地基处理之换填法ppt
地基处理(第二章换填)
重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3， 击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层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
＊第二章 换填＊
填土的击实特性影响因素★★★
影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功 能、土的种类和级配等
＊第二章 换填＊
2.4 设计与施工
2.4.1 砂垫层设计
对垫层的设计，即要求有： ★ 1.足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软弱土; 2.足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。
软土
补充知识点：土中的应力 垫层
＊第二章 换填＊
土中自重应力
cz z
＊第二章 换填＊
＊第二章 换填＊
地基附加应力
下卧 层
＊第二章 换填＊
（3）砂垫层承载力确定 垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，并应 进行下卧层承载力的验算。
地基土现场载荷试验
（4）沉降计算 垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形 组成。 垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑 地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算。 1－载荷板 2－千斤顶 3－百分表
物理状态：无粘性土的工程性质取决于其密实度； 而粘性土的工程性质取决于其软硬状态及土性稳定 性。
＊第二章 换填＊
★对现场土的压实，应以土的压实系数（为土的控制
干密度与最大干密度之比）与施工含水量来进行检 值。 A 最小干密度与最大干密度 B 控制干密度与最大干密度 C 最大干密度与控制干密度 D 控制干密度与最小干密度 例：土的最大干密度宜通过（）确定。 A 环刀取样试验 B触探试验 C击实试验 D压缩试验 答案：B C
＊第二章 换填＊
地基处理换填法
机械碾压法是采用各 种压实机械来压实地基土， 此法常用于基坑面积宽大 和开挖土方量较大的工程。 在工程实践中，对垫 层碾压质量的检验，要求 获得填土最大干密度。 施工参数：如施工 机械、铺筑厚度、碾压 遍数与填筑含水量等都 必须由工地试验确定。
土类和场地对碾压设备选用的影响
粘性土等软弱土 平碾或羊足碾 砂土、湿陷性黄土、 杂填土 狭窄场地，边角 碎石土 平碾 振动碾或振动压实机 蛙式夯实机
3.垫层的作用： (1)提高持力层的强度，并将建筑物基础压力扩散到 垫层以下的软弱地基； (2)垫层置换了软弱土层，可以减少地基的变形量； (3)加速软土层的排水固结； (4)调整不均匀地基的刚度； (5)对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土， 其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、 胀缩性或冻胀性。 4. 换填法适用土类：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素 填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。
2.3 土的压实作用
土一般由固体颗粒、水、空气组成。土中固、液、 气三相组成的比例反映干湿、密实程度，对评价土的工 程性质有重要意义，是垫层压实参数选择的依据。
一、土的压实机理 实践证明，要使土的压实效果最好，其含水量一 定要适当。对过湿的土进行碾压会出现“橡皮土”，不 能增大土的密实度。对很干的土进行碾压，也不能把土 充分压实。 1.最优含水量：在干密度—含水量曲线上干密度 的峰值即为最大干密度，与之对应的含水量即为最优含 水量。
lb(PK - Pc ) 矩形基础：Pz (l 2ztg )(b 2ztg ) b(PK - Pc ) 条型基础： Pz b 2ztg
砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难； 也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。 3.垫层宽度 应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽 度b′可由下式或根据当地经验确定。
专题地基处理方法--换填法
击实试验 《土工试验方法标准》（国家标准）
轻型：土d<5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3层, 25击， 落高30.5cm 重型：土d<40mm； V=2104cm3, m=4.5kg, 5层, 56击， 落高47.7cm
击实仪 •19
2 压实原理 质量控制
•17
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，因而引力的减少就显著，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。
❖ 粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。按其燃烧后形成玻璃体的粒经分析， 应属粉土的范畴。但由于含有CaO、SO3等成分，具有一定的活性， 当与水作用时，因具有胶凝作用的火山灰反应，使粉煤灰垫层逐渐 获得一定的强度与刚度，有效地改善了垫层地基的承载能力及减小 变形的能力。不同于抗地震液化能力较低的粉土或粉砂，由于粉煤 灰具有一定的胶凝作用，在压实系数大于0.9时，即可以抵抗7度地 震液化。
换填法是浅层软土地基的处理方法。
b
回填土 换填土
•3
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。
换填法
5.矿渣垫层
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混 合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地 坪，也可用于小型建筑，构筑物地基。选用矿渣的松散 重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5%。
设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性 能稳定并符合安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的 矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响 的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时， 应考虑对地下水和土壤的环境影响。
b’—垫层底面宽度(m)； θ—垫层的压力扩散角（°），可按查表；当<0.25时，
仍按=0.25取值。
注意！
垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，或从 垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的 要求放坡，整片垫层的宽度可根据施工的 要求适当加宽。
3.垫层承载力的确定
垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算 下卧层的承载力。
五、垫层的作用
(1)提高地基承载力
(2)减少沉降量
基础
垫层
(3)加速软弱土层的排水固结
(4)防止冻胀
(5)消除膨胀土的胀缩作用
六、换填法处理地基前的准备工作
查明地层土性质及不良地质现象；查明沟、塘、 洞等分布范围和深度；查明填土的成分、范围、 厚度、均匀性、填筑年限和方法等
垫
垫层宽度的确定
垫
层
层
设
尺
计
垫层承载力的确定
寸
沉降计算
1.垫层厚度的确定
(1).垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符 合下式要求：
pz pcz f az
pz—垫层底面处的附加应力设计值（kPa）; pcz—垫层底面处土的自重压力值（kPa）； faz—经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）
换填法
换填法又称换土法。
所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。
在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。
从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。
