2-2 换填法处理

二、碎石和矿渣垫层
1．对碎石垫层材料的要求
采用碎石或矿渣作垫层来处理软弱地基是目前国内 常用的一种地基加固方法。实践证明，碎石和矿渣有足 够的强度，变形模量大，稳定性好；而且垫层本身还可 起排水层的作 用，并加速下部软弱土层的固结。
碎石垫层所用的碎石粒径，一般为 5 ～ 40mm 的
自然级配碎石，含泥量不大于5％。
⑥ 渗透性：粉煤灰渗透系数较大，但随时间推移会逐步 降低； ⑦ 击实之后的抗液化性好； ⑧ 对环境影响随时间推移而下降，整体上对环境影响不 大。
三Hale Waihona Puke Baidu粉煤灰垫层
2、粉煤灰垫层设计
1) 厚度与宽度的基本计算方法与砂垫层一样，粉
煤灰垫层的压力扩散角θ ＝22o；
2)
粉煤灰的最大干土密度rdmax和最优含水量WOP
第二章
换填法处理 第五节 垫层施工要点
一 砂和砂石垫层施工
1) 砂垫层施工中的关键: 是将砂加密到设计的密实度。加
密的方法常用的有振动法 (包括平振、插振、夯实)、水撼法 和碾压法等 ( 表 2-5-1) 。这些方法要求在基坑内分层铺砂，然 后逐层振密或压实，分层的厚度视振动力的大小而定，一般 为15～20cm。
海地区提出的数值 lC ＝ 0.9～ 0.95 时， φ＝ 23 ～ 30o, c
＝5~30kPa，Es ＝8~20kPa, k ＝ 2×10－4 ~ 9×10－5
cm/s； 4) 对于lC＝0.9～0.95的浸水垫层，承载力特征值 可取120～200kPa, 但仍应满足软弱下卧层的强度与 变形要求。
(2) 要求部分消除时：应根据建筑物的重要性、基础形式、面积、
基底压力大小及湿陷类型等因素综合考虑(表2-4-2)
表2-4-2 消除部分湿陷量的最小处理深度(m)
2) 垫层宽度的确定
(1) 当垫层厚度小于 2m 时，基础外沿至垫层边沿不小于厚
度的1／3，且不小于300mm；当垫层厚度大于2m时，可适当加 宽且不小于700mm； (2) 整片素土垫层超出基础外缘的宽度不得小于 1.5m 。当 垫层厚度大于2m时，宜适当加宽。
以及有机物含量超过 8％的土料，都不得使用。土料应予
过筛，其粒径不得大于15mm。
4) 石灰用量对灰土强度的影响
灰土中石灰的用量在一定的范围内时，其强度随用灰 量的增大而提高。但是，当超过一定限值后则强度增加很 小，并有逐渐减小的趋势。
例如，1：9的灰土，强度很低，只能改善土的压实性能；
2：8和3： 7的灰土，一般作为最佳含灰率，但与石灰的等 级有关。通常应以灰土中CaO+MgO所含总量达到8％左右 为佳。 石灰应以生石灰块消解(闷透)3~4d后过筛使用。
(b)
(a)
2.4.1(b) ，但两层垫层的高
差不得小于 1 m ，同时阶梯 宽度需符合b>2h的要求。
图2.4.1 碎石或矿渣垫层： (a)碎石或矿渣
垫层；(b)阶梯式碎石或矿渣垫层
1．基础，2．砂垫层，3．碎石或矿渣垫层， 4．砂或混凝土挡
三 粉煤灰垫层
1、粉煤灰及其工程特性
1) 粉煤灰的概念：
300kPa。
(2) 垫层厚度的确定。计算方法同砂垫层。 (3) 垫层宽度的确定。灰土垫层的宽度一般为灰土顶面基础
砌体宽度加2.5倍灰土厚度之和。
3) 灰土的材料特点及要求 (1) 石灰 石灰是一种无机的 (矿物的)胶结材料，它不但能在空气硬 化，而且还能更好地在水中硬化，建筑工程中常用的熟石灰， 其原料是石灰石，含碳酸镁的为白云石。 石灰生产时，将石灰石在煅烧窑内加热到900℃以上(常达 1100～1200℃)，碳酸钙分解后放出碳酸气(CO2)而得到氧化钙 (CaO)，即 CaCO3→CaO+CO2↑
度较高的灰土，宜选用Ⅰ级或Ⅱ级石灰。当活性氧化物
CaO+MgO含量不高时，应相应增加石灰用量。
(2) 土料 灰土中的土不仅作为填料，而且参与化学反应，尤其
是土中的黏粒 (d<0.005mm) 或胶粒 (d<0.002mm) ，具有一
定活性和胶结性，含量越多，土的塑性指数越高，则灰土 的强度越高。 在施工现场常采用就地基坑 ( 槽 ) 中挖出的黏性土和粉 土(塑性指数 Ip>8)拌制灰土。淤泥、耕土、冻土、膨胀土
地
基
处
理
2.换 填
第二章
换填法处理 第四节 其他类地基土中垫层设计要点
1．灰土垫层
一、灰土和素土垫层
