地基处理_3换填法

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适用范围: 适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处
理。 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)
3.1.2 垫层的作用
(1) 提高地基承载力。 (2) 减少沉降量。 (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。 (6) 消除湿陷性黄土的湿陷作用 (7) 局部换填处理暗浜和暗沟
B ? b ? 2 ?ztg?
式中 B——垫层底面宽度(m);
θ——垫层的压力扩散角(°), 可按表3.2采用;当 z / b ? 0.25时,则按z / b=0.25取值
垫层顶面(基础底面)每边宜超出基础边缘不少于30cm或 从垫层底面两侧向上,按当地基础开挖经验放坡。
4. 沉降计算
一般垫层地基的沉降仅考虑下卧层(垫层下地基 土)的变形,但对于沉降要求较严或垫层较厚的情况, 地基沉降S,包括垫层本身压缩沉降Sm和下卧层沉降Sg, 即
第3章 换土垫层法
? 基底换填 ? 0.6m
灰土垫层施工检验
铺设砂垫层
天津港开发区
抽检砂垫层


填 土
平整砂垫层
地下室底板下的砂垫层、砼垫层、防水层及砼保护层
基础灰土垫层施工阶段
3.1 概述
定义: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,压缩性能好的岩土材料(砂、 碎石、矿渣、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(土工格栅),并压 (碾、夯、振)实至要求的密实度,并形成垫层。
土的压实度(或压实系数 ? c ),定义为土压实时 要求达到的干密度 ? d 与室内击实试验所得到的 最大干密度? dmax 之比值,可由下式表示:
? c = ? d / ? dmax
在工程中,填土的质量标准常以压实度来控制。
要求压实度越接近于1,表明对压实质量的要求越高。
根据工程性质及填土的受力状况,所要求的压实度是不 一样的。
轮碾压分类
施工机械
? 振动碾碾压法: 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。 此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。
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。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量,其 最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数 (如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等)都必须 由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下,由于现场条件 终究与室内试验不同,因而对现场应以压实系数与施工含水量进 行控制。
破坏的软弱土层;
(3)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
b 基础 回填土
p
D
?
pcz
$ $ $ $$
pcz
pz
pz
$
b+2z tan ?
B
垫层设计示意图
z 垫层
垫层厚度 z,可根据下卧土层承载力确定,应符
合地基承载力验算要求
p z ? p cz ? f az
式中 p z-垫层底面处的附加压力( kPa ) p cz -垫层底面处的自重压力( kPa ) faz-垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值
(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。
? 换土垫层法包括:低洼地域筑高和堆填筑高 ? 优点:就地取材、施工简单、机械设备简单、工期短、造价低。 ? 处理深度:3~5m 以内。
3.1.1 加固机理和适用范围
加固机理: 换填、振密、应力扩散。 种类: 砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
(四)干渣垫层施工要点
1.干渣垫层压实可采用碾压法或平板振动法。
地基承载力修正 faz ? fa ? hb? (b ? 3) ? h d ?m (d ? 0.5)
土的 类别 淤泥和淤泥质土 人工填土,或e或者大于等于0.85的粘土
Hale Waihona Puke Baidu
hb
hd
0
1.0
0
1.0
红粘土 含水比大于0.8
0
1.2
含水比小于等于0.8
0.15
1.4
填土 压实系数大于0.95、粘粒含量大于10%的粉土 0
3.2 垫层作用机理
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,如还不能有效地克服引力而使
振 密
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
(二)素土施工要点 1.基坑(槽)在铺设素(灰)土前必须先进行验槽。 2.碾压前土料的含水率应接近最优含水率。 3.灰土应 拌和均匀 ,拌好后应 及时铺好压实 ,灰土压实 后3天内不能受水浸泡。 4.灰土的 虚铺厚度 ,可根据不同的施工方法按下表选用 。每层灰土的夯打遍数,应根据设计要求的干密度在现 场试验确定。
S ? Sm? Sg
Sm 计算中,应力可取垫层顶面和底面压力的平均值。一 般砂垫层Es=20 ?30MPa ;粉煤灰则Es=8 ? 20MPa ,碎石、卵 石为30 ?50MPa 。无论是地基还是垫层,其沉降计算均可传统 分层总和法计算。
3.4 施工
施工包括:(1)开挖换土;(2)铺填垫层。
(1)开挖换土:应注意避免坑底土层的扰动,应采用干挖土法。 (2)铺填垫层:
1)垫层需分层铺填,并分层密实。分层厚度20~30cm。 2)根据不同的换填材料选用不同的施工机械:
砂石垫层宜采用振动碾碾压; 粉煤灰垫层宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯等碾压方法密实; 灰土垫层宜采用平碾、振动碾等方法密实。
蛙式打夯机
平板振动碾
手推打夯机
静压路机
单钢轴振动碾压机
双钢轴振动碾压机
θ-垫层材料的压力扩散角,在缺少资料时,可按表3.2 选用。
表3.2 垫层材料压力扩散角 θ(°)
换填材料 中、粗砂、砾石、卵
z/b
石、碎石
粘性土和粉土 (8<Ip<14)
灰土
0.25
20
≥0.50
30
6 28
23
注:当时z/b<0.25,除灰土取θ=28o外,其余材料θ=0o; 当0.25<z/b<0.5时,θ可由内插法求得。
表 11-7
灰土的压实方法和虚铺厚度
项次 夯实机具种类 夯具重量( t) 虚铺厚度(cm )
备注
1 石 夯 、 木 夯 0.04 ~0.08
20~25
人力夯打,落高 40~50cm
2 轻型夯实机械

