換填墊層法的概念施工技術(shù)與工程實例

山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.1概述換填墊層法的概念、施工技術(shù)與工程實例3.1.1換填墊層法概念與應(yīng)用

換填墊層法也稱為換填法，是指當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時，將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強度較大的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高爐干渣等強度較大、性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料，并分層夯實（或振實）至要求密實度。還包括：平整場地和道路路基填注等。

山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.1.2換填墊層法分類按回填材料：砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、

二灰二灰土-簡介.ppt墊層、干渣墊層和粉煤灰墊層等。按施工機械：重錘夯實法，機械碾壓法和振動壓實法。3.1.3換填墊層法適用范圍

換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。主要用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。處理深度常控制在3～5m范圍以內(nèi)。若換土墊層太薄，其作用不甚明顯，因此處理深度也不應(yīng)小于0.5m。換填法各種墊層的適用范圍見表2.1山東科技大學(xué)王清標(biāo)表3.1各種墊層的適用范圍墊層分類及其實用性山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.2加固機理3.2.1墊層的作用1）提高淺層地基承載力2）減少地基的變形量3）加速軟土層的排水固結(jié)4）防止土的凍脹：毛細現(xiàn)象5）消除地基土的濕陷性、脹縮性或凍脹性6）消除濕陷性黃土的濕陷作用7）局部換填處理暗浜和暗溝3.2.2土的壓實原理1）土的壓實原理①粘性土含水量（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）較小時，水化膜很薄，顆粒間引力大，壓實效果差。②增加土含水量時，結(jié)合水膜逐漸增厚，顆粒間引力減弱，土粒在相同的壓實功能下易于移動而擠密，壓實效果提高，土干密度也隨之提高。③土中含水量增大到一定程度后，孔隙中開始出現(xiàn)自由水，結(jié)合水膜的擴大作用并不明顯，顆粒間引力很弱，但是，自由水充填在孔隙中，阻止了土粒間的移動，病隨著含水量的增大二阻力逐漸增大，壓實效果下降，土干密度減少。山東科技大學(xué)王清標(biāo)山東科技大學(xué)王清標(biāo)2）最優(yōu)含水量現(xiàn)場碾壓與室內(nèi)擊實試驗的比較a-碾壓6遍；b-碾壓12遍；c-碾壓24遍；d-室內(nèi)擊實試驗

。

砂土和粘土的壓實曲線

最大干密度必須是針對某一特定的壓實功能而言的。山東科技大學(xué)王清標(biāo)施工含水量:

壓實系數(shù):

土的最大干密度:（3）擊實功

擊實功是用擊數(shù)來反映的，如用同一種土料，在同一含水率下分別用不同擊數(shù)進行擊實試驗，就能得到一組隨擊數(shù)不同的含水率與干密度關(guān)系曲線，從而得出以下結(jié)論。1）對于同一種土，最優(yōu)含水率和最大干密度隨擊實功而變化；擊實功愈大，得到的最優(yōu)含水率愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高。2）含水率超過最優(yōu)含水率后，擊實功的影響隨含水率的增加而逐漸減小。3）壓實曲線和飽和曲線[土在飽和狀態(tài)時的含水率與干密度的關(guān)系曲線]不相交，且壓實曲線永遠在飽和曲線的下方山東科技大學(xué)王清標(biāo)

（4）土的級配

級配良好的土壓實性較好，這是因為不均勻土內(nèi)粗顆粒形成的孔隙有足夠的細土粒填充，因而能獲得較高的干密度；均勻級配的土壓實性較差，因為均勻土內(nèi)粗顆粒形成的孔隙很少有細土粒填充。此壓實特性可由室內(nèi)擊實試驗中得到的。山東科技大學(xué)王清標(biāo)

