換填墊層法匯總課件

山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.1概述3換填墊層法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?？刂圃?～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(xì)現(xiàn)象5）消除地基土的濕陷性、脹縮性或凍脹性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)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（p15）:山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.3墊層設(shè)計計算3.3.1墊層的厚度確定條形基礎(chǔ)：矩形基礎(chǔ)：

圖3.3墊層內(nèi)應(yīng)力分布

砂墊層的厚度一般是根據(jù)墊層底部軟弱土層的承載力和建筑物對地基的變形要求來確定的。即作用在砂墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于軟弱土層的容許承強力山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.3.2墊層的寬度確定b’－墊層底面寬度；－墊層擴散角。構(gòu)造要求：墊層頂面每邊宜超出邊底不小于300mm，或按經(jīng)驗進(jìn)行放坡。

墊層寬度應(yīng)以滿足基礎(chǔ)底面壓力擴散和不破壞墊層側(cè)面土質(zhì)為原則進(jìn)行設(shè)計：壓力擴散角山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.3.3墊層承載力的確定

墊層承載力宜通過現(xiàn)場載荷試驗確定。當(dāng)無試驗資料時，可按規(guī)范選用，并應(yīng)進(jìn)行下臥層承載力的驗算。

各種墊層的承載力山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.3.4沉降計算山東科技大學(xué)王清標(biāo)墊層模量：山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.3.5墊層材料的選用1）砂石宜用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑（粒徑小于2mm部分不超過總重45%），應(yīng)級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)砂或石粉（粒徑小于0.075mm部分不超過總重9%）時，應(yīng)摻入不少于總重30%碎石或卵石。

砂石最大粒徑不宜大于50mm。對濕陷性黃上地基，不得選用砂石等透水材料。

2）粉質(zhì)粘土3）灰土灰土體積配合比宜為2︰8或3︰7。

4）粉煤灰5）礦渣6）其他工業(yè)廢渣7）土工合成材料山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.4換填墊層法施工技術(shù)機械碾壓法、重錘夯實法和振動壓實法。應(yīng)根據(jù)不同的換填材料選擇。3.4.1施工方法1）機械碾壓法

常用于基坑底面積寬大開挖土方量較大的工程。施工設(shè)備有平碾、振動碾、羊足碾、振動壓實機、蛙式夯、插入式振動器和平板振動器等。粉質(zhì)粘土、灰土宜采用平碾、振動碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯，砂石等宜用振動碾，粉煤灰宜采用平碾，振動碾、平板振動器，蛙式夯。礦渣宜采用平板振動器或平碾，也可采用振動碾。山東科技大學(xué)王清標(biāo)

為了保證有效壓實深度，機械碾壓速度控制范圍為：平碾為2km/h；羊足碾3km/h；振動碾2km/h；振動壓實機0.5km/h。墊層的每層鋪填厚度和壓實遍數(shù)山東科技大學(xué)王清標(biāo)2）重錘夯實法

用起重機將夯錘提升到某一高度，然后自由落錘，不斷重復(fù)夯擊以加固地基。適用于地下水位距地表0.8m以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。山東科技大學(xué)王清標(biāo)3）平板振動法處理無粘性土或粘粒含量少、透水性較好松散雜填土地基。工作原理:由電動機帶動兩個偏心塊以相同速度反向轉(zhuǎn)動，由此產(chǎn)生較大垂直振動力。振動機頻率1160～1180r/min振幅為3.5mm激振力50～100kN。振動壓實機山東科技大學(xué)王清標(biāo)打夯機蛙式打夯機山東科技大學(xué)王清標(biāo)壓實機蛙式打夯機山東科技大學(xué)王清標(biāo)山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.4.2砂石墊層施工

1）砂石墊層材料選擇2）施工要點①宜采用振動碾和振動壓實機等機具，其壓實效果、分層鋪填厚度、壓實遍數(shù)、最優(yōu)含水量等，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定。②平板式振動器時，施工含水量15%～20%；平碾或蛙式夯時可取8%～12%；當(dāng)用插入式振動器時，宜為飽和的碎石、卵石。③墊層底部存在古井、古墓、洞穴、舊基礎(chǔ)、暗塘等軟硬不均的部位時，應(yīng)先予清理，再用砂石或好土逐層回填夯實，經(jīng)檢查合格后，再鋪填墊層。④嚴(yán)禁擾動墊層下臥的淤泥和淤泥質(zhì)土層，防止踐踏、受凍、浸泡或暴曬過久。在卵石或碎石墊層的底部宜設(shè)置150～300mm厚的砂層，以防止下臥淤泥和淤泥質(zhì)土層表面的局部破壞。⑤砂石墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上。⑥地下水高于基坑底面時，宜采取排降水措施，注意邊坡穩(wěn)定。山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.4.3土墊層施工

施工要點:

