第二章-换填法-新修改.ppt

换填法 (换填垫层法） Replacement Method,第二章,主要内容,适用范围 加固机理 垫层设计 垫层施工 垫层质量检验 工程实例,换填垫层法,,2.1概述,1. 概念 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法(replacement method)它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）换填垫层法,,,,,换填垫层法,2. 换填法处理方法 按施工机械不同，施工方法有： 机械碾压 重锤夯实 平板振动 作为压（夯、振）实垫层的不同机具对待，这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土 按回填材料不同,垫层(Cushion)可分为： 砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等；及土工合成材料加筋垫层适用条件 地层条件 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定： 适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

包括软土（淤泥、淤泥质土）、湿陷性黄土、素填土、膨胀土、杂填土、冻土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理 建筑物条件 中、小型建筑工程为主 处理深度 0.5米～ 3.0米,换填垫层法,换填垫层法,3.垫层材料 中粗砂、卵石、砾石、素土 灰土：灰土比 2:8 或 3:7 工业废料：粉煤灰，干渣（高炉重矿渣） 土工合成材料：土工合成材料加筋垫层、土工合成材料轻质垫层（聚苯乙烯板块垫层）,4．垫层的作用,提高地基承载力 减少沉降量 加速软弱土层的排水固结 防止冻胀 消除地基土的湿陷性、膨胀性作用,换填垫层法,虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的垫层设计都近似的按砂垫层的计算方法进行计算但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土垫层处理时，因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、膨胀性和冻胀性，所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同2.2压实原理,压实原理:当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。

当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，结合水膜的扩大作用就不大了，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个”最优含水量”wop ，这就是土的压实机理换填垫层法,,,a-碾压6遍；b-碾压12遍； c-碾压24遍；d-室内击实试验,理论上最大压实曲线-饱和曲线（土中气体被赶走，使土达到饱和）,,同一种土wop与ρdmax不是恒定值，随压实功能而变化击实试验,换填垫层法,,土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质 填土的密实程度常以干密度ρd表示 击实试验 《土工试验方法标准》（国家标准） 轻型：土d5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3层, 25击， 落高30.5cm 重型：土d40mm； V=2104cm3, m=4.5kg, 5层, 56击， 落高47.7cm,击实仪,质量控制,换填垫层法,（2－1）,2.3砂垫层设计,设计原则：对垫层的设计，既要求有足够的厚度z以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度b′以防止砂垫层向两侧挤出。

换填垫层法,,设计内容 垫层厚度z 垫层宽度b’ 垫层压实度λc,z,1.垫层厚度z的确定,垫层厚度z应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：,换填垫层法,pz：相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力（kPa）； pcz：垫层底面处土的自重压力值（kPa）； faz：垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值 （kPa）砂垫层内应力分布示意图,z,（2－2）,垫层厚度的确定,换填垫层法,,条形基础： （仅考虑宽度方向扩散）,,式中： pk：基础底面压力值（kPa）； p c：基础底面处土的自重压力值（kPa）； b：基础底面宽度（m）； l：矩形基础底面长度（m）； θ：垫层压力扩散角垫层底面处的附加压力值pz计算（按扩散角θ进行简化计算）,,p c,,（2－3）,（2－4）,Z tanθ,基底附加压力,,,,,,,,,z,,,矩形基础：,换填垫层法,,压力扩散角θ确定,注：当时z/b0.25，除灰土取θ=28o外，其余材料θ=0； 当0.25z/b0.5时，θ可由内插法求得压力扩散角θ(单位：度) 表2－1,地基承载力特征值faz计算,换填垫层法,,faz：垫层底面处修正后的地基承载力特征值，kPa： fak：垫层底面处地基承载力特征值，kPa； γ：垫层底面以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kN/m3； γm：垫层底面以上土的加权平均容重，kN/m3；地下水位以下用浮容重，kN/m3； ηb，ηd：相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，按土类不同可查表3-2得到； b：基础宽度，m。

宽度小于3m按3m计算；大于6m按6m计算； d：基础埋深，m 说明： 垫层地基承载力特征值 faz仅进行深度修正2－5）,换填垫层法,,表2－2,2.垫层宽度的确定,垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计关于宽度计算，一般可按下式计算或根据当地经验确定 矩形基础的垫层底面的长度l′及宽度b′为： l′≥l+2ztgθ b′≥b+2ztgθ 式中 b′、l′——垫层底面宽度及长度； b、l——基础宽度及长度； θ——垫层的压力扩散角 条形基础: b′≥b+2ztgθ,换填垫层法,,Z tanθ,,,Z tanθ,,,3.垫层承载力的确定,垫层的承载力宜通过现场试验确定,对于一般工程，如无实测资料时，可参见下表估算垫层承载力特征值 表2－3各种垫层承载力,换填垫层法,,注：1、压实系数小的垫层，承载力特征值取低值，反之取高值； 2、重锤夯实土的承载力标准值取低值，灰土取高值； 3、压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值；土的最大干密度采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0×103kg/m3~2.2×103kg/m3,4.沉降计算,对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。

