第二讲 换填法

P24 5-2公式
(3)整片垫层的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，且不应小 于垫层厚度，并不小于2m；
2.3.3粉煤灰垫层设计
(1)粉煤灰简介
粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，其排放堆积不仅占用土地资源，对 生态环境也构成了不同程度的危害，但粉煤灰是一种良好的软土换填材料， 可用于加固软土地基。 a.粉煤灰种类 按排放系统分：干排灰、湿排灰、调湿灰 按含钙量分：高钙灰（CaO≥10%） 低钙灰（CaO<10%） b.粉煤灰换填法适用范围 厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积 填筑工程。
c.抗剪强度
粉煤灰抗剪强度指标c、φ值可通过直剪试验或 三轴压缩试验测定；当无试验资料且压实系数 为0.9-0.95时，c=5-30kPa， φ=23-30o。
直剪仪
d.压缩性
粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度有关。当无试验资料且压实系 数为0.9-0.95时，Es=8-20MPa
e.承载能力
减小地基的 总湿陷量(以 土治土)
消除湿陷性， 提高承载力和 水稳性
分类
素土垫层 局部垫层
消除湿陷性
灰土垫层 整片垫层
设置在矩形基础或条基下，每边 超出基底宽度不小于其厚度一半， 用于消除地基部分湿陷量；无法 阻水从垫层侧面渗入下部未处理 湿陷性土层。
设置在整个建筑物的平面范围内，每 边超出基底宽度不小于其厚度，并不 得小于2m，用于消除被处理土层的 湿陷量，并防止水从垫层上部或侧向 渗入下部未处理湿陷性土层。
变形模量E0 （Mpa)
垫层
模量
压缩模量Es（Mpa)
粉煤灰
砂
8-20
20-30
碎石、卵石
矿渣
30-50
35-70
注：压实矿渣的E0/Es可按1.5-3.0取用
2.3.2 素土（灰土、二灰）垫层设计
(1)素土、灰土垫层简介
湿陷性黄土地区 素土垫层（土垫层） 灰土垫层（石灰与土体积比2：8，3：7） 处理厚度1-3m
振实效果与填土成份、振 动时间等因素有关
注： 1、施工前需试振，得到稳定下沉量与时间的关系（建筑垃圾 振动时间约在1min以上，细粒填土振动时间约在3-5min，有
效振深为1.2-1.5m）
2、振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两侧，后 振中间； 3、振动合格标准为振动机原地振实不再继续下沉，并辅以轻 便触探检验其均匀性与影响深度。
4、累计夯击10-20次，最后两击平均夯沉量，砂土不超过5-10mm，细料
土不超过10-20mm； 5、现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量、有效夯实深度（有
效夯实深度达1m，可消除1-1.5m厚土层的湿陷性。）
三、平板振动法
使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少，透水性好
的松散杂填土地基的方法。
(2)局部垫层一般设置在基础底面下，可消除部分湿陷量，其平面处理范 围每边超出基底宽度，可按下式计算，并不小于垫层厚度一半：
B b 2 z tan θ c
式中： B为需处理土层底的宽度 b为条基短边宽度 c为考虑机具影响而增设的附加宽度0.2m θ为基底压力扩散角，宜为22-30o，用素 土时取小值，灰土时取大值
56击。根据击实后土样的密度和实测含水
量计算相应的干密度
现场填土的压实质量用下列两个指标来检验：压实
系数λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%
2.3垫层设计
换土垫层作用
软土
（1）提高地基的承载力
垫层
（2）减少地基沉降量
（3）加速软弱土层的排水固结
（4）防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用
气胎碾
振动压实机1
蛙式夯
振动压实机2
垫层碾压主要施工参数 垫层碾压质量检验
施工机械、铺填厚度、碾压遍数与填筑含水量
指标为填土最大干密度，关键在于控制每层的铺 设厚度和最优含水量（由室内击实试验确定）
注：
为了将室内击实试验结果用于设计和施工，必须研究室内击实试验与现场 碾压的关系，各施工参数应由现场试验确定，在现场应以压实系数和施工 含水量进行控制。
二、重锤夯实法

