《地基處理》第二章-換土墊層法解析課件

Cushion第2章?lián)Q土墊層法（換填法）Cushion第2章?lián)Q土墊層法（換填法）

換填法是指挖去地表淺層軟弱土層，回填堅硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實，形成墊層的地基處理方法。2.1墊層分類和適用范圍墊層材料卵石、碎石、礫石、粗砂、中砂素土灰土：灰土比2:8或3:7工業(yè)廢料：粉煤灰，礦渣適用范圍適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等淺層處理。開挖基坑后，利用分層回填夯壓也可處理較深軟弱土層，但換填基坑開挖過深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或邊坡支護；易引起鄰近結(jié)構(gòu)物破壞，且土方量大，費用高，工期長，對環(huán)境影響大，故換填法的處理深度應(yīng)控制在0.5-3m土工合成材料、聚苯乙烯板塊換填法是指挖去地表淺層軟弱土層，回填堅硬、較粗粒2.2土的壓實機理因換填法在換填后將土層壓實，從而提高了地基的承載力。為了更好的掌握換填法的機理，首先應(yīng)了解土的壓實機理。壓實的本質(zhì)土料孔隙率減小，密實度提高W增大，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所以壓實效果較好，直至wop時達到ρdmaxW繼續(xù)增大，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，此時自由水填充在孔隙中，產(chǎn)生了阻止土粒移動的作用，所以壓實效果又趨下降，ρd反而減小。壓實機理W較小時，其粒間引力較大，在一定的外部壓實功能作用下，還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。2.2土的壓實機理因換填法在換填后將土層壓實，從而提高了0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.11.最優(yōu)含水量:在一定壓實能量下，使土最容易壓實，并能達到最大干重度的含水量wop，與之相對應(yīng)的干密度稱為最大干密度ρdmax2.擊實曲線特點：具有峰值：峰值點對應(yīng)于ρdmax和ωop。塑限等于土樣風(fēng)干時的含水量工程中常按ωop＝ωp±20481216擊實筒護筒擊錘導(dǎo)筒試驗所用設(shè)備：擊實儀3.測定最佳含水量方法：擊實試驗輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm的土，擊實筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm

重型擊實試驗適用于粒徑小于20mm的土，擊實筒容積為2130cm3，擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm

。分五層擊實，每層56擊。根據(jù)擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應(yīng)的干密度現(xiàn)場填土的壓實質(zhì)量用下列兩個指標(biāo)來檢驗：壓實系數(shù)λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%擊實筒護筒擊錘導(dǎo)筒試驗所用設(shè)備：擊實儀3.測定最佳含水量方法換土墊層作用（1）提高地基的承載力

（2）減少地基沉降量

（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)

（4）防止凍脹和消除膨脹土地基的脹縮作用軟土墊層2.3墊層設(shè)計換土墊層作用（1）提高地基的承載力

（2）減少地基沉降量

（不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設(shè)計。(1)砂墊層的厚度墊層厚度應(yīng)滿足：pz—墊層底附加應(yīng)力設(shè)計值；pcz—墊層底面處土自重應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；faz—墊層底面處下臥層土經(jīng)深度修正后的地基承載力的特征值（設(shè)計值）。墊層的厚度一般不宜大于3m,太厚施工較困難,太薄(<0.5m)則墊層的作用不顯著。2.3.1砂（或砂石、碎石）墊層設(shè)計不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似墊層底附加應(yīng)力pzpk—基底平均壓力；pc—基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力；θ—墊層的壓力擴散角，宜通過試驗確定，當(dāng)無試驗資料時可采用下表數(shù)值：Z=0.5-3m條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)計算時可先假設(shè)一個墊層厚度，然后按前式進行驗算，若不符合要求重新設(shè)一個厚度再驗算直至滿足前式墊層底附加應(yīng)力pzpk—基底平均壓力；Z=0.5-3m條形矩(2)砂墊層的寬度b′—墊層底面寬度，m。注意：墊層頂面寬度宜超出基礎(chǔ)底面每邊不小于300mm，或從墊層底面兩側(cè)向上按開挖基坑的要求放坡。墊層底面寬度應(yīng)滿足基底面應(yīng)力擴散要求確定墊層寬度時，除應(yīng)滿足應(yīng)力擴散的要求處同，還應(yīng)考慮墊層應(yīng)有足夠的寬度及側(cè)面土的強度條件，防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增大墊層的豎向變形量。放坡1：3(2)砂墊層的寬度b′—墊層底面寬度，m。注意：墊層頂面寬(3)砂墊層的承載力確定a.經(jīng)換填墊層處理的地基其承載力宜通過試驗、尤其是通過現(xiàn)場原位試驗（載荷、標(biāo)貫、觸探）確定。中砂、粗砂、礫砂墊層應(yīng)控制密實度在中密以上。b.對于按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》劃分安全等級為三級的建筑物及不太重要、小型、輕型或?qū)Τ两狄蟛桓叩墓こ蹋跓o試驗資料時可按下表取用承載力特征值。換填材料壓實系數(shù)λc承載力特征值fak/kPa碎石、卵石0.94-0.97200-300砂夾石（碎、卵石占30%-50%）200-250土夾石（碎、卵石占30%-50%）150-200中砂、粗砂、礫砂150-200粘性土和粉土（8<IP<14）130-180灰土0.93-0.95200-250土或灰土0.93-0.95150-200注：壓實系數(shù)小的墊層承載力取低值，反之取高值碾壓或振密重錘施工(3)砂墊層的承載力確定a.經(jīng)換填墊層處理的地基其承載力宜通(4)沉降計算

