《地基處理》第二章?lián)Q土墊層法講解材料

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(jiān)硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實(shí)，形成墊層的地基處理方法。2.1墊層分類(lèi)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(kāi)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(kāi)挖過(guò)深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或邊坡支護(hù)；易引起鄰近結(jié)構(gòu)物破壞，且土方量大，費(fèi)用高，工期長(zhǎng)，對(duì)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2.2土的壓實(shí)機(jī)理因換填法在換填后將土層壓實(shí)，從而提高了地基的承載力。為了更好的掌握換填法的機(jī)理，首先應(yīng)了解土的壓實(shí)機(jī)理。壓實(shí)的本質(zhì)土料孔隙率減小，密實(shí)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(shí)功能條件下易于移動(dòng)而擠密，所以壓實(shí)效果較好，直至wop時(shí)達(dá)到ρdmaxW繼續(xù)增大，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，此時(shí)自由水填充在孔隙中，產(chǎn)生了阻止土粒移動(dòng)的作用，所以壓實(shí)效果又趨下降，ρd反而減小。壓實(shí)機(jī)理W較小時(shí)，其粒間引力較大，在一定的外部壓實(shí)功能作用下，還不能有效地克服引力而使土粒相對(duì)移動(dòng)，這時(shí)壓實(shí)效果就比較差。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(shí)能量下，使土最容易壓實(shí)，并能達(dá)到最大干重度的含水量wop，與之相對(duì)應(yīng)的干密度稱(chēng)為最大干密度ρdmax2.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：具有峰值：峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于ρdmax和ωop。塑限等于土樣風(fēng)干時(shí)的含水量工程中常按ωop＝ωp±2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(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)。(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(jì)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(jì)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(jì)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(kuò)散角，宜通過(guò)試驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可采用下表數(shù)值：Z=0.5-3m條形基礎(chǔ)矩形基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)可先假設(shè)一個(gè)墊層厚度，然后按前式進(jìn)行驗(yàn)算，若不符合要求重新設(shè)一個(gè)厚度再驗(yàn)算直至滿足前式(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(kāi)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(kuò)散要求確定墊層寬度時(shí)，除應(yīng)滿足應(yīng)力擴(kuò)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(qiáng)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(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(guò)試驗(yàn)、尤其是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)（載荷、標(biāo)貫、觸探）確定。中砂、粗砂、礫砂墊層應(yīng)控制密實(shí)度在中密以上。b.對(duì)于按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》劃分安全等級(jí)為三級(jí)的建筑物及不太重要、小型、輕型或?qū)Τ两狄蟛桓叩墓こ?，在無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可按下表取用承載力特征值。換填材料壓實(shí)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(shí)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(4)沉降計(jì)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(yuǎn)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(gè)沉降量的大部分。經(jīng)觀測(cè)及大量工程經(jīng)驗(yàn)表明，經(jīng)換填墊層進(jìn)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(guò)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(jì)算方法進(jìn)行建筑物沉降計(jì)算，保證地基處理效果及建筑物安全。2.3.2素土（灰土、二灰）墊層設(shè)計(jì)(1)素土、灰土墊層簡(jiǎn)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(lèi)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(wú)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(gè)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)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(jì)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(jī)具影響而增設(shè)的附加寬度0.2mθ為基底壓力擴(kuò)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；2.3.3粉煤灰墊層設(shè)計(jì)(1)粉煤灰簡(jiǎn)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(duì)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(lèi)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(jī)場(chǎng)、港區(qū)陸域和堆場(chǎng)等大面積填筑工程。(2)粉煤灰工程特性及其對(duì)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(shí)性能好擊實(shí)曲線峰值段比天然土具有相對(duì)較寬的最優(yōu)含水量區(qū)間。粉煤灰最佳含水量變動(dòng)幅度為±4%，而土為±2%，使粉煤灰在回填過(guò)程中更易達(dá)到設(shè)計(jì)密實(shí)度所要求的含水量。c.抗剪強(qiáng)度粉煤灰抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值可通過(guò)直剪試驗(yàn)或三軸壓縮試驗(yàn)測(cè)定；當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料且壓實(shí)系數(shù)為0.9-0.95時(shí)，c=5-30kPa，φ=23-30o。直剪儀d.壓縮性粉煤灰的壓縮性能與擊實(shí)功能、密實(shí)度和飽和程度有關(guān)。當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料且壓實(shí)系數(shù)為0.9-0.95時(shí)，Es=8-20MPae.承載能力粉煤灰墊層經(jīng)壓實(shí)后若遇水其強(qiáng)度會(huì)降低，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料且壓實(shí)系數(shù)為0.9-0.95時(shí)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(xì)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(qiáng)度和抗?jié)B性得到改善。g.抗液化性粉煤灰經(jīng)壓實(shí)后在振動(dòng)條件下具有較高的抗液化性，比砂質(zhì)粉土強(qiáng)得多。h.對(duì)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(shí)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(shí)必須滿足環(huán)境要求。(3)粉煤灰墊層設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)。a.設(shè)計(jì)2.4墊層施工

墊層施工按壓密采用的不同機(jī)械和工藝，一般可分為機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法、平板振動(dòng)法。平碾拖式羊足碾一、機(jī)械碾壓法采用壓路機(jī)、推土機(jī)、平碾、羊足碾或其他碾壓機(jī)械在地基表面來(lái)回開(kāi)動(dòng)，利用自重把墊層或松散地基壓實(shí)。2.4.1按密實(shí)方法分類(lèi)氣胎碾

