《地基处理》第二章

砂垫层的厚度设计
砂垫层厚度z应根据砂垫层底面下卧层的承载力 及建筑物对地基变形要求确定。
垫层的厚度一般不宜大于 3m ,太厚施工较困难,太薄 ( < 0. 5m) 则垫层的作用不 显著。
pz pcz f z
pz—垫层底附加应力设计值（kPa）； pcz—垫层底面处土自重应力标准值 （kPa）； fz—垫层底面处下卧层土经深度修正后 的地基承载力的特征值（设计值）。
砂（碎石、砂石）垫层的设计
设计要求： 既要求有足够的厚度以置换可能被剪切破坏的软 弱土层，又要求有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。 注意 排水砂垫层不同于置换垫层，前者主要在基 础底面设置厚度为30cm的砂（或砂石、碎石）垫 层，以利于软土层的排水固结
设计计算
垫层材料的选用 设计内容 垫层厚度的确定
垫层宽度的确定
垫层承载力的确定 沉降计算
垫层材料选用
采用换填法处理地基，垫层材料可因地制 宜地根据工程的具体条件合理选用，一般为级 配良好的中粗砂，含泥量不超过3%，并应去除 树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30%— 50%的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm，并应 通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功 率等各项技术参数。
在各种不同类型的工程中，垫层所起的主要作 用有时也是不同的。例如砂垫层可分为换土砂垫层 和排水砂垫层两种。一般工业与民用建筑物基础下 的砂垫层主要起换土的作用；而在路堤及土坝等工 程，主要是利用砂垫层起排水固结作用，提高固结 速率，促使地基土的强度增长。换土垫层视工程具 体情况而异，软弱土层较薄时，常采用全部换土， 软弱土层较厚时，可采用部分换土，并允许有一定 程度的沉降及变形。
垫层承载力的确定
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，在无试验资料时可按下表取用承载力特征 值。
实际的干 密度比理论值 要小。
压实曲线特点：具有峰值：峰值点对应于ρdmax和wop。
干密度d(g/cm3)
2.0
dmax=1.86
1.8
1.6
1.4
wop=12.1
0
4
8Hale Waihona Puke 12 16 20 含水量w(%)
24 28
相同的压实功能 对不同土料的压实效 果并不完全相同，黏 粒含量较多的土，土 粒间的引力就愈大， 只有在比较大的含水 量时，才能达到最大 干密度的压实状态。
z——基础底面下的垫层厚度（m）
θ——垫层的应力扩散角（°），可按下表采用
计算时，先假设一个垫层的厚度，验算。如不 合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止， 一般砂垫层的厚度为1～2m左右，过薄的垫层(<0.5m) 的作用不显著，垫层太厚(>3m)则施工较困难。
垫层宽度的确定
垫层的底面宽度 应满足基础底面应力 扩散和防止垫层向两 侧挤出为原则进行设 计。
砂（砂石、碎石垫层）
素土垫层 土垫层
灰土或二灰垫层
粉煤灰垫层
干渣垫层
土工合成材料加筋垫层 聚乙烯板块垫层
当采用换填垫层法置换软弱土地基的上层时，必须考虑建筑 体型、荷载分布、结构刚度等因素的影响。对于建筑体型复杂、 荷载大、整体刚度差或者对差异变形敏感的建筑，不应采用浅层 局部置换的处理方法。对于深厚软弱土地基（如淤泥或淤泥质土 地基），采用换填垫层法仅置换上层软土后，通常可以提高持力 层的承载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形量过 大对上部建筑结构产生的有害影响，因此也不应采用局部换填垫 层法进行处理。但对轻型建筑、地坪、道路或堆场，采用垫层处 理上层部分软弱土时，由于传递到下卧层顶面的附加应力很小， 也可以取得较好的效果。
矩形 基础
b ( p k pc ) pz b 2 z tan bl( pk pc ) pz (b 2 z tan )(l 2 z tan )
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）
pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均应力（kPa） pc——基础底面处土的自重应力值（ kPa ）