墊層地基沉降分二部分:一是墊層的沉降；二是軟弱下臥層的沉降。由于墊層材料模量遠大于下臥層的模量，所以在一般情況下，軟弱下臥層沉降量占整個沉降量的大部分。經(jīng)觀測及大量工程經(jīng)驗表明，經(jīng)換填墊層進行局部處理后，往往由于軟弱下臥層的變形，建筑物地基仍將產(chǎn)生過大的沉降及差異沉降，故應(yīng)按《地基基礎(chǔ)規(guī)范》中變形計算方法進行建筑物沉降計算，保證地基處理效果及建筑物安全。(4)沉降計算墊層地基沉降分二部分:一是墊層的沉2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設(shè)計(1)素土、灰土墊層簡介素土墊層（土墊層）灰土墊層（石灰與土體積比2：8，3：7）濕陷性黃土地區(qū)處理厚度1-3m減小地基的總濕陷量(以土治土)素土墊層灰土墊層局部墊層整片墊層分類設(shè)置在矩形基礎(chǔ)或條基下，每邊超出基底寬度不小于其厚度一半，用于消除地基部分濕陷量；無法阻水從墊層側(cè)面滲入下部未處理濕陷性土層。設(shè)置在整個建筑物的平面范圍內(nèi)，每邊超出基底寬度不小于其厚度，并不得小于2m，用于消除被處理土層的濕陷量，并防止水從墊層上部或側(cè)向滲入下部未處理濕陷性土層。消除濕陷性消除濕陷性，提高承載力和水穩(wěn)性2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設(shè)計(1)素土、灰土墊層簡(2)局部墊層一般設(shè)置在基礎(chǔ)底面下，可消除部分濕陷量，其平面處理范圍每邊超出基底寬度，可按下式計算，并不小于墊層厚度一半：式中：

B為需處理土層底的寬度

b為條基短邊寬度

c為考慮機具影響而增設(shè)的附加寬度0.2mθ為基底壓力擴散角，宜為22-30o，用素土?xí)r取小值，灰土?xí)r取大值(3)整片墊層的處理范圍每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，且不應(yīng)小于墊層厚度，并不小于2m；(2)局部墊層一般設(shè)置在基礎(chǔ)底面下，可消除部分濕陷量，其平面2.3.3粉煤灰墊層設(shè)計(1)粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排放的工業(yè)廢棄物，其排放堆積不僅占用土地資源，對生態(tài)環(huán)境也構(gòu)成了不同程度的危害，但粉煤灰是一種良好的軟土換填材料，可用于加固軟土地基。a.粉煤灰種類按排放系統(tǒng)分：干排灰、濕排灰、調(diào)濕灰按含鈣量分：高鈣灰（CaO≥10%）低鈣灰（CaO<10%）b.粉煤灰換填法適用范圍廠房、機場、港區(qū)陸域和堆場等大面積填筑工程。2.3.3粉煤灰墊層設(shè)計(1)粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排放(2)粉煤灰工程特性及其對環(huán)境的影響a.自重輕：可降低下臥層土的壓力，減小沉降因粉煤灰主要由硅鋁等非晶態(tài)玻璃球體組成，結(jié)晶礦物很少，故其ds比粘性土小得多，γ=6-7kN/m3。b.擊實性能好擊實曲線峰值段比天然土具有相對較寬的最優(yōu)含水量區(qū)間。粉煤灰最佳含水量變動幅度為±4%，而土為±2%，使粉煤灰在回填過程中更易達到設(shè)計密實度所要求的含水量。c.抗剪強度粉煤灰抗剪強度指標(biāo)c、φ值可通過直剪試驗或三軸壓縮試驗測定；當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，c=5-30kPa，φ=23-30o。直剪儀(2)粉煤灰工程特性及其對環(huán)境的影響a.自重輕：可降低下臥層d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實功能、密實度和飽和程度有關(guān)。當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，Es=8-20MPae.承載能力粉煤灰墊層經(jīng)壓實后若遇水其強度會降低，當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時的浸水墊層，其承載力特征值為120-150kPa。f.滲透性因粉煤灰組成為近似砂質(zhì)粉土，故其滲透性較好，但隨著齡期的增加，滲透性逐漸減小。齡期效應(yīng)：粉煤灰中細顆粒在有水條件下，在常溫下與Ca(OH)2反應(yīng)，形成具有膠凝性質(zhì)的化合物（火山灰反應(yīng)），填充孔隙，使其強度和抗?jié)B性得到改善。d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實功能、密實度和飽和程度有關(guān)。g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下具有較高的抗液化性，比砂質(zhì)粉土強得多。h.對環(huán)境的影響粉煤灰是一種堿性材料，遇水后因堿性可溶物的析出使PH值升高，同時粉煤灰中含有一定的微量有害元素和放射性元素，因此在使用粉煤灰作為換填材料時必須滿足環(huán)境要求。(3)粉煤灰墊層設(shè)計不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設(shè)計。a.設(shè)計g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下具有較高的抗液化性，比2.4墊層施工

