换填垫层法

Nk gk pk fa A
Nk A fa G d
地基处理 Nk
Nk gk pk fa A
gk d
A：基底面积，m2；A＝l×b， 一般l/b=1.0~2.0；
Nk：作用在基础顶面的荷 载效应标准组合值，kN
pk
地基处理
Nk gk pk fa A
gk：基础自重和基础上的土重，

垫层底 反力 承载力
下卧层
地基处理 1、垫层厚度：
一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不 超过同一标高处软弱土层（经深度修正后）的承载力特征值 确定:
垫层底面处 的附加应力 按下 卧层 的承 载力 确定
垫层底面处 的自重应力
垫层底面软弱土层 经深度修正后的地 基承载力的特征值
pz pcz f az
第一层
二 三
……
第 i层
地基处理
土的各种重度
重度又称为容重、体积重量。土的重度通常是 指土的天然重度，即单位体积中土颗粒所受的重 力,是土的有效密度与重力加速度的乘积.
地下水位以上
土 的 重 度 地下水位以下
土的重度=有效重度
有效重度= 土的重度-浮力（水的重度）
地基处理
某条形基础，垫层下为淤泥质土，承载力特征值为 50kPa,试按《理论公式确定修正后的承载力特征值。
Nk
gk


地基处理
压力扩散角
z/b
0.25 ≥0.50 中、粗、砾、碎 石土、石屑 20 30

换填材料 粉质粘土、 粉煤灰
6 23 灰土
28
注：1、当Z/b<0.25时，除灰土外，其余材料均取=0°； 2、当0.25<Z/b<0.50时，可内插求得。 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。
解：
faz fak m D 0.5
17.5 1.0 (17.5 10) 1.5 m 2.5 11.5kN / m
Nk 120kN
1.0m 1.2m 1.5m
f az f ak m D 0.5 =50+11.5 （2.5-0.5） =73kPa
垫层太薄，换土垫层的作 用不明显
地基处理
2.1 概述
基本原理：
根据土中附加应力分布规律，让垫层承受上部较大的应 力，软弱层承担较小的应力，以满足设计对地基的要求。 1.提高地基承载力-----采用抗剪强度较高的填筑材料 2.减小沉降量-----密实，垫层对应力的扩散作用 3.加速软弱土的排水固结-----绕基础排水，增加了排 水面，使基础下的空隙水压力迅速消散。 4.防止冻胀，空隙大，减小了毛细管现象 5.消除膨胀土的胀缩作用-----干湿循环 6，消除湿陷性黄土的湿陷作用
地基处理
(4) 粉煤灰 可用于道路、堆场、和小型建筑、构筑物的换填垫层。粉煤 灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合放射 性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采用适当 防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。
地基处理
(5) 矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣或不分级矿渣、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
地基处理
(2) 粉质粘土 土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀 土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或 膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块
地基处理
(3) 灰土 体积配合比宜为 2:8 或 3:7 。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状 粘土和砂质粘土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不 得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。
pz
计算位置
地基处理
pz
条形基础：
b( pk pc ) pz b 2 z tan
bl( pk pc ) 矩形基础： pz (b 2 z tan )(l 2 z tan )
以上两式中 l、b ——分别为矩形基础长度和宽度； z ——基础底面至软弱土层顶面的距离； ——应力扩散角，常见的垫层应力扩散角按表3.3确定。
gk

垫层（被置换）

垫层底 反力 承载力
下卧层
地基处理
地基承载力验算
持力层承载力验算
软弱下卧层承载力验算
地基处理
地基承载力验算
荷载-----基底反力 pk
地基承载力特征值 fa
地基处理
问题：
实际工程中，事先知道基底 尺寸吗？
地基处理
强度要求：地基承载力 pk≤fa
F G 持力层 下卧层 d
pk pc Nk gk 1d A Nk G d 1d A Nk ( G 1 )d A 120 (20 17.5) 1 1.2 102.5kPa
地基处理
Nk 120kN
粉质粘土
1.0m 1.2m 1.5m
1 17.5kN / m3
3并压（夯、振）实至要求的密实度 为止，这种地基处理方法称为换填法。
地基处理
• 适用性：
哈 哈，问题 来了……
“软弱土层的厚度不大” ----到底是多少米？在实际工程 中，什么情况下优先选用该法？
• 通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深的软弱土 层，但经常由于地下水位高而需要采用降水措施；坑壁放坡占 地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多等因素， 从而使处理费用增高，工期延长，因此换填法的处理深度通常 宜控制在3米以内。但也不应小于0.5米，因为垫层太薄，则换 土垫层的作用也不显著。在湿陷性黄土地区或土质较好场地， 一般坑壁可直立或边坡稳定时，处理深度可限制在5米以内。
地基处理
已知混凝土 c 25kN / m , 土重 s 18kN / m
3
3
Nk gk pk A
gk：基础自重和基础上的土重，
kN。对于一般实体基础，可取： g k G Ad
d：基础的平均埋深（室内外地
d (1.2 1.5) / 2 1.35m
坪与基底高度差的平均值），m
m 18kN / m3
f az f ak m D 0.5 =80+18 （1.95-0.5） =106.1kPa