但實踐工程表明，墊層填土、路堤施工填筑的情況與室內(nèi)擊實試驗的條件是有差別的。室內(nèi)擊實試驗是用錘擊的方法使土體密度增加。實際上擊實試驗使土樣在有側(cè)限的擊實筒內(nèi)進行，不可能發(fā)生側(cè)向拉移，力作用在有側(cè)限的土體上，則夯實會均勻，且能在最優(yōu)含水率狀態(tài)下獲得最大干密度，而現(xiàn)場施工的土料土塊大小不一，含水率和鋪填厚度很難控制均勻，實際壓實土的均勻性較差。山東科技大學(xué)王清標(biāo)山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.3墊層設(shè)計計計算3.3.1砂墊層的設(shè)設(shè)計（1）墊層的厚厚度確定條形基礎(chǔ)：：矩形基礎(chǔ)：：圖3.3墊層內(nèi)應(yīng)力力分布砂墊層的厚厚度一般是是根據(jù)墊層層底部軟弱弱土層的承承載力和建建筑物對地地基的變形形要求來確確定的。即即作用在砂砂墊層底面面處土的自自重應(yīng)力與與附加應(yīng)力力之和不大大于軟弱土土層的容許許承強力山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（2）墊層的寬寬度確定b’－墊層底面面寬度；－墊層擴散散角。構(gòu)造要求：：墊層頂面面每邊宜超超出邊底不不小于300mm，或按經(jīng)驗驗進行放坡坡。墊層寬度應(yīng)應(yīng)以滿足基基礎(chǔ)底面壓壓力擴散和和不破壞墊墊層側(cè)面土土質(zhì)為原則則進行設(shè)計計：壓力擴散角角山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（3）墊層承載力力的確定墊層承載力力宜通過現(xiàn)現(xiàn)場載荷試試驗確定。。當(dāng)無試驗驗資料時，，可按規(guī)范范選用，并并應(yīng)進行下下臥層承載載力的驗算算。各種墊層的的承載力山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（4）沉降計算山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)墊層模量：：山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（5）墊層材料的的選用1）砂石宜用碎石、、卵石、角角礫、圓礫礫、礫砂、、粗砂、中中砂或石屑屑（粒徑小小于2mm部分不超過過總重45%），應(yīng)級配配良好，不不含植物殘殘體、垃圾圾等雜質(zhì)。。當(dāng)使用粉粉細砂或石石粉（粒徑徑小于0.075mm部分不超過過總重9%）時，應(yīng)摻摻入不少于于總重30%碎石或卵石石。砂石最大粒粒徑不宜大大于50mm。對濕陷性性黃上地基基，不得選選用砂石等等透水材料料。2）粉質(zhì)粘土土3）灰土灰土體積配配合比宜為為2︰8或3︰7。4）粉煤灰5）礦渣6）其他工業(yè)業(yè)廢渣7）土工合成成材料3.3.2素土（或灰灰土、二灰灰）墊層設(shè)設(shè)計1）土料以粘粘性土和塑塑性指數(shù)大大于4的粉土，有有機質(zhì)含量量小于5%，顆粒小于于15mm且過篩。石石灰應(yīng)用ⅢⅢ級以上新新鮮的塊灰灰，使用前前1～2d消解并過篩篩。素土和和灰土墊層層的鋪填厚厚度，應(yīng)按按夯實機具具種類選擇擇；素土和和灰土墊層層底層的鋪鋪填厚度，，既能滿足足該層的壓壓密條件，，又能防止止破壞及擾擾動下臥濕濕陷性黃土土的結(jié)構(gòu)；；素土和灰灰土墊層材材料最優(yōu)含含水量的宜宜控制在ωωop±2%范圍內(nèi)。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)2）素土和灰灰土墊層處處理濕陷性性黃土地基基的施工過過程中，合合理安排施施工程序,保證工程質(zhì)質(zhì)量和施工工進度,完成濕陷性性黃土地區(qū)區(qū)建設(shè)任務(wù)務(wù)。素土和灰土土墊層處理理濕陷性黃黃土地基的的應(yīng)用已有有重大突破破，即施工工設(shè)備已采采用了挖掘掘機、裝載載機和大噸噸位的振動動壓路機，，素土和灰灰土鋪墊采采用了旋耕耕機，使工工程質(zhì)量顯顯著提高。。