墊層施工按壓密采用的不同機械和工藝，一般可分為機械碾壓法、重錘夯實法、平板振動法。平碾拖式羊足碾一、機械碾壓法采用壓路機、推土機、平碾、羊足碾或其他碾壓機械在地基表面來回開動，利用自重把墊層或松散地基壓實。2.4.1按密實方法分類2.4墊層施工墊層施工按壓密采用的不同機械和氣胎碾

蛙式夯振動壓實機2振動壓實機1氣胎碾蛙式夯振動壓實機2振動壓實機1墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗指標(biāo)為填土最大干密度，關(guān)鍵在于控制每層的鋪設(shè)厚度和最優(yōu)含水量（由室內(nèi)擊實試驗確定）施工機械、鋪填厚度、碾壓遍數(shù)與填筑含水量注：為了將室內(nèi)擊實試驗結(jié)果用于設(shè)計和施工，必須研究室內(nèi)擊實試驗與現(xiàn)場碾壓的關(guān)系，各施工參數(shù)應(yīng)由現(xiàn)場試驗確定，在現(xiàn)場應(yīng)以壓實系數(shù)和施工含水量進行控制。施工機械每層鋪填厚度每層壓實遍數(shù)平碾（8-12t)200-3006-8羊足碾（5-16t)200-3508-16蛙工夯（200kg)200-2503-4振動碾（8-15t)600-13006-8振動壓實機1200-150010沖擊碾壓機700-1200插入式振動器200-500平板式振動器150-250現(xiàn)場碾壓12遍較為合適墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗指標(biāo)為填土最大干密度，關(guān)二、重錘夯實法用起重機將夯錘提升到一定高度，然后自由下落，不斷重復(fù)夯擊以加固地基。適于地下水位距地表大于0.8的稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。注：1、重錘夯實宜一夯挨一夯的順序進行；2、單獨柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的夯擊順序進行；3、同一基坑底面標(biāo)高不同時，應(yīng)先深后淺、逐層夯實；4、累計夯擊10-20次，最后兩擊平均夯沉量，砂土不超過5-10mm，細料土不超過10-20mm；5、現(xiàn)場試驗應(yīng)確定最少夯擊遍數(shù)、最后平均夯沉量、有效夯實深度（有效夯實深度達1m，可消除1-1.5m厚土層的濕陷性。）二、重錘夯實法適于地下水位距地表大于0.8的稍濕粘性土、砂土三、平板振動法使用振動壓實機來處理無粘性土或粘粒含量少，透水性好的松散雜填土地基的方法。振實效果與填土成份、振動時間等因素有關(guān)注：1、施工前需試振，得到穩(wěn)定下沉量與時間的關(guān)系（建筑垃圾振動時間約在1min以上，細粒填土振動時間約在3-5min，有效振深為1.2-1.5m）2、振實范圍應(yīng)從基礎(chǔ)邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩側(cè)，后振中間；3、振動合格標(biāo)準(zhǔn)為振動機原地振實不再繼續(xù)下沉，并輔以輕便觸探檢驗其均勻性與影響深度。三、平板振動法振實效果與填土成份、振動時間等因素有關(guān)注：1、