1) 灰土垫层及其原材料 灰土垫层：是将基础底面下一定深度范围内的软弱土挖 去，用一定体积比配合的灰土，在最优含水量情况下分层夯 实或压实。适用于处理1～4m厚的软弱土层。
灰土原材料：石灰和土。
2)
铺设一层 15 ～ 20cm 的松砂，只用木夯夯实，不得使用振捣器，
以免破坏基底土的结构。
7) 采用细砂作为垫层的填料时，应注意地下水的影响， 且不宜使用平振法、振捣法和水撼法。 8) 水撼法施工时，在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚 度，每层虚铺 25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用 钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔 出，在相距10m处重新插入摇撼，直至这一层全部结束， 经检查合格后铺第二层(不合格时需要再插撼)。每铺一次、 灌水一次进行摇撼，直至设计标高为止。
是指燃煤电厂排放的工业废弃物。根据一些地区的工程 实践证明，粉煤灰是一种良好的地基处理材料来源，具有良 好的物理力学性能，能满足工程设计的技术要求。 表2-4-3 粉煤灰的化学组成
2) 工程特性 ① 自重轻：击实后的干密度 0.92～1.5g/cm3(做垫层有利
于减轻下卧土层的压力 减少沉降); ② 击实性能好：最优含水量 (WOP) 变动幅度大于±2%，
地疏松化为粉末状所致。
施工现场，用于灰土的熟石灰要求过筛，其粒径不得大于
5mm，且其中不得夹有生石灰块，也不得含有过多的水分。
石灰的性质取决于其活性物质的含量， CaO 与 MgO 含量越
高，活性越大，胶结力越强。常用的熟石灰粉末其质量应符合
Ⅲ级以上的标准，CaO+MgO含量不低于50％，如果要拌制强
1.1g/cm3，泥土－有机质成分≤5%为宜。
(1) 稳定性 表 2-4-2 为国内各钢厂重矿渣化学成分分析。
表2-4-2 国内各钢厂重矿渣化学成分
从表2-4-2可看出，重矿渣的主要成分为CaO、SiO2、Ai2O3、 MgO和Fe2O3等，其含量大致接近，但宝钢的成分相对稳定，尤
其是CaO含量少于45％，大大减少了裂胀分解的可能性。
(2) 松散密度
根据《混凝土用高炉重矿渣碎石技术条件》(YBJ205—84)的
规定，重矿渣的强度可用松散密度指标表示，对分级矿渣松散 密度要求不小于 1.lt／ m3。经测定分析，松散密度与粒径有关，
粒径小则轻，粒径大则重。但粒径较小的矿渣砂 ( 粒径在 0 ～
8mm之间)，其密度可达1.4t／m3。 (3) 变形模量 一般工程中，不论是分级矿渣或混合矿渣，压实后的变形模 量都大于或等于砂、碎石等垫层材料的变形模量。当符合一定 的压实标准的话，压实后的矿渣垫层(分级或混合)的变形模量 E0可达35MPa以上。
在设计和施工前应按《土工试验方法标准》
(GB/T50123-1999) 由室内击实试验确定，压实系数 lC
一般取0.9～0.95。垫层的碾压次数，铺垫厚度以现场
试验为准；
3) 粉煤灰的内摩擦角φ、黏聚力c、压缩模量Es及 渗透系数k与粉煤灰的材质和压实密度有关，故应通
过室内土工试验确定。当无试验资料时，可参照上
5)
二灰土垫层强度特征
用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和，分层夯实的垫层，称
“二灰垫层”。“二灰垫层”与灰土垫层相似，但强度较灰土垫
层高，见表2-4-1最优含水量比灰土大，干土重度较灰土小。压 。
实系数在0.94～0.97时，干土重度为9.4～9.7 kN／m3，施工最 优含水量为50％左右，石灰掺入量以15％～20％为宜。
二、碎石和矿渣垫层
3．碎石垫层和矿渣垫层的构造要求
为了防止基坑表层软弱土发生局部破坏而使建筑物基础产生附 加沉降，一般应在碎石和矿渣垫层的底部，设置一层15～ 30mm
厚的砂垫层，砂料应采用中、 粗砂，然后再铺筑碎石或矿 渣垫层，见图2.4.1(a)。
当软弱土层厚度不同时， 垫层应做成阶梯形，见图
达±4%的变动幅度，因此，施工中容易控制设计密度所 要求的含水量，施工质量易保证)；
③
抗剪强度：与灰种、压实系数，龄期长短有关。无试
验资料时：在压实系λc 为 0.9 ～ 0.95 时， Φ=23 ～ 30 ，