蛙式夯振動(dòng)壓實(shí)機(jī)2振動(dòng)壓實(shí)機(jī)1墊層碾壓主要施工參數(shù)墊層碾壓質(zhì)量檢驗(yàn)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(shí)試驗(yàn)確定）施工機(jī)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(shí)試驗(yàn)結(jié)果用于設(shè)計(jì)和施工，必須研究室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)碾壓的關(guān)系，各施工參數(shù)應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)以壓實(shí)系數(shù)和施工含水量進(jìn)行控制。施工機(jī)械每層鋪填厚度每層壓實(shí)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(dòng)碾（8-15t)600-13006-8振動(dòng)壓實(shí)機(jī)1200-150010沖擊碾壓機(jī)700-1200插入式振動(dòng)器200-500平板式振動(dòng)器150-250現(xiàn)場(chǎng)碾壓12遍較為合適二、重錘夯實(shí)法用起重機(jī)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(shí)宜一夯挨一夯的順序進(jìn)行；2、單獨(dú)柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的夯擊順序進(jìn)行；3、同一基坑底面標(biāo)高不同時(shí)，應(yīng)先深后淺、逐層夯實(shí)；4、累計(jì)夯擊10-20次，最后兩擊平均夯沉量，砂土不超過(guò)5-10mm，細(xì)料土不超過(guò)10-20mm；5、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)確定最少夯擊遍數(shù)、最后平均夯沉量、有效夯實(shí)深度（有效夯實(shí)深度達(dá)1m，可消除1-1.5m厚土層的濕陷性。）三、平板振動(dòng)法使用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)來(lái)處理無(wú)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(shí)效果與填土成份、振動(dòng)時(shí)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(shí)間的關(guān)系（建筑垃圾振動(dòng)時(shí)間約在1min以上，細(xì)粒填土振動(dòng)時(shí)間約在3-5min，有效振深為1.2-1.5m）2、振實(shí)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(dòng)合格標(biāo)準(zhǔn)為振動(dòng)機(jī)原地振實(shí)不再繼續(xù)下沉，并輔以輕便觸探檢驗(yàn)其均勻性與影響深度。

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(guò)5%，也不得含有草根、垃圾等有機(jī)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(guò)3%；并且不應(yīng)夾有過(guò)大的石塊或碎石,因?yàn)樗槭^(guò)大會(huì)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(duì)于濕陷性黃土地基不應(yīng)選用透水性的砂石墊層。采用細(xì)砂作為換填材料，應(yīng)改善材料的級(jí)配狀況，應(yīng)摻入30%-50%的碎石（最大粒徑不超過(guò)50mm），當(dāng)碾壓（或夯、振）功能較大時(shí)，亦不宜大于80mm。一、砂（或砂石）墊層2.4.2按墊層材料分類(lèi)1、材料選用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(jì)要求的ρd為室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)ρdmax與壓實(shí)系數(shù)λc的乘積；無(wú)擊實(shí)試驗(yàn)資料時(shí)，可把中密狀態(tài)的ρd作為設(shè)計(jì)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(chǎng)含水量控制在wop±2%2.粉質(zhì)粘土或灰土（振動(dòng)碾壓）：現(xiàn)場(chǎng)含水量控制在wop的-6%~+2%3.粉煤灰（夯壓）：現(xiàn)場(chǎng)含水量控制在wop±4%碾壓法振動(dòng)法夯實(shí)法分層鋪筑

分層壓實(shí)c.施工要點(diǎn)砂和砂石墊層采用什么方法和機(jī)具對(duì)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(shí)要注意不能采用振動(dòng)能量大的機(jī)具擾動(dòng)下臥層外，在一般情況下,砂和砂石墊層首選振動(dòng)法,因?yàn)檎駝?dòng)比碾壓更能使砂和砂石密實(shí)。墊層最優(yōu)含水量可根據(jù)施工方法確定：平板振動(dòng)器：wop=15%-20%平碾及蛙式夯：wop=8%-12%插入式振動(dòng)器：宜為飽和的碎石、卵石或礦渣充分灑水濕透分層壓實(shí)質(zhì)量應(yīng)控制機(jī)械碾壓速度：平碾：2km/h羊足碾：3km/h振動(dòng)碾：2km/h振動(dòng)壓實(shí)：0.5km/h二、素土（或灰土、二灰）墊層2.素土墊層土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)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(shí)系數(shù)λc應(yīng)符合：當(dāng)墊層厚度不大于3m時(shí)，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(shí)不得在柱基、墻角及承重間墻下接縫，接縫處應(yīng)夯壓密實(shí)，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(shí)后3天內(nèi)不得受水浸泡。5.采用分層填夯（壓）實(shí)的施工方法，分層鋪填厚度見(jiàn)P14表2.3；1.墊層承載力由現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，若無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)，素土墊層不宜超過(guò)180kPa，灰土墊層不宜超過(guò)250kPa；碾壓法振動(dòng)法分層鋪筑

分層壓實(shí)1.虛鋪厚度和碾壓遍數(shù)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)小型試驗(yàn)確定，若無(wú)試驗(yàn)資料，可選用鋪筑厚度200-300mm，碾壓后的壓實(shí)厚度為150-200mm；施工壓實(shí)含水量可控制在wop±4%。2.對(duì)小型工程可用人工分層攤鋪，在整平后用平板振動(dòng)器或蛙式打夯機(jī)壓實(shí)；對(duì)大中型工程可用機(jī)械攤鋪，整平后用履帶式機(jī)具初壓二遍，再用中、重型壓路機(jī)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(shí)；若壓實(shí)時(shí)呈松散狀，應(yīng)灑水后再壓實(shí)；若出現(xiàn)“橡皮土”現(xiàn)象應(yīng)暫緩壓實(shí)，并開(kāi)槽、翻開(kāi)晾曬或換灰；4.施工時(shí)最低氣溫不低于零度，