砂石是良好的換填材料（以中粗砂為好）。砂墊層含泥量不宜超過5%，也不得含有草根、垃圾等有機質(zhì)雜物。如用作排水固結(jié)砂石材料墊層,含泥量不宜超過3%；并且不應(yīng)夾有過大的石塊或碎石,因為碎石過大會導(dǎo)致墊層本身的不均勻壓縮,一般要求碎(卵)石最大粒徑不宜大于50mm，對于濕陷性黃土地基不應(yīng)選用透水性的砂石墊層。采用細砂作為換填材料，應(yīng)改善材料的級配狀況，應(yīng)摻入30%-50%的碎石（最大粒徑不超過50mm），當(dāng)碾壓（或夯、振）功能較大時，亦不宜大于80mm。一、砂（或砂石）墊層2.4.2按墊層材料分類1、材料選用砂石是良好的換填材料（以中粗砂為好）。砂墊層含2.施工參數(shù)干密度ρd是砂墊層施工質(zhì)量控制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計要求的ρd為室內(nèi)擊實試驗ρdmax與壓實系數(shù)λc的乘積；無擊實試驗資料時，可把中密狀態(tài)的ρd作為設(shè)計要求的干密度：中砂為1.6t/m3；粗砂為1.7t/m3；碎石和卵石為2.0-2.2t/m3。注：1.粉質(zhì)粘土或灰土（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±2%2.粉質(zhì)粘土或灰土（振動碾壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop的-6%~+2%3.粉煤灰（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±4%2.施工參數(shù)干密度ρd是砂墊層施工質(zhì)量控制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計要碾壓法振動法夯實法分層鋪筑

分層壓實c.施工要點砂和砂石墊層采用什么方法和機具對于墊層的質(zhì)量至關(guān)重要，除下臥層是高靈敏度的軟土在鋪設(shè)第一層時要注意不能采用振動能量大的機具擾動下臥層外，在一般情況下,砂和砂石墊層首選振動法,因為振動比碾壓更能使砂和砂石密實。墊層最優(yōu)含水量可根據(jù)施工方法確定：平板振動器：wop=15%-20%平碾及蛙式夯：wop=8%-12%插入式振動器：宜為飽和的碎石、卵石或礦渣充分灑水濕透分層壓實質(zhì)量應(yīng)控制機械碾壓速度：平碾：2km/h羊足碾：3km/h振動碾：2km/h振動壓實：0.5km/h碾壓法分層鋪筑

分層壓實c.施工要點砂和砂石墊層采用什么方法二、素土（或灰土、二灰）墊層2.素土墊層土料中有機質(zhì)含量不得超過5%，不得含有凍土、膨脹土，不得夾有磚、瓦和石塊等滲水材料，碎石粒徑不得大于50mm；3.灰土墊層土料宜用粘性土或Ip<4的粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，粒徑不得大于15mm，宜用新鮮的消石灰，石灰粒徑不得大于5mm；4.控制墊層質(zhì)量的壓實系數(shù)λc應(yīng)符合：當(dāng)墊層厚度不大于3m時，λc大于等于0.93；當(dāng)墊層厚度大于3m，λc大于等于0.95；6.分段施工時不得在柱基、墻角及承重間墻下接縫，接縫處應(yīng)夯壓密實，上下兩層的縫距不得小于500mm，灰土應(yīng)拌合均勻，應(yīng)當(dāng)日鋪填夯壓，壓實后3天內(nèi)不得受水浸泡。5.采用分層填夯（壓）實的施工方法，分層鋪填厚度見P14表2.3；1.墊層承載力由現(xiàn)場載荷試驗確定，若無試驗資料時，素土墊層不宜超過180kPa，灰土墊層不宜超過250kPa；二、素土（或灰土、二灰）墊層2.素土墊層土料中有機質(zhì)含量不得碾壓法振動法分層鋪筑

分層壓實1.虛鋪厚度和碾壓遍數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場小型試驗確定，若無試驗資料，可選用鋪筑厚度200-300mm，碾壓后的壓實厚度為150-200mm；施工壓實含水量可控制在wop±4%。2.對小型工程可用人工分層攤鋪，在整平后用平板振動器或蛙式打夯機壓實；對大中型工程可用機械攤鋪，整平后用履帶式機具初壓二遍，再用中、重型壓路機碾壓；碾壓次數(shù)一般為4-6遍。注：3.施工宜當(dāng)天鋪筑、當(dāng)天壓實；若壓實時呈松散狀，應(yīng)灑水后再壓實；若出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象應(yīng)暫緩壓實，并開槽、翻開晾曬或換灰；4.施工時最低氣溫不低于零度，以免其出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象；5.每一層粉煤灰墊層經(jīng)驗收合格后，方可進行上層施工。三、粉煤灰墊層碾壓法分層鋪筑