根據(jù)地基檢檢測的結(jié)果果，目前素素土墊層的的地基承載載力特征值值普遍達到到180kPa以上，灰土土墊層的地地基承載力力特征值普普遍達到250kPa以上，且有有良好的均均勻性。機械化程度度的提高,使得灰土墊墊層法施工工速度加快快，經(jīng)濟成成本降低，，素土和灰灰土墊層法法應(yīng)用進一一步擴大。。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.3.3粉煤灰墊層層設(shè)計粉煤灰類似似于砂質(zhì)粉粉土，粉煤煤灰墊層的的應(yīng)力擴散散角θ=21.70。粉煤灰墊墊層的最大大干密度和和最優(yōu)含水水率在設(shè)計計和施工前前，應(yīng)按照照土工試驗驗方法標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中的擊實實實驗法測測定。粉煤灰的內(nèi)內(nèi)摩擦角、、粘聚力、、壓縮模量量和滲透系系數(shù)，隨粉粉煤灰的材材料性質(zhì)和和壓實密度度而變化，，應(yīng)該通過過室內(nèi)土工工實驗確定定。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.3.4礦渣墊層設(shè)設(shè)計干渣（簡稱稱礦渣）又又稱高爐重重礦渣，是是高爐熔渣渣經(jīng)空氣自自然冷卻或或經(jīng)熱潑淋淋水處理后后得到的渣渣，可以作作為一種換換土墊層的的填料。素土墊層或或灰土墊層層、粉煤灰灰墊層和干干渣墊層的的設(shè)計可以以根據(jù)砂墊墊層的設(shè)計計原則，再再結(jié)合各自自的墊層特特點和場地地條件與施施工機械條條件，確定定合理地施施工方法和和選擇各種種設(shè)計計算算參數(shù)，并并可參照有有關(guān)的技術(shù)術(shù)和文獻資資料。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.4換填墊層法法施工技術(shù)術(shù)按密實方法法和施工機機械，換填填墊層法分分為機械碾碾壓法、重重錘夯實法法和振動壓壓實法。應(yīng)應(yīng)根據(jù)不同同的換填材材料選擇施施工機械。。3.4.1施工方法1）機械碾壓壓法常用于基坑坑底面積寬寬大開挖土土方量較大大的工程。。施工設(shè)備有有平碾、振振動碾、羊羊足碾、振振動壓實機機、蛙式夯夯、插入式式振動器和和平板振動動器等。粉質(zhì)粘土、、灰土宜采采用平碾、、振動碾或或羊足碾，，中小型工工程也可采采用蛙式夯夯、柴油夯夯，砂石等等宜用振動動碾，粉煤煤灰宜采用用平碾，振振動碾、平平板振動器器，蛙式夯夯。礦渣宜采用用平板振動動器或平碾碾，也可采采用振動碾碾。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)為了保證有有效壓實深深度，機械械碾壓速度度控制范圍圍為：平碾碾為2km/h；羊足碾3km/h；振動碾2km/h；振動壓實實機0.5km/h。表3.7墊層的每層層鋪填厚度度和壓實遍遍數(shù)山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)2）重錘夯實實法重錘夯實法法是用起重重機將夯錘錘提升到某某一高度，，然后自由由落錘，不不斷重復(fù)夯夯擊以加固固地基。適用于地下下水位距地地表0.8m以上稍濕的的粘性土、、砂土、濕濕陷性黃土土、雜填土土和分層填填土。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3）平板振動動法處理無粘性性土或粘粒粒含量少、、透水性較較好松散雜雜填土地基基。工作原理:由電動機帶帶動兩個偏偏心塊以相相同速度反反向轉(zhuǎn)動，，由此產(chǎn)生生較大垂直直振動力。。振動機頻率率1160～1180r/min振幅為3.5mm激振力50～100kN。振動壓實機機山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)打夯機蛙式打夯機機山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)壓實機蛙式打夯機機山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.4.2按墊層材料料分類1）砂石墊層層施工①宜采用振振動碾和振振動壓實機機等機具，，其壓實效效果、分層層鋪填厚度度、壓實遍遍數(shù)、最優(yōu)優(yōu)含水量等等，應(yīng)通過過現(xiàn)場試驗驗確定。