20~25
蛙式(柴油)打夯机
3压路 机
6~10
20~30
双轮压路机或三轮压路机
5.在地下水位以下的基坑施工时,应采取排水措施。 6.垫层分段施工时,不能在桩基、墙角及承重墙下接 缝,接缝处上下两层的缝距不能大于 500mm ,接缝处应 夯压密实。 7.垫层施工结束后及时进行基础施工和基坑回填。
(kPa ),宜通过试验确定。
按均匀分布,条形基础和矩形基础下垫层底面处附
加压力pz的简化计算
条形基础:
pz
?
b( pk ? pc )
b ? 2z tan?
矩形基础:
pz
?
(b ?
bl( pk ? pc )
2z tan? )(l ? 2z tan? )
式中 b -矩形基础或条形基础底面的宽度(m ); l-矩形基础底面的长度(m ); p -基础底面接触压力(kPa ); p c -基础底面自重应力(kPa );
种类: 砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
2. 垫层厚度(z)
换填法设计主要是
回填土
d
垫层厚度 z(0.5~3m)和宽度 B。
b ? ?z
原则:
B= b+2ztg?
(1)各种材料垫层设计,近似按砂垫层计算方法进行设计
(2)砂垫层垫层厚度 z,要求有足够深度,以置换可能被剪切
在工地上对压实度的检验,一般可用环刀法、灌 砂(或水)法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定 土的干密度和含水量,具体选用哪种方法,可根据工地 的实际情况决定。
3.3 垫层设计计算
1. 垫层材料 2. 垫层厚度 3. 垫层宽度 4. 沉降验算
1. 垫层材料
(1) 砂、碎石或砂石料; (2)灰土; (3)粉煤灰或矿渣; (4)土工合成材料加碎石垫层等。
(1)提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。 如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土,可提高地基 的承载力,避免地基破坏。 (2)减少沉降量。一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是 比较大的。以条形基础为例,在相当于基础宽度的深度范围内的沉降 量约占总沉降量50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱 土层,就可以减少这部分的沉降量。由于砂垫层或其它垫层对应力的 扩散作用,使作用在下卧层土上的压力较小,这样也会相应减少下卧 层土的沉降量。
由水,结合水膜的扩大作用就不大了,因而引力的减少就
不显著,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”。
击实曲线 ? d
?
? 击?实G试s验? w
1? w 1? e
?
Gs ? w
1? Gsw
S
?d
?
?
1? w
人工压实不是挤出土中水,而是挤出土中气来达到压实目的的。
? 平板振动法: 平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、 透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。 振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关,一般振动时间越长,
效果越好,但振动时间超过某一值后,振动引起的下沉基本稳定,再继续振动 就不能起到进一步压实的作用。为此,需要施工前进行试振,得出稳定下沉量 和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾,振动时间约在 1mim 以上;对含炉灰等细粒填土,振动时间约为3~5mim ,有效振实深度为 1.2 ~1.5m 。
振实范围应从基础边缘放出0.6m 左右,先振基槽两边,后振中间,其振动 的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格,并辅以轻便触探试验检验其 均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实 的杂填土地基承载力可达100 ~120kPa 。
施工要点
(一)砂石垫层施工要点 1.碾压、密实; 2.人工配置级配的砂石应拌和均匀; 3.用碎石或卵砾石作垫层材料时,基坑底部要先铺填 150 ~300mm 厚的砂垫层,并用木夯夯实,不得使用振捣 器,以防下部软弱土层表面受到局部破坏。如果淤泥或 淤泥质土层厚度较小,可采用抛石挤淤处理; 4.基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动软弱下卧层; 5.垫层铺填前,应做好验槽工作;
(三)粉煤灰垫层施工要点 1.粉煤灰垫层压实可用平板振动器、蛙式打夯机、压路机或 振动压路机等。 2.粉煤灰垫层施工应分层压实。 3.过湿的粉煤灰要沥干装运,装运时含水率宜为15~25%。 4.垫层施工时要 设置泄水沟或排水盲沟 ,垫层四周要设置具 有防冲刷功能的帷幕,垫层底层的粉煤灰要选用较粗的灰,并 使含水率稍低于最优含水率。
(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。 (5)消除膨胀土的胀缩作用。在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、 煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用,但垫层厚度应依 据变形计算确定,一般不少于0.3m,且垫层宽度应大于基础宽度, 而基础的两侧宜用与垫层相同的材料回填。
1.5
最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石
0
2.0
粉土 粘粒含量大于10%的粉土
0.3
1.5
粘粒含量小于10%的粉土
0.5
2.0
e及IL均小于0.85的粘性土 粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)
0.3
1.6
2.0
3.0
中砂、粗砂、砾砂和碎石土
3.0
4.4
3. 垫层宽度(B)
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,目前还缺乏可靠 的方法。一般可按下式计算或根据当地经验确定:
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