①施工含水量應(yīng)控制在w0p±2%

的范圍內(nèi)。②不得在柱基、墻角及承重窗間墻下接縫，上下兩層的縫距不得小于0.5m，接縫處應(yīng)夯壓密實，灰土、二灰土應(yīng)拌和均勻并應(yīng)當(dāng)日鋪填壓實，灰土壓實后3天內(nèi)不得受水浸泡，冬季應(yīng)防凍。③其它要求參見砂墊層的施工要點。山東科技大學(xué)王清標(biāo)1）粉煤灰材料粉煤灰是燃煤電廠中磨細(xì)煤粉在鍋爐中燃燒后從煙道排出并被收塵器收集的物質(zhì)，其主要成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3等。粉煤灰顆粒尺寸變化范圍大，從幾百微米到幾微米，比表面積一般為2500～7000cm2/g，比重為2.01～2.22。我國根據(jù)粉煤灰的細(xì)度和燒失量將其分為三個等級：Ⅰ級粉煤灰，0.045mm方孔篩篩余量小于12%，燒失量小于5%；Ⅱ級粉煤灰，0.045mm方孔篩篩余量小于20%，燒失量小于8%；Ⅲ級粉煤灰，0.045mm方孔篩篩余量小于45%，燒失量小于15%。3.4.4粉煤灰墊層施工山東科技大學(xué)王清標(biāo)

2）施工要點①粉煤灰的最大干密度和最優(yōu)含水量應(yīng)由室內(nèi)擊實試驗確定。施工時分層攤鋪，逐層振密或壓實。②粉煤灰墊層在地下水位以下施工時，應(yīng)采取排（降）水措施，嚴(yán)禁在飽和和浸水狀態(tài)下施工，更不宜采用水沉法施工。③在軟土地基，應(yīng)先鋪填20cm左右厚的粗砂或高爐干渣，以免表層土體擾動，同時有利于下臥土層的排水固結(jié)，并切斷毛細(xì)水上升。④每一層粉煤灰墊層驗收合格后，應(yīng)及時鋪筑上層或采用封層，以防干燥松散起塵污染環(huán)境，并禁止車輛在其上行駛通行。山東科技大學(xué)王清標(biāo)3.5質(zhì)量檢驗墊層的施工質(zhì)量檢驗可利用貫入儀、輕型動力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗檢驗。1）檢驗方法選用原則粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰和砂石墊層可用環(huán)刀法、貫入儀、靜力觸探、輕型動力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗檢驗。砂石、礦渣墊層可用重型動力觸探。壓實系數(shù)也可采用環(huán)刀法、灌砂法、灌水法或其他方法檢驗。載荷試驗壓板邊長或直徑不應(yīng)小于墊層厚度的1/3。

2）檢驗點數(shù)量對大基坑每50～100m2

不應(yīng)小于1個檢驗點；對基槽每10～20m不應(yīng)少于1個點；每個單獨柱基不應(yīng)少于1個點。貫入儀或動力觸探檢驗時，分層檢驗點的間距應(yīng)小于4m?？⒐を炇詹捎幂d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)。山東科技大學(xué)王清標(biāo)【例1

】某教學(xué)樓是三層磚混結(jié)構(gòu)，條形毛石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.8m，條形基礎(chǔ)底面寬度為1.8m，基底壓力140kPa，基底以上基礎(chǔ)回填土的重度為19.2kN/m3，該場地0—8m為軟粘土，重度為18kN/m3，地基承載力特征值為100kPa，采用灰土墊層處理，灰土重度19.8kN/m3

。3.6工程應(yīng)用實例山東科技大學(xué)王清標(biāo)計算過程如下：γ—軟土重度D—基礎(chǔ)埋深Z=2.206603778m&Z=0.666368943m山東科技大學(xué)王清標(biāo)取z=0.7m，則Pz=76.12kPa，Pcz=48.42kPa則Pz+Pcz=124.54kPa<faz=124.96kPa滿足下臥層驗算要求。據(jù)《建筑地基處理規(guī)范》4.2.2，墊層底面的寬度應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴散的要求，可按下式確定基礎(chǔ)頂面的寬度可從墊層底面兩側(cè)向上，按基坑開挖期間保持邊坡穩(wěn)定的經(jīng)驗放坡確定。山東科技大學(xué)王清標(biāo)取z=2.2m，則Pz=46.8kPa，Pcz=78.12kPa則Pz+Pcz=124.92kPa<faz=124.96kPa滿足下臥層驗算要求。據(jù)《建筑地基處理規(guī)范》4.2.2，墊層底面的寬度應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴散的要求，可按下式確定：但顯然，墊層底面很寬，必然導(dǎo)致墊層的頂面也很寬，顯然基坑開挖面積大，墊層施工的土方量大，是不太適宜的。山東科技大學(xué)王清標(biāo)【例2】某基礎(chǔ)底面積b×l＝4m×5m，埋深d＝3m，作用基礎(chǔ)頂面豎向荷載F＝10000kN，土層0～8m皆為細(xì)砂，6個細(xì)砂試樣的內(nèi)摩擦角平均值為21.70，變異系數(shù)為0.1，重度為17kN/m3。是否要進(jìn)行地基處理？若采用換填墊層法進(jìn)行地基處理，填料為碎石，重度為19.5kN/m3，換填墊層厚度為2m，分層壓實，使土的內(nèi)摩擦角達(dá)到360。下臥層承載力是否滿足要求？若換填的碎石的最大干重度為1.60t/m3，分層壓實每層控制干密度為多少？1）地基承載力驗算基礎(chǔ)及墊層情況①墊層底面處的附加壓力值②由砂土抗剪強度確定地基承載力特征值山東科技大學(xué)王清標(biāo)則細(xì)砂土的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值為：查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002表5.2.