②平板式振振動器時，，施工含水水量15%～20%；平碾或蛙蛙式夯時可可取8%～12%；當(dāng)用插入入式振動器器時，宜為為飽和的碎碎石、卵石石。③墊層底部部存在古井井、古墓、、洞穴、舊舊基礎(chǔ)、暗暗塘等軟硬硬不均的部部位時，應(yīng)應(yīng)先予清理理，再用砂砂石或好土土逐層回填填夯實，經(jīng)經(jīng)檢查合格格后，再鋪鋪填墊層。。④嚴(yán)禁擾動動墊層下臥臥的淤泥和和淤泥質(zhì)土土層，防止止踐踏、受受凍、浸泡泡或暴曬過過久。在卵卵石或碎石石墊層的底底部宜設(shè)置置150～300mm厚的砂層，，以防止下下臥淤泥和和淤泥質(zhì)土土層表面的的局部破壞壞。⑤砂石墊層層的底面宜宜鋪設(shè)在同同一標(biāo)高上上。⑥地下水高高于基坑底底面時，宜宜采取排降降水措施，，注意邊坡坡穩(wěn)定。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（2）土墊層施工工施工要點:①施工含水量量應(yīng)控制在在w0p±2%的范圍內(nèi)。。②不得在柱柱基、墻角角及承重窗窗間墻下接接縫，上下下兩層的縫縫距不得小小于0.5m，接縫處應(yīng)應(yīng)夯壓密實實，灰土、、二灰土應(yīng)應(yīng)拌和均勻勻并應(yīng)當(dāng)日日鋪填壓實實，灰土壓壓實后3天內(nèi)不得受受水浸泡，，冬季應(yīng)防防凍。③其它要求求參見砂墊墊層的施工工要點。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)1）粉煤灰材材料粉煤灰是燃燃煤電廠中中磨細煤粉粉在鍋爐中中燃燒后從從煙道排出出并被收塵塵器收集的的物質(zhì)，其其主要成分分是SiO2、Al2O3和Fe2O3等。粉煤灰顆粒粒尺寸變化化范圍大，，從幾百微微米到幾微微米，比表表面積一般般為2500～7000cm2/g，比重為2.01～2.22。我國根據(jù)粉粉煤灰的細細度和燒失失量將其分分為三個等等級：Ⅰ級粉煤灰，，0.045mm方孔篩篩余余量小于12%，燒失量小小于5%；Ⅱ級粉煤灰，，0.045mm方孔篩篩余余量小于20%，燒失量小小于8%；Ⅲ級粉煤灰，，0.045mm方孔篩篩余余量小于45%，燒失量小小于15%。（3）粉煤灰墊層層施工山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)2）施工要點點①粉煤灰的的最大干密密度和最優(yōu)優(yōu)含水量應(yīng)應(yīng)由室內(nèi)擊擊實試驗確確定。施工工時分層攤攤鋪，逐層層振密或壓壓實。②粉煤灰墊墊層在地下下水位以下下施工時，，應(yīng)采取排排（降）水水措施，嚴(yán)嚴(yán)禁在飽和和和浸水狀狀態(tài)下施工工，更不宜宜采用水沉沉法施工。。③在軟土地地基，應(yīng)先先鋪填20cm左右厚的粗粗砂或高爐爐干渣，以以免表層土土體擾動，，同時有利利于下臥土土層的排水水固結(jié)，并并切斷毛細細水上升。。④每一層粉粉煤灰墊層層驗收合格格后，應(yīng)及及時鋪筑上上層或采用用封層，以以防干燥松松散起塵污污染環(huán)境，，并禁止車車輛在其上上行駛通行行。（4）干渣墊層層施工用于墊層的的干渣技術(shù)術(shù)條件應(yīng)符符合下列規(guī)規(guī)定：穩(wěn)定定性合格：：松散密度度不小于1.1t/立方米；泥泥土與有機機質(zhì)含量不不大于5%。對于一般般場地平整整，干渣質(zhì)質(zhì)量可不受受上述指標(biāo)標(biāo)限制。施工采用分分層壓實法法。壓實可可用平板振振動法和機機械碾壓法法。小面積積施工宜采采用平板振振動器振實實。電動功功率大于1.5kw，每層虛鋪鋪厚度，200-250mm，振搗遍數(shù)數(shù)有試驗確確定，以達達到設(shè)計密密實度為準(zhǔn)準(zhǔn)。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)大面積施工工宜采用8-12t壓路機，每每層虛鋪厚厚度不大于于300mm；也可采用用振動壓路路機碾壓，，碾壓遍數(shù)數(shù)均可由現(xiàn)現(xiàn)場試驗確確定。