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
测定最佳含水量方法：击实试验
试验所用设备：击实仪
击锤
护筒 导筒 击实筒
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3，
击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，
换填
2.1 概述
换填属于置换法的一种，就 是将基础底面以下不太深的一定 范围内软弱土层挖去，然后用强 度高、压缩性能好的岩土材料， 如砂、碎石、矿渣、灰土、土工 格栅加砂石料等材料分层填筑， 采用碾压、振密等方法使垫层密 实。通过垫层将上部荷载扩散传 到垫层下卧层地基中以满足提高 地基承载力和减少沉降的要求。 换填垫层与原土相比，具有承 载力高、刚度大、变形小等优点。
对同一土样，若改变压 实功能，则曲线的基本形态 不变，但曲线位置却发生移 动。在加大压实功能时，最 大干密度增大，最优含水量 却减小。即压实功能越大， 则越容易克服粒间引力，因 此在较低含水量下可达到更 大的密实程度。
a—碾压6遍
b—碾压12遍
c—碾压24遍 d—室内击实试验
击实试验是用锤击方法使土的密度增加，以模拟现 场压实土的室内试验。实际上击实试验是土样在有侧限 的击实筒内，不可能发生侧向位移，力作用在有限体积 的整个土体上，且夯实均匀，在最优含水量状态下所获 得的最大干密度。而现场施工的土料，土块大小不一， 含水量和铺填厚度又很难控制均匀，因此实际压实土的 均质性较差，固对现场土的压实，应以压实系数λ 和施 工含水量（wop±2%）来进行检验。
6.消除湿陷性黄土的湿陷作用 采用素土、灰土或二灰土垫层处理湿陷性黄土， 可用于消除1～3m厚黄土层的湿陷性。
7.用于处理暗浜（bang 小河沟）和暗沟的建筑场地 城市建筑场地，有时遇到暗浜和暗沟。此类地基 具有土质松软、均匀性差、有机质含量较高等特点， 其承载力一般都满足不了建筑物的要求。一般处理的 方法有基础加深、短柱支承和换土垫层。而换土垫层 适用于需要处理范围较大，处理深度不大，土质较差， 无法直接作为基础持力层的情况。
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。
一般情况下，0.5m≤垫层厚度≤3m
各参数的计算
pZ + pCZ fz
pcz pcd 填 D
pcd——砂垫层的自重压力值（kPa）
填 ——回填土的重度(kN/m³ )
D——回填土的厚度（m）
f f k b (b 3) d o (d 0.5)
条形 基础
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。
承受振动荷载的地基不应选择砂垫层进行换填处理；略超
过放射性标准的矿渣可用于道路或堆场地基换填，但不能 用于房屋类建筑换填垫层处理等。
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。
压实原理
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。
对不同特点的工程，还应考虑换填材料的强度、稳定性、 压力扩散能力、密度、渗透性、耐久性、对环境的影响、 价格、来源与消耗等方面的因素。当换填量较大时，尤其 应首先考虑当地材料的性能及使用条件。此外，还应考虑 所能获得的施工机械设备类型、适用条件等综合因素，从 而合理地进行换填垫层设计及选择施工方法。例如，对于
垫层分类
垫层种类 适用范围 多用于中小型建筑工程的浜、塘、沟等的局部处理。适用于一般饱和、 非饱和的软弱土和地下黄土地基处理，砂垫层不宜用于有地下水，且流 速快、流量大的地基处理。不宜采用粉细砂作垫层。 适用于中小型工程及大面积回填、湿陷性黄土地基的处理 适用于中小型工程，尤其适用于湿陷性黄土地基的处理 用于厂房、机场、港区陆域和堆场等大、中、小工程的大面积填筑，粉 煤灰垫层在地下水位以下时，其强度降低幅度在30%左右 用于中小型建筑工程，尤其适用于地坪、堆场等工程大面积的地基处理 和场地平整、铁路、道路地基等。但对于受酸性或碱性废水影响的地基 不得用干渣做垫层 护坡、堤坝、道路、堆场、高填方及建（构）筑物垫层等 道路工程路基不均匀沉降处理、深软地基低填方且工期紧迫的路堤修筑 工程、高填方工程置换等
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。 保持建筑地基整体变形均匀是换填应遵循的最基本原则。