砂垫层上基础的最终沉降量是由垫层本身的压缩量Ss与软弱下卧层的沉降量Sl所组成，由于砂垫层压缩模量比较弱下卧层大得多，其压缩量小且在施工阶段基本完成，实际可以忽略不计需要时Ss也可按下式求得： 式中：Es—砂垫层的压缩模量，可由实测确定，一般为20～30MPa； hs—垫层厚度； —砂垫层内的平均附加应力；,换填垫层法,例题,某楼房为四层砖石混合结构，其承重墙传至设计地面(0.00) 的载荷为F=200kN/m地基表层土为厚1.2m的杂填土，γ=17.2kN/m3，其下层为厚约8m的淤泥质土，γ=17.8kN/m3，承载力特征值fak=65kPa地下水位为1.2m试设计墙基(条基）的砂垫层换填垫层法,,设计步骤： 垫层材料选择 垫层承载力修正 确定基础宽度 确定垫层厚度 确定垫层宽度,,,（1）垫层材料选择： 垫层选择粗砂，根据表2-3，取垫层的承载力特征值fak=150kPa设计基础埋深d=1.0m （2) 垫层承载力修正： 因为基础埋深d=1.00.5m，砂垫层承载力需要根据有关条款进行深度修正：查表2-2可知： ηb=0, ηd=1.0,由公式（2-5），则垫层承载力特征值为：,换填垫层法,解：砂垫层设计,(3) 确定基础宽度b：,换填垫层法,其中： fa－垫层承载力特征值； F－载荷； G－基础与台阶上自重， G=γc·b·l·d; A-基础面积,A=b·l,条基取单位长度l=1，A=b； γc=20kN/m3是基础与台阶上土的平均重度。

垫层承载力特征值须满足： 垫层承载力≥基底压力 即：fa≥(F+G)/A,则：,a,取基础宽度b=1.5m,,F,G,（4) 确定垫层厚度：假设垫层厚度z=2.0m软弱下卧层(淤泥质土层)以上土的加权平均重度为：,换填垫层法,,基础底面处的压力为：,垫层下淤泥承载力计算根据GB50007-2002查表可知：ηb=0；ηd=1.0) ：,fak,换填垫层法,,查表砂垫层的压力扩散角θ=30o，所以：,垫层底面处的附加压力值：,垫层底面处土的自重压力值：,于是：,满足承载力的要求,即垫层厚度z=2.0m 是合理的确定垫层厚度,(fz=94.0kPa),换填垫层法,,(5) 确定垫层宽度：,b′,1.施工方法 碾压法； 夯实法； 振动压实法 2.垫层材料 砂、砂石垫层 素土垫层 粉煤灰垫层 干渣垫层,换填法,2.4垫层施工与质量检验,一、垫层施工,碾压法 碾压法是采用压路机、推土机、振动碾．或其他压实机械压实松散土层的施工方法该法多用于地下水位以上、含水量较低的大面积填 土的压实和杂境土地基的处理分层铺填厚度 200－300mm.,换填法,2-11,碾压法施工,压路机,施工方法,重锤夯实法是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯击加固地基的方法。

该法适用于地下水位距离地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等类地基的加固重锤夯实的有效夯实深度可达1m左右(与锤底直径相当)，并可消 除1.0一1.5m厚度范围土层的湿陷性夯实效果和影响深度除与锤重、锤底直径、夯距有关外．还与夯实工艺、夯击遍致以及土 的含水量密切相关重锤夯实法,换填法,重锤夯实法施工,振动压实法是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗粒受振移动至稳固位置并减小孔隙，而使土层密实的地基加固方法该法适 用于处理地下水位在0.6m以上的无粘性土或粘粒含量低、透水性较好的松散杂场土地基振动压实法,换填法,换填垫层法,,选用的垫层材料应进行室内击实试验，根据ρd-ω曲线确定最大干密度ρdmax和最优含水量然后根据设计要的压实系数，确定设计要求的干密度ρd，以此作为检验垫层质量控制的技术标准垫层质量检验必须分层进行每层压实系数，达到设计要求后，方可继续铺上层采用下述两种方法检验1.环刀取样法 将容积不小于200cm3的环刀压人垫层中取样，测定其干重度， 以不小于砂料在中密度状态时的干土重度为合格，如中砂一般为15.5一16kN／m32.钢筋贯入法 先将垫层表面的砂刮掉30mm，再将直径20mm，长度1250mm的平头钢筋以700mm的落距自由下落贯入垫层中。

钢筋 贯入度的合格值，可根据控制压实系数或控制干重度通过现场试验确定钢筋贯人法检验点的间距应小于4m 3.其他原位测试方法质量检验,。