分層壓實1.虛鋪厚度和碾壓遍數(shù)應(yīng)通過現(xiàn)場小型a.對粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰和砂石墊層的施工質(zhì)量檢驗可用環(huán)刀法以、標(biāo)準(zhǔn)貫入法以、靜力觸探、輕型觸探試驗檢驗。b.對砂石、礦渣墊層可用重型動力觸探檢驗，并均應(yīng)通過現(xiàn)場試驗以設(shè)計壓實系數(shù)所對應(yīng)的貫入度為標(biāo)準(zhǔn)檢驗墊層的施工質(zhì)量。注：用貫入儀檢驗墊層質(zhì)量,對于砂墊層可用鋼筋檢驗,鋼筋直徑為20mm的平頭鋼筋,長1.25m,垂直距離砂表面0.7m,自由落下,測量貫入深度，貫入深度以不大于根據(jù)該砂的控制干密度測定的深度為合格。檢驗點間距應(yīng)小于4m。2.5質(zhì)量檢驗注：環(huán)刀容積不應(yīng)小于200cm3,徑高比為1：1，取樣前測點表面應(yīng)刮去30-50mm厚的松砂，環(huán)刀內(nèi)砂樣應(yīng)不包含尺寸大于10mm的泥團和石子。砂墊層干密度控制標(biāo)準(zhǔn)為：中砂為1.6t/m3；粗砂為1.7t/m3。a.對粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰和砂石墊層的施工質(zhì)量檢驗可用環(huán)刀c.墊層的施工質(zhì)量檢驗必須分層進行，應(yīng)在每層的壓實系數(shù)符合設(shè)計要求后鋪填上層土。d.采用環(huán)刀法檢驗墊層的施工質(zhì)量時，取樣點應(yīng)位于每層土厚度的2/3深度處。檢驗點數(shù)量，對大基坑每50-100m2不應(yīng)少于1個檢驗點，對基槽每10-20m不應(yīng)少于1個點，每個獨立柱基不應(yīng)少于1個點。采用貫入儀或動力觸探檢驗墊層的施工質(zhì)量時，每分層檢驗點間距應(yīng)小于4m。e.竣工驗收采用載荷試驗檢驗墊層承載力時，每個單體工程不宜少于3點，對于大型工程則應(yīng)按單體工程的數(shù)量或工程的面積確定檢驗點數(shù)量。墊層施工完后應(yīng)滿足的壓實系數(shù)0.94-0.97c.墊層的施工質(zhì)量檢驗必須分層進行，應(yīng)在每層的壓實系數(shù)符合設(shè)Cushion第2章?lián)Q土墊層法（換填法）Cushion第2章?lián)Q土墊層法（換填法）

換填法是指挖去地表淺層軟弱土層，回填堅硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實，形成墊層的地基處理方法。2.1墊層分類和適用范圍墊層材料卵石、碎石、礫石、粗砂、中砂素土灰土：灰土比2:8或3:7工業(yè)廢料：粉煤灰，礦渣適用范圍適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等淺層處理。開挖基坑后，利用分層回填夯壓也可處理較深軟弱土層，但換填基坑開挖過深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或邊坡支護；易引起鄰近結(jié)構(gòu)物破壞，且土方量大，費用高，工期長，對環(huán)境影響大，故換填法的處理深度應(yīng)控制在0.5-3m土工合成材料、聚苯乙烯板塊換填法是指挖去地表淺層軟弱土層，回填堅硬、較粗粒2.2土的壓實機理因換填法在換填后將土層壓實，從而提高了地基的承載力。為了更好的掌握換填法的機理，首先應(yīng)了解土的壓實機理。壓實的本質(zhì)土料孔隙率減小，密實度提高W增大，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所以壓實效果較好，直至wop時達到ρdmaxW繼續(xù)增大，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，此時自由水填充在孔隙中，產(chǎn)生了阻止土粒移動的作用，所以壓實效果又趨下降，ρd反而減小。壓實機理W較小時，其粒間引力較大，在一定的外部壓實功能作用下，還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。2.2土的壓實機理因換填法在換填后將土層壓實，從而提高了0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.11.最優(yōu)含水量:在一定壓實能量下，使土最容易壓實，并能達到最大干重度的含水量wop，與之相對應(yīng)的干密度稱為最大干密度ρdmax2.擊實曲線特點：具有峰值：峰值點對應(yīng)于ρdmax和ωop。塑限等于土樣風(fēng)干時的含水量工程中常按ωop＝ωp±20481216擊實筒護筒擊錘導(dǎo)筒試驗所用設(shè)備：擊實儀3.測定最佳含水量方法：擊實試驗輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm的土，擊實筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm

重型擊實試驗適用于粒徑小于20mm的土，擊實筒容積為2130cm3，擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm

。分五層擊實，每層56擊。根據(jù)擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應(yīng)的干密度現(xiàn)場填土的壓實質(zhì)量用下列兩個指標(biāo)來檢驗：壓實系數(shù)λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%擊實筒護筒擊錘導(dǎo)筒試驗所用設(shè)備：擊實儀3.測定最佳含水量方法換土墊層作用（1）提高地基的承載力