在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。
浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。
浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小，而且在更大程度上与地基土的物理力学性质有关。
地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料一、换填法的原理及适用范围换填法(Replacement Method、Cushion)就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。
换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小等优点。
按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。
换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。
换填法还适用于一些地域性特殊土的处理，用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。
垫层的适用范围见表。
二、垫层的作用一提高地基承载力，大家知道，浅基础的地基承载力与基础下土层的抗剪强度有关。
第2讲-换填法
5.2换填（换土垫层法）砂石垫层一、换填法定义换填法亦称换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。
二、换土垫层法分类当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物要求，且软弱土层的厚度又不很大时，换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。
不同的回填材料形成不同的垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土或灰土垫层、粉煤灰垫层及煤渣垫层等。
三、换土垫层法适用条件淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟暗塘等不良地基的浅层处理。
换土深度较大时，经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；施工土方量大，弃方多等问题，从而使处理费用高、工期延长，因此换土垫层法的处理深度常控制在3-5米范围以内。
当然，若换土垫层太薄，则其作用不甚明显，因此处理深度也不应小于0.5米。
四、换土垫层法的作用换土垫层处理软土地基，其作用主要体现在以下几个方面：①提高浅层地基承载力；②减小地基沉降量；③加速软弱土层的排水固结，即垫层起排水作用；④防止土的冻胀，即粗粒垫层材料起隔水作用；⑤减少或消除土的胀缩性。
换土垫层法在处理一般软弱地基时，其可起的主要作用为前三种，在某些工程中可能几0 / 61 / 6 种作用同时发挥（如既起提高地基承载力、减小沉降量的作用，也起排水作用）。
限于学时，本节仅介绍砂（石）垫层的设计与施工。
五、砂（石）垫层设计砂（石）垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面，要求有足够的厚度以置换可条形基础矩形基础 式中 k p —相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；()2tan k cd z p bb z σσθ-=+()(2tan )(2tan )k cd z p bl b z l z σσθθ-=++2 / 6cz σ—基础底面处土的自重应力；b —矩形基础或条形基础底边的宽度；l —矩形基础底边的长度；z —垫层厚度；θ—垫层的压力扩散角可按表选用。
专题：地基处理方法--换填法
方法等
查明地下水的埋藏条件、类型、埋深等； 查明地下管线、防空洞及地下障碍物的分布范围和走向；
查明换填土的来源、种类、规格、价格等
•21
3 砂垫层设计
换填法
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。 设计内容 垫层厚度z 垫层宽度b’ 垫层压实度λc
z
•22
3 砂垫层设计
垫层设计的步骤
垫层厚度的确定
垫 层 设 计
垫层宽度的确定
垫层承载力的确定
垫 层 尺 寸
•16
8．垫层的作用
(3)加速软弱土层的排水固结 建筑物的不透水基础直接与软弱土层相 接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排 出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还 可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石 垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排 水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土 层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。 (4)防止冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象， 因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底 面应满足当地冻结深度的要求。
•11
7.垫层材料的分类 5）矿渣垫层
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。 矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑，构筑物地基。
选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5%。
设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全 规定后方可使用。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。 易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时， 应考虑对地下水和土壤的环境影响。
地基处理之换填法PPT
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§2.3 换填垫层法
仁者乐山 智者乐水
例题 :某四层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础， 宽1.2m，埋深1m，上部建筑物作用于基础的荷载每米120kN， 基础的平均重度为20kN/m³ 。地基土表层为粉质粘土，厚1m， 重度为17 .5kN/m³ ，第二层为淤泥质粘土，厚15m，重度为 17.8kN/m³ ，含水量W=65%,第三层为密实的砂砾石,地下水 距地表为1m.因为地基土较软弱,不能承受建筑物的荷载,试 设计砂垫层.
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§2 .2 压实原理及压实参数
仁者乐山 智者乐水
• 土的压实机理
d d
粘性土
砂土
人们很早就用土 作为建筑材料， 而且知道要把松 土击实。公元前 200多年，我国 秦朝修筑驰实 （行车大道）， 就有用“铁锥筑 土坚实”的记载， 说明那时人们已 经认识到土的密 度和土的工程特 性有关。
• 砂（砂石、碎石）垫层施工
1、选料：
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§2 .3 砂（砂石、碎石垫层）
仁者乐山 智者乐水
• 砂（砂石、碎石）垫层施工 2、施工参数
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§2 .3 砂（砂石、碎石垫层）
仁者乐山 智者乐水
• 砂（砂石、碎石）垫层施工 3、施工要点：
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地基处理 换填法
• The laboratory test generally used to obtain the maximum dry unit weight of compaction and the optimum moisture content is called Proctor compaction test(Proctor,1933)
Structure of compacted clay soil
Effect of soil type
Effect of compaction effort
Compaction effort increases, the maximum dry unit weight increases.