根據(jù)據(jù)冶金部門門對礦渣墊墊層的研究究，無論是是采用碾壓壓施工還是是采用振動動法施工，，當(dāng)滿足壓壓實條件時時，均可獲獲得很高的的變形模量量而能滿足足工程要求求。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（5）土工合成成材料墊層層施工土工合成材材料上的第第一層填土土攤鋪宜采采用輕型推推土機或前前置式裝載載機。一切切車輛、施施工機械只只允許沿路路堤的軸線線方向行駛駛?；靥钐盍蠒r時，應(yīng)采用用后卸式卡卡車沿加筋筋材料兩側(cè)側(cè)邊緣傾卸卸填料，以以形成運土土的交通便便道，并將將土工合成成材料張緊緊。填料不不允許直接接缷在土工工合成材料料上面，必必須缷在已已攤鋪完畢畢的土面上上；缷土高高度以不大大于1m為宜，以免免造成局部部承載力不不足。缷土土后應(yīng)立即即攤鋪，以以免出現(xiàn)局局部下陷。。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)（6）聚苯乙烯烯板塊墊層層施工聚苯乙烯板板塊施工時時，宜按施施工放樣的的標(biāo)志沿中中線向兩邊邊采用人工工或輕型機機具把EPS準(zhǔn)確就位，，不許重型型機械或拖拖拉機在EPS塊體上行駛駛。EPS塊體和塊體體之間應(yīng)分分別采用連連接件單面面爪（底部部或頂部））、雙面爪爪（塊體之之間）和““L形”金屬銷銷釘連結(jié)緊緊密。山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)山東科技大大學(xué)王王清標(biāo)3.5質(zhì)量檢驗墊層的施工工質(zhì)量檢驗驗可利用貫貫入儀、輕輕型動力觸觸探或標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫入試驗驗檢驗。1）檢驗方法法選用原則則粉質(zhì)粘土、、灰土、粉粉煤灰和砂砂石墊層可可用環(huán)刀法法、貫入儀儀、靜力觸觸探、輕型型動力觸探探或標(biāo)準(zhǔn)貫貫入試驗檢檢驗。砂石、礦渣渣墊層可用用重型動力力觸探。壓實系數(shù)也也可采用環(huán)環(huán)刀法、灌灌砂法、灌灌水法或其其他方法檢檢驗。載荷試驗壓板板邊長或直徑徑不應(yīng)小于墊墊層厚度的1/3。2）檢驗點數(shù)量量對大基坑每50～100m2不應(yīng)小于1個檢驗點；對對基槽每10～20m不應(yīng)少于1個點；每個單單獨柱基不應(yīng)應(yīng)少于1個點。貫入儀或動力力觸探檢驗時時，分層檢驗驗點的間距應(yīng)應(yīng)小于4m?？⒐を炇詹捎糜幂d荷試驗檢檢驗墊層承載載力時，每個個單體工程不不宜少于3點；對于大型型工程則應(yīng)按按單體工程的的數(shù)量或工程程的面積確定定檢驗點數(shù)。。山東科技大學(xué)學(xué)王清標(biāo)標(biāo)【例1】某教學(xué)樓是三三層磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)，條形毛石石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)礎(chǔ)埋深1.8m，條形基礎(chǔ)礎(chǔ)底面寬度為為1.8m，基底壓力140kPa，基底以上基基礎(chǔ)回填土的的重度為19.2kN/m3，該場地0—8m為軟粘土，重重度為18kN/m3，地基承載力力特征值為100kPa，采用灰土墊墊層處理，灰灰土重度19.8kN/m3。3.6工程應(yīng)用實例例山東科技大學(xué)學(xué)王清標(biāo)標(biāo)計算過程如下下：γ—軟土重度D—基礎(chǔ)埋深Z=2.206603778m&Z=0.666368943m山東科技大學(xué)學(xué)王清標(biāo)標(biāo)取z=0.7m，則Pz=76.12kPa，Pcz=48.42kPa則Pz+Pcz=124.54kPa<faz=124.96kPa滿足下臥層驗驗算要求。據(jù)《建筑地基處理理規(guī)范》4.2.2，墊層底面的的寬度應(yīng)滿足足基礎(chǔ)底面應(yīng)應(yīng)力擴散的要要求，可按下下式確定基礎(chǔ)頂面的寬寬度可從