（2）減少地基沉降量

（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)

（4）防止凍脹和消除膨脹土地基的脹縮作用軟土墊層2.3墊層設(shè)計換土墊層作用（1）提高地基的承載力

（2）減少地基沉降量

（不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設(shè)計。(1)砂墊層的厚度墊層厚度應(yīng)滿足：pz—墊層底附加應(yīng)力設(shè)計值；pcz—墊層底面處土自重應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值；faz—墊層底面處下臥層土經(jīng)深度修正后的地基承載力的特征值（設(shè)計值）。墊層的厚度一般不宜大于3m,太厚施工較困難,太薄(<0.5m)則墊層的作用不顯著。2.3.1砂（或砂石、碎石）墊層設(shè)計不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似墊層底附加應(yīng)力pzpk—基底平均壓力；pc—基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力；θ—墊層的壓力擴散角，宜通過試驗確定，當(dāng)無試驗資料時可采用下表數(shù)值：Z=0.5-3m條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)計算時可先假設(shè)一個墊層厚度，然后按前式進行驗算，若不符合要求重新設(shè)一個厚度再驗算直至滿足前式墊層底附加應(yīng)力pzpk—基底平均壓力；Z=0.5-3m條形矩(2)砂墊層的寬度b′—墊層底面寬度，m。注意：墊層頂面寬度宜超出基礎(chǔ)底面每邊不小于300mm，或從墊層底面兩側(cè)向上按開挖基坑的要求放坡。墊層底面寬度應(yīng)滿足基底面應(yīng)力擴散要求確定墊層寬度時，除應(yīng)滿足應(yīng)力擴散的要求處同，還應(yīng)考慮墊層應(yīng)有足夠的寬度及側(cè)面土的強度條件，防止墊層材料向側(cè)邊擠出而增大墊層的豎向變形量。放坡1：3(2)砂墊層的寬度b′—墊層底面寬度，m。注意：墊層頂面寬(3)砂墊層的承載力確定a.經(jīng)換填墊層處理的地基其承載力宜通過試驗、尤其是通過現(xiàn)場原位試驗（載荷、標(biāo)貫、觸探）確定。中砂、粗砂、礫砂墊層應(yīng)控制密實度在中密以上。b.對于按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》劃分安全等級為三級的建筑物及不太重要、小型、輕型或?qū)Τ两狄蟛桓叩墓こ蹋跓o試驗資料時可按下表取用承載力特征值。換填材料壓實系數(shù)λc承載力特征值fak/kPa碎石、卵石0.94-0.97200-300砂夾石（碎、卵石占30%-50%）200-250土夾石（碎、卵石占30%-50%）150-200中砂、粗砂、礫砂150-200粘性土和粉土（8<IP<14）130-180灰土0.93-0.95200-250土或灰土0.93-0.95150-200注：壓實系數(shù)小的墊層承載力取低值，反之取高值碾壓或振密重錘施工(3)砂墊層的承載力確定a.經(jīng)換填墊層處理的地基其承載力宜通(4)沉降計算

墊層地基沉降分二部分:一是墊層的沉降；二是軟弱下臥層的沉降。由于墊層材料模量遠大于下臥層的模量，所以在一般情況下，軟弱下臥層沉降量占整個沉降量的大部分。經(jīng)觀測及大量工程經(jīng)驗表明，經(jīng)換填墊層進行局部處理后，往往由于軟弱下臥層的變形，建筑物地基仍將產(chǎn)生過大的沉降及差異沉降，故應(yīng)按《地基基礎(chǔ)規(guī)范》中變形計算方法進行建筑物沉降計算，保證地基處理效果及建筑物安全。(4)沉降計算墊層地基沉降分二部分:一是墊層的沉2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設(shè)計(1)素土、灰土墊層簡介素土墊層（土墊層）灰土墊層（石灰與土體積比2：8，3：7）濕陷性黃土地區(qū)處理厚度1-3m減小地基的總濕陷量(以土治土)素土墊層灰土墊層局部墊層整片墊層分類設(shè)置在矩形基礎(chǔ)或條基下，每邊超出基底寬度不小于其厚度一半，用于消除地基部分濕陷量；無法阻水從墊層側(cè)面滲入下部未處理濕陷性土層。設(shè)置在整個建筑物的平面范圍內(nèi)，每邊超出基底寬度不小于其厚度，并不得小于2m，用于消除被處理土層的濕陷量，并防止水從墊層上部或側(cè)向滲入下部未處理濕陷性土層。消除濕陷性消除濕陷性，提高承載力和水穩(wěn)性2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設(shè)計(1)素土、灰土墊層簡(2)局部墊層一般設(shè)置在基礎(chǔ)底面下，可消除部分濕陷量，其平面處理范圍每邊超出基底寬度，可按下式計算，并不小于墊層厚度一半：式中：