Effect of soil type
thicknesswidth24constructioncontrol换填法设计主要是垫层厚度t?3m和宽度bm各种材料垫层设计近似按砂垫层计算方法进行设计砂垫层垫层厚度t要求有足够深度以置换可能被剪切破坏的软弱土层垫层上下平面尺寸要满足应力扩散要求和砂垫层不发生水平挤出砂垫层厚度的确定pbdbmtpzpczpc?b2ttan?pz砂垫层设计示意图式中pz垫层底面处的附加压力kpapcz垫层底面处的自重压力kpafz垫层底面处地基承载力kpa垫层厚度t可根据下卧土层承载力确定应符合地基承载力验算要求zczzfpp??各种垫层承载力施工方法材料压实系数容许承载力kpa碾压或者振密碎石卵石094097200300砂夹石200250土夹石150200中砂粗砂砾砂150200粘土和粉土ip814130180灰土093095200250重锤夯实土或灰土093095150200地基承载力修正5
• When water is added to the soil during compaction, it acts as a softening agent on the soil particles.
地基换填垫层法
地基换填垫层法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基强度和变形的要求时，常采用换填法进行地基处理。
一般情况下是先将基础下一定范围内承载力低的软弱土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。
主要有以下几种处理方法：（1）挖：就是挖去表面的软土层，将基础埋置在承载力较大的基岩或坚硬的土层上。
此种方法主要用于软土层不厚，上部结构的荷载不大的情况。
（2）填：当软土层很厚，而又需要大面积进行加固处理，则可在原有的软土层上直接回填一定厚度的好土或砂石、矿石等。
（3）换：就是将挖与填相结合，即换土垫层法。
施工时先将基础下一定范围内的软土挖去，而用人工填筑的垫层作为持力层，按其回填的材料不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。
换填法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴等的地基处理。
换土垫层的处理深度应根据建筑物的要求，由基坑开挖的可能性等因素综合决定，一般多用于上部荷载不大，基础埋深较浅的多层民用建筑的地基处理工程中，开挖深度不超过3 m。
一、砂和砂石地基砂和砂石地基是采用级配良好、质地坚硬的中粗砂和碎石、卵石等，经分层夯实，作为基础的持力层，提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结作用。
砂石垫层应用范围广泛，施工工艺简单，用机械和人工都可以使地基密实，工期短、造价低；适用于 3.0 m 以内的软弱、透水性强的黏性土地基，不适用加固湿陷性黄土和不透水的黏性土地基。
1.材料要求砂和砂石地基材料，宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、石屑和碎石、卵石等，含泥量不宜超过5%，且不含植物残体、垃圾等杂质。
若用作排水固结地基的，含泥量不宜超过3%；在缺少中粗砂的地区，若用细砂或石屑，因其不容易压实，而强度也不高，因此在用作换填材料时，应掺入粒径不超过50 mm，不少于总重30%的碎石或卵石并拌和均匀。
换填法
换填法施工
换填法
(二)施工要点 (1)对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然 土
层密度的垫层，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近 建 筑的影响。 (2)在地下水位高于基坑底面时．应采取排水或降低地下水位的 措施；使基坑保持无积水状态 (3)基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动下卧软层，防止其被践 踏、浸泡或冻结。为此，基坑开挖时应在坑底保留厚约200mm的 一层原土．待铺填垫层时再挖至设计标高。 (4)垫层铺填前，应做好验槽工作。于地基的孔洞、沟、井、暗 塘、墓穴等，应将其挖除并核实。垫层铺筑时， 应稳定，防止塌 土混人垫层中。
第二章 换填法
第一节 概述
第二节 垫层设计
第三节 换填法施工
换填法(Replacement Method)：
换填法
把基础底面下一定范围内的软弱地基土挖除，然后回 填以工程性能好的土，压密后作为地基持力层。
换填法(Replacement Method)
作用 提高地基承载力；减少基础沉降量；加速软土的固结排 水；防止地基冻胀；减少地基的湿陷和胀、缩 应用范围 1.土层： 淤泥、湿陷性黄土、膨胀土、杂填土、冻土等 2.建筑物基础： 中、小型建筑物为主 3.深度： 一般3米以下。 垫层材料 中粗砂、卵石、砾石、素土、灰土、矿渣
(5) 确定垫层宽度：
b ' b 2 ztg 1.5 2 2.0 tg 30o 3.8 m
取垫层宽度
b ' 4.0 m
根据，GB50007-2002该建筑物不须做地基变形验算。
例: 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，承载力标准值fk=65kPa。地下水位为1.2m。试设计 墙基的砂垫层。