C=5~30kPa；
2)工程特性
④ 压缩性：与击实能量、密实度、饱和度有关。无试验 资料时，在压实系lc =0.9～0.95 时，Es=8～20Mpa； ⑤ 承载能力：在lC =0.9～0.95 时，允许承载力可采用 120～200kPa；
煅烧后生成的石灰是质地较轻的块状物，颜色自白至灰或
黄绿色，主要成分为氧化钙，其次为氧化镁。
石灰(指生石灰)在使用前，一般用水熟化。生石灰的熟化 是碳化作用，同时也是放热反应，可用下式表示： CaO+H2O→Ca(OH)2+65.3 kJ／mol 生石灰加水后放出热量，形成蒸气，同时体积膨胀。当质 纯及煅烧良好时，其体积可增大1.5~2.0倍。体积增大是由于其 相对密度减小 ( 生石灰相对密度 3.1 ，熟石灰相对密度 2.1) 和质
土层的表面。否则，坑底土的结构在施工前就遭到破坏， 其强度就会显著降低，以致在建筑物荷载作用下，将会 产生很大的附加沉降。因此，基坑开挖后应及时回填， 不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。
4)
砂、砂石垫层底面宜铺设在同一标高上。如果深度不同
时，基坑地基土面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应 错开 0.5～ 1.0m 的距离，搭接处应注意捣实，施工应按先深后 浅的顺序进行。 5) 人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再进行铺 填捣实。 6) 捣实砂石垫层时，应注意不要破坏基坑底面和侧面原状 土。尤其是对基坑下灵敏度大的地基土，在垫层最下一层宜先
二、碎石和矿渣垫层
2 对矿渣垫层材料的要求
矿渣是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣经自 然冷却而成的垫层材料。材料要求：矿石类型不同， 来源不同，干渣成分不同，其稳定性、侵蚀性、环
境危害、变形模量不同。一般要求质地坚硬，性能稳
定，无侵蚀性的矿渣为基本原料，经适当破碎获得良
好做配并要求最大粒径不超过 200mm 。松散密度大于
表2-4-1 二灰垫层试件的抗压强度
一、灰土和素土垫层
2．素土垫层
1) 垫层厚度的确定
1） 素土垫层厚度的计算方法同砂垫层。 2）对于处理湿陷性黄土，分两种情形： (1) 要求完全消除湿陷性时：①对非自重湿陷性黄土，应满足垫 层底部总压力不大于下卧黄土层的湿陷起始压力；②对于自重湿陷 性黄土，须全部换填(故仅适于厚<5m者)。
每层铺筑厚度不超过表 2-5-1 所规定的数值。分层厚度可
用样桩控制。施工时，应将下层的密实度经检验合格后，方 可进行上层施工。
表2-5-1 砂和砂石垫层每层铺筑厚度及最优含水量
注：在地下水位以下的垫层其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm
2) 铺筑前，应先进行验槽。浮土清除，边坡必须稳定， 防止塌土。基坑 ( 槽 ) 两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、 井和墓穴，应在未做垫层前加以填实。 3) 开挖基坑铺设砂垫层时，必须避免扰动下卧软弱
垫层设计
(1) 承载力特征值的确定。经过人工压实的 ( 或夯实 ) 的 3:7灰
土垫层，当其压实系数 λc 控制在 0.97 及干土重度不小于 14.5 ～ 15.0 kN／m3时，其承载力特征值最大可达300 kPa。 对于2:8的灰土垫层，当压实系数控制在0.95～0.97及干土重 度 不 小 于 14.8 ～ 15.5kN ／ m3 时 ， 其 承 载 力 特 征 值 最 大 可 达
(4) 高炉重矿渣主要力学特点 垫层压程度实符合标准时，荷载与变形关系具有线性变形
体的基本特点。如果压实程度不佳，强度不足，会引起显著
的非线性变形。因此，设计前应首先了解矿渣的组成成分、 级配、软弱颗粒含量和松散密度；其次是根据场地条件和施 工现场条件，确定合理的施工方法和选择各种计算参数。 用于垫层的矿渣的基本技术参数要符合下列规定：稳定 性合格；松散密度不小于 1.1t／m3；泥土与有机质含量不大 于 5 ％。当然，对于一般的场地平整，矿渣质量可不受上述 指标的限制。