用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自由下落，不断重复夯击以加固
地基。
适于地下水位距地表大于0.8的稍湿粘性 土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层 填土。
注：
1、重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行； 2、单独柱基基坑内，宜按先外后里的夯击顺序进行； 3、同一基坑底面标高不同时，应先深后浅、逐层夯实；
何为固 结？
W较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，还不 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。
压 实 机 理
W增大，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 ，直至wop时达到ρdmax W继续增大，孔隙中就出现了自由水，此时自由水填充在孔隙中，产 生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，ρd 反而减小。
1.最优含水量:在一定压实能量下，使土最容易压实，并能达 到最大干重度的含水量wop，与之相对应的干密度称为最大干 密度ρdmax 2.击实曲线特点：具有峰值：峰值点对应于γdmax和ωop。
工程中常按ωop＝ωp±2
干密度d(g/cm3) 2.0
dmax=1.86
1.8
1.6
1.4
wop=12.1
2.4.2 按垫层材料分类
一、砂（或砂石）垫层 1、材料选用 砂石是良好的换填材料（以中粗砂为好）。砂垫层含泥
量不宜超过5 % ，也不得含有草根、垃圾等有机质杂物。如
用作排水固结砂石材料垫层,含泥量不宜超过3 %；并且不应 夹有过大的石块或碎石,因为碎石过大会导致垫层本身的不
均匀压缩,一般要求碎(卵) 石最大粒径不宜大于50mm ，对
三、砂垫层的承载力
a.经换填垫层处理的地基其承载力宜通过试验、尤其是通过现场原位试验（载
荷、标贯、触探）确定。中砂、粗砂、砾砂垫层应控制密实度在中密以上。
b.对于按《建筑地基基础设计规范》划分安全等级为三级的建筑物及不太重要、
小型、轻型或对沉降要求不高的工程.
无试验资料时可按下表取用承载力特征值。
开挖基坑后，利用分层回填夯压也可处理较深软弱土层，但 换填基坑开挖过深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或边 坡支护；易引起邻近结构物破坏，且土方量大，费用高，工 期长，对环境影响大，故换填法的处理深度应控制在 0.5-3m
2.2 土的压实机理
因换填法在换填后将土层压实，从而提高了地基的承载力。为 了更好的掌握换填法的机理，首先应了解土的压实机理。 压实的本质 土料孔隙率减小，密实度提高
2.4 垫层施工
2.4.1 按密实方法分类
垫层施工按压密采用的不同机械和工艺，一般可分为：
机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法。
一、机械碾压法 采用压路机、推土机、平碾、羊足碾或其他碾压机械在地基表面来回开 动，利用自重把垫层或松散地基压实。
平碾 拖式羊足碾 适于地下水位以上及非 饱和粘性土与杂填土的 浅层处理。
换填
2.1 概述 换填法:
指挖去地表浅层软弱土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并 夯压密实，形成垫层的地基处理方法。
卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂
垫层材料
素土
灰土：灰土比 2:8 或 3:7
工业废料：粉煤灰，矿渣 土工合成材料、聚苯乙烯板块
适用范围
适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填 土及暗沟、暗塘等浅层处理 。
重 锤
土或灰土
0.93-0.95
150-200
注：压实系数小的垫层承载力取低值，反之取高值
四、沉降计算
垫层地基沉降分二部分 : 一是垫层的沉降；
粗材料垫层：几乎没有沉降 细材料垫层： 且较厚的，应计算垫层的沉降，
二是软弱下卧层的沉降。
s ψ s s ψ s

i 1
n
p0 ( zi αi zi 1αi 1 ) Esi
(2)粉煤灰工程特性及其对环境的影响
a.自重轻：可降低下卧层土的压力，减小沉降
可将路堤填筑 高度从原来极 限4.5m提高至 8m
因粉煤灰主要由硅铝等非晶态玻璃球体组成，结晶矿物很少，故其ds比粘性土小 得多，γ=6-7kN/m3。
b.击实性能好
击实曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。粉煤灰最佳含水量变 动幅度为±4%，而土为±2%，使粉煤灰在回填过程中更易达到设计密实度所要求 的含水量。
施 工
换填材料 碎石、卵石
压实系数λc
承载力特征值fak/kPa 200-300
砂夹石（碎、卵石占30%-50%）
碾 压 或 振 密
200-250
0.94-0.97 150-200 150-200 130-180 0.93-0.95 200-250
土夹石（碎、卵石占30%-50%） 中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<IP<14） 灰土
现场碾压12 遍较为合适
施工机械 平碾（8-12t) 羊足碾（5-16t) 蛙工夯（200kg) 振动碾（8-15t) 振动压实机 冲击碾压机 插入式振动器 平板式振动器 每层铺填厚度 200-300 200-350 200-250 600-1300 1200-1500 700-1200 200-500 150-250 每层压实遍数 6-8 8-16 3-4 6-8 10
2.3.1垫层设计
内容两点：垫层的厚度和宽度
不同材料垫层（如砂垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层）的特性 基本相似，处理稳定后的地基承载力及沉降也相差不大，所 中小型工程，适用于一般饱和、非饱和的软土和水下黄土
地基；不适宜用于湿陷性黄土和大面积堆载、密集基础和 以可将各种材料的垫层近似按砂垫层进行设计。 动力基础的软基处理，也不适宜于有地下水流速快，流量 大的地基处理