 2可知可知： b=0, =0, d=

14、1.0,=1.0,由公式（由公式（2-52-5），則墊層承載力特征值為：），則墊層承載力特征值為：換填墊層法換填墊層法 (0.5)kdoffd =150+1.017.2(1.0-0.5)=158.6 kPakPa5 .1015 .05 .26 .121 .1705 .00dffdaka解：砂墊層設(shè)計解：砂墊層設(shè)計(3)(3) 確定基礎(chǔ)寬度確定基礎(chǔ)寬度b b：換填墊層法換填墊層法 2001.44158.6201.0cFbmfd其中： fa墊層承載力特征值； F載荷； G基礎(chǔ)與臺階上自重， G=cbld; A-基礎(chǔ)面積,A=bl,條基取單位長度l=1，A=b； c=20kN/m3是基礎(chǔ)與臺階上土的

15、平均重度。墊層承載力特征值須滿足：墊層承載力特征值須滿足：墊層承載力墊層承載力基底壓力基底壓力 即即：fa(F+G)/A則：a取基礎(chǔ)寬度取基礎(chǔ)寬度b=1.5mFG（4) 4) 確定墊層厚度：確定墊層厚度：假設(shè)墊層厚度假設(shè)墊層厚度z=2.0m=2.0m。軟弱下臥。軟弱下臥層層( (淤泥質(zhì)土層淤泥質(zhì)土層) )以上土的以上土的加權(quán)平均重度加權(quán)平均重度為：為： 換填墊層法換填墊層法 317.21.2(17.810.0)1.811.6/1.21.8okNm(0.5)651.011.6(1.02.00.5)94.0()11.6(1.02.0)34.8zkdoczoffdkPapdzkPa 基礎(chǔ)底面處的壓力

16、為：基礎(chǔ)底面處的壓力為：1.01.02001.01.51.0201.01.5153.3cFbdpbkPa墊層下墊層下淤泥承載力淤泥承載力計算根據(jù)計算根據(jù)GB50007-2002GB50007-2002查表可知：查表可知：b b=0=0；d d=1.=1.0 0) ) ：fak換填墊層法換填墊層法 查表砂墊層的查表砂墊層的壓力擴散角壓力擴散角=30=30o o，所以：，所以：()21.5(153.311.61.0)1.522.03055.8ozob pdpbztgtgkPa墊層底面處的附加壓力值：墊層底面處的附加壓力值：墊層底面處土的自重壓力值墊層底面處土的自重壓力值：(0.5)65 1.0 1

17、1.6(1.0 2.0 0.5)94.0() 11.6(1.0 2.0)34.8zkdoczoffdkPapdzkPa 34.855.890.6czzzppf于是：滿足承載力的要求滿足承載力的要求,即墊層厚度即墊層厚度z=2.0m 是是合理的。合理的。確定墊層厚度確定墊層厚度(fz=94.0kPa)換填墊層法換填墊層法 確定墊層寬度：確定墊層寬度：21.522.0303.8obbztgtgm取墊層寬度取墊層寬度：4.0bm根據(jù)GB50007-2002該建筑物不需做地基變形驗算。 前面已計算前面已計算基礎(chǔ)寬度基礎(chǔ)寬度b=1.5m=1.5m。 b (5) 確定墊層寬度：確定墊層寬度：b1.1.施工

18、方法施工方法u碾壓法；碾壓法；u夯實法；夯實法； u振動壓實法振動壓實法2.2.墊層材料墊層材料u 砂、砂石墊層砂、砂石墊層u 素土墊層素土墊層u 粉煤灰墊層粉煤灰墊層u 干渣墊層干渣墊層換填法u碾壓法碾壓法 碾壓法是采用壓路機、推土機、振動碾或其他壓實機械壓實松散土層的施工碾壓法是采用壓路機、推土機、振動碾或其他壓實機械壓實松散土層的施工方法。該法多用于地下水位以上、含水量較低的大面積填方法。該法多用于地下水位以上、含水量較低的大面積填 土的壓實和雜境土地基的土的壓實和雜境土地基的處理。分層鋪填厚度處理。分層鋪填厚度 200300mm.換填法2-2-1111碾壓法碾壓法施工施工壓路機 重錘夯

19、實法是利用起重機械將重錘提升到一定高度，然后自由落下，重錘夯實法是利用起重機械將重錘提升到一定高度，然后自由落下，重復(fù)夯擊加固地基的方法。重復(fù)夯擊加固地基的方法。 該法適用于地下水位距離地表該法適用于地下水位距離地表0.8m0.8m以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土等類地基的加固。性黃土、雜填土等類地基的加固。重錘夯實的重錘夯實的有效夯實深度有效夯實深度可達可達1m左左右右(與錘底直徑相當(dāng)與錘底直徑相當(dāng))，并可消，并可消 除除1.0一一1.5m厚度范圍土層的濕陷性厚度范圍土層的濕陷性。夯。夯實效果和影響深度除與錘重、錘底直徑、夯距有關(guān)外還與夯實工藝、實效果和影響深度除與錘重、錘底直徑、夯距有關(guān)外還與夯實工藝、夯擊遍致以及土夯擊遍致以及土 的含水量密切相關(guān)。的含水量密切相關(guān)。u重錘夯實法重錘夯實法換填法重夯實法施工 振動壓實法是利用振動機產(chǎn)生的豎向振動力，使土顆粒受振振動壓實法是利用振動機產(chǎn)生的豎向振動力，使土顆粒受振移動至穩(wěn)固位置并減小孔隙，而使土層密實的地基加固方法。該移動至穩(wěn)固位置并減小孔隙，而使土層密實的地基加固方法。該法適法適 用于處理地下水位在用于處理地下水位在0.6m以上的無粘性土或粘粒含量低以上的無粘性土或粘粒含量低、透、透水性較好的松散雜場土地基。水性較好的松散雜場土地基。 u振動壓實法振動壓實