B為需處理土層底的寬度

b為條基短邊寬度

c為考慮機具影響而增設(shè)的附加寬度0.2mθ為基底壓力擴散角，宜為22-30o，用素土?xí)r取小值，灰土?xí)r取大值(3)整片墊層的處理范圍每邊超出建筑物外墻基礎(chǔ)外緣的寬度，且不應(yīng)小于墊層厚度，并不小于2m；(2)局部墊層一般設(shè)置在基礎(chǔ)底面下，可消除部分濕陷量，其平面2.3.3粉煤灰墊層設(shè)計(1)粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排放的工業(yè)廢棄物，其排放堆積不僅占用土地資源，對生態(tài)環(huán)境也構(gòu)成了不同程度的危害，但粉煤灰是一種良好的軟土換填材料，可用于加固軟土地基。a.粉煤灰種類按排放系統(tǒng)分：干排灰、濕排灰、調(diào)濕灰按含鈣量分：高鈣灰（CaO≥10%）低鈣灰（CaO<10%）b.粉煤灰換填法適用范圍廠房、機場、港區(qū)陸域和堆場等大面積填筑工程。2.3.3粉煤灰墊層設(shè)計(1)粉煤灰簡介粉煤灰是燃煤電廠排放(2)粉煤灰工程特性及其對環(huán)境的影響a.自重輕：可降低下臥層土的壓力，減小沉降因粉煤灰主要由硅鋁等非晶態(tài)玻璃球體組成，結(jié)晶礦物很少，故其ds比粘性土小得多，γ=6-7kN/m3。b.擊實性能好擊實曲線峰值段比天然土具有相對較寬的最優(yōu)含水量區(qū)間。粉煤灰最佳含水量變動幅度為±4%，而土為±2%，使粉煤灰在回填過程中更易達到設(shè)計密實度所要求的含水量。c.抗剪強度粉煤灰抗剪強度指標(biāo)c、φ值可通過直剪試驗或三軸壓縮試驗測定；當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，c=5-30kPa，φ=23-30o。直剪儀(2)粉煤灰工程特性及其對環(huán)境的影響a.自重輕：可降低下臥層d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實功能、密實度和飽和程度有關(guān)。當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時，Es=8-20MPae.承載能力粉煤灰墊層經(jīng)壓實后若遇水其強度會降低，當(dāng)無試驗資料且壓實系數(shù)為0.9-0.95時的浸水墊層，其承載力特征值為120-150kPa。f.滲透性因粉煤灰組成為近似砂質(zhì)粉土，故其滲透性較好，但隨著齡期的增加，滲透性逐漸減小。齡期效應(yīng)：粉煤灰中細顆粒在有水條件下，在常溫下與Ca(OH)2反應(yīng)，形成具有膠凝性質(zhì)的化合物（火山灰反應(yīng)），填充孔隙，使其強度和抗?jié)B性得到改善。d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實功能、密實度和飽和程度有關(guān)。g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下具有較高的抗液化性，比砂質(zhì)粉土強得多。h.對環(huán)境的影響粉煤灰是一種堿性材料，遇水后因堿性可溶物的析出使PH值升高，同時粉煤灰中含有一定的微量有害元素和放射性元素，因此在使用粉煤灰作為換填材料時必須滿足環(huán)境要求。(3)粉煤灰墊層設(shè)計不同材料墊層（如砂墊層、粉煤灰墊層、礦渣墊層）的特性基本相似，處理穩(wěn)定后的地基承載力及沉降也相差不大，所以可將各種材料的墊層近似按砂墊層進行設(shè)計。a.設(shè)計g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下具有較高的抗液化性，比2.4墊層施工

墊層施工按壓密采用的不同機械和工藝，一般可分為機械碾壓法、重錘夯實法、平板振動法。平碾拖式羊足碾一、機械碾壓法采用壓路機、推土機、平碾、羊足碾或其他碾壓機械在地基表面來回開動，利用自重把墊層或松散地基壓實。2.4.1按密實方法分類2.4墊層施工墊層施工按壓密采用的不同機械和氣胎碾

蛙式夯振動壓實機2振動壓實機1氣胎碾蛙式夯振動壓實機2振動壓實機1墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗指標(biāo)為填土最大干密度，關(guān)鍵在于控制每層的鋪設(shè)厚度和最優(yōu)含水量（由室內(nèi)擊實試驗確定）施工機械、鋪填厚度、碾壓遍數(shù)與填筑含水量注：為了將室內(nèi)擊實試驗結(jié)果用于設(shè)計和施工，必須研究室內(nèi)擊實試驗與現(xiàn)場碾壓的關(guān)系，各施工參數(shù)應(yīng)由現(xiàn)場試驗確定，在現(xiàn)場應(yīng)以壓實系數(shù)和施工含水量進行控制。施工機械每層鋪填厚度每層壓實遍數(shù)平碾（8-12t)200-3006-8羊足碾（5-16t)200-3508-16蛙工夯（200kg)200-2503-4振動碾（8-15t)600-13006-8振動壓實機1200-150010沖擊碾壓機700-1200插入式振動器200-500平板式振動器150-250現(xiàn)場碾壓12遍較為合適墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗指標(biāo)為填土最大干密度，關(guān)二、重錘夯實法用起重機將夯錘提升到一定高度，然后自由下落，不斷重復(fù)夯擊以加固地基。適于地下水位距地表大于0.8的稍濕粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。注：1、重錘夯實宜一夯挨一夯的順序進行；2、單獨柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的夯擊順序進行；3、同一基坑底面標(biāo)高不同時，應(yīng)先深后淺、逐層夯實；4、累計夯擊10-20次，最后兩擊平均夯沉量，砂土不超過5-10mm，細料土不超過10-20mm；5、現(xiàn)場試驗應(yīng)確定最少夯擊遍數(shù)、最后平均夯沉量、有效夯實深度（有效夯實深度達1m，可消除1-1.5m厚土層的濕陷性。）二、重錘夯實法適于地下水位距地表大于0.8的稍濕粘性土、砂土三、平板振動法使用振動壓實機來處理無粘性土或粘粒含量少，透水性好的松散雜填土地基的方法。振實效果與填土成份、振動時間等因素有關(guān)注：1、施工前需試振，得到穩(wěn)定下沉量與時間的關(guān)系（建筑垃圾振動時間約在1min以上，細粒填土振動時間約在3-5min，有效振深為1.2-1.5m）2、振實范圍應(yīng)從基礎(chǔ)邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩側(cè)，后振中間；3、振動合格標(biāo)準(zhǔn)為振動機原地振實不再繼續(xù)下沉，并輔以輕便觸探檢驗其均勻性與影響深度。三、平板振動法振實效果與填土成份、振動時間等因素有關(guān)注：1、

砂石是良好的換填材料（以中粗砂為好）。砂墊層含泥量不宜超過5%，也不得含有草根、垃圾等有機質(zhì)雜物。如用作排水固結(jié)砂石材料墊層,含泥量不宜超過3%；并且不應(yīng)夾有過大的石塊或碎石,因為碎石過大會導(dǎo)致墊層本身的不均勻壓縮,一般要求碎(卵)石最大粒徑不宜大于50mm，對于濕陷性黃土地基不應(yīng)選用透水性的砂石墊層。采用細砂作為換填材料，應(yīng)改善材料的級配狀況，應(yīng)摻入30%-50%的碎石（最大粒徑不超過50mm），當(dāng)碾壓（或夯、振）功能較大時，亦不宜大于80mm。一、砂（或砂石）墊層2.4.2按墊層材料分類1、材料選用砂石是良好的換填材料（以中粗砂為好）。砂墊層含2.施工參數(shù)干密度ρd是砂墊層施工質(zhì)量控制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計要求的ρd為室內(nèi)擊實試驗ρdmax與壓實系數(shù)λc的乘積；無擊實試驗資料時，可把中密狀態(tài)的ρd作為設(shè)計要求的干密度：中砂為1.6t/m3；粗砂為1.7t/m3；碎石和卵石為2.0-2.2t/m3。注：1.粉質(zhì)粘土或灰土（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±2%2.粉質(zhì)粘土或灰土（振動碾壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop的-6%~+2%3.粉煤灰（夯壓）：現(xiàn)場含水量控制在wop±4%2.施工參數(shù)干密度ρd是砂墊層施工質(zhì)量控制的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計要碾壓法振動法夯實法分層鋪筑

分層壓實c.施工要點砂和砂石墊層采用什么方法和機具對于墊層的質(zhì)量至關(guān)重要，除下臥層是高靈敏度的軟土在鋪設(shè)第一層時要注意不能采用振動能量大的機具擾動下臥層外，在一般情況下,砂和砂石墊層首選振動法,因為振動比碾壓更能使砂和砂石密實。墊層最優(yōu)含水量可根據(jù)施工方法確定：平板振動器：wop=15%-20%平碾及蛙式夯：wop=8%-12%插入式振動器：宜為飽和的碎石、卵石或礦渣充分灑水濕透分層壓實質(zhì)量應(yīng)