地基处理
问题：
确定地基承载力 的目的?
Nk
承载能力 验算

gk
基底反力 承载力
持力层 软弱下卧层

地基处理
问题：
确定地基承载力 的目的?
Nk
软弱下卧层 承载力验算
淤泥 2 17.5kN / m 3， 粉质粘土，f aK 50kPa
地基处理
[ pk pc ] 基础底面处的附加应力
pz ──荷载作用下垫层底面处的附件应力
z 按照扩散系数法计算
条形 基础
Fk pk
平均 压力
( pk pc )b pz b 2 ztg
d z pcz 软土
型建筑、构筑物地基。
(6) 其他工业废渣
在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳 定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。 被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。
地基处理
(7) 土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋层。所用土 工合成材料的品种与性能及填土的土类应根据工程特性和地基 土条件，按照现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》 （GB50290-98）的要求，通过设计并进行现场试验后确定。
地基处理
地基处理
主要内容
2.1概述
2.2土的压实原理
2.3换填垫层设计 2.4垫层碾压施工 2.4质量检验
地基处理
2.1 概述
软土
当软弱土地基的承载力和变形满足 不了建筑物的要求,怎么办？
软弱土层的 厚度不大 1将基础底面下处理范围内 的软弱土层部分或全部挖去
2分层换填强度较大的砂、 碎石、素土、灰土、二灰、 粉煤灰、高炉干渣或其它性 能稳定、无侵蚀性等材料
kN。对于一般实体基础，可取： g k G Ad
d：基础的平均埋深（室内外
地坪与基底高度差的平均 值）， m d (1.2 1.5) / 2 1.35m
G：基础及回填土的平均重度，
一般取20kN/m3
地基处理
问题：
确定地基承载力 的目的?
Fk
软弱下卧层 承载力验算
Gk

垫层（被置换）
换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。
地基处理
应力扩散角
众所周知，基础承受上部传来的荷载并将荷载传递给地基 持力层，地基持力层就担负起承担并逐渐分散均匀地传给 地壳的责任。这个逐渐分散的方式就是‘扩散’，扩散的 规律是按照一定的角度往下逐渐扩大范围，这个扩散角度 大小与基础材料的弹性模量与持力层的压缩模量有关、与 持力层土的内摩擦角有关。详见规范GB50007-2002.

pz
计算位置
地基处理
[ pk pc ] 基础底面处的附加应力
pz ──荷载作用下垫层底面处的附件应力
z 按照扩散系数法计算
( pk pc )lb 矩形 pz (b 2 ztg )(l 2 ztg ) 基础
d z pcz 软土
Fk pk
平均 压力

Es1 Es2
G：基础及回填土的平均重度，
一般取20kN/m3
地基处理
g k G Ad
pk pc Nk gk 1d A Nk G d 1d A Nk ( G 1 ) d A
Pk 荷载作用下基础底面的平均压力
Pc基础底面处土的自重压力
某条形基础，垫层及回填材料为中砂，垫层下为淤泥质 土，承载力特征值为50kPa,求荷载作用下基础底面处的 附件应力值。 pk p c 解：
粉质粘土
1 17.5kN / m3
淤泥 2 17.5kN / m 3， 粉质粘土，f aK 50kPa
地基处理某条形基础，宽度1.6m，受轴心荷载Fk=300kN/m,基
例：础埋深1m,垫层厚度为0.95m，垫层及回填材料为中 砂，
解：
faz fak m D 0.5
pz ~( pk pc )
N k 与gk 荷载下 基础底面压力
P c 基础底面处土的自重压力
Pk 荷载作用下基础底面的平均压力
Nk
gk
此时基础底面土压力


地基处理
Pk 荷载作用下基础底面的平均压力
Nk gk pk A
Nk
A：基底面积，m2；A＝l×b， 条形基础l=1m；
pk
gk
d
Nk：作用在基础顶面的荷 载效应标准组合值，kN
由于淤泥与淤泥质土的承载力修正系数：
m
D
——软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度 ——软弱下卧层以上埋深。
地基处理
土的加权平均重度
设第i层土的重度为 i ，厚度为 则这i层的加权平均重度为 m


hi
地面
m
1h1 2 h2 3h 3 +......+ i hi
h1 h2 h3 ......hi
地基处理
垫层的分类P27
根据换填材料的不同可分为：
（1）砂石 (2) 粉质粘土 (3) 灰土
(4) 粉煤灰
(5) 矿渣
(6) 其他工业废渣
(7) 土工合成材料
地基处理
垫层材料选用-----砂石
砂石垫层材料宜选用质地坚硬的碎石、卵石、角砾、圆砾、砾 砂、粗砂、中砂、或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的 45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。 当使用粉细砂或石粉（粒径小于 砂石的最大粒径不宜大于 0.075mm的部分不应超过总重的9%）时， 50mm 。对湿陷性黄土地基， 应掺入不少于总重的30%的碎石或卵石。 不得选用砂石等渗水材料。
土工格栅
土工格室
三维土工网垫
地基处理
淤泥修正后地基承载力特征值：
f az f ak b b 3 d m D 0.5
b 0,b 1.0, 所以淤泥层承载力修正公式变为：
faz fak m D 0.5
f ak ——给定的淤泥地基承载力特征值；
地基处理
(1) 垫层厚度的确定
按下 卧层 的承 载力 确定
回填土
pz pcz f az
砂垫层
pcz
pz
b
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地基处理
问题：
pz ──荷载作用下垫层底面处的附件应力
地基处理
(1) 垫层厚度的确定
[ pk pc ] 基础底面处的附加应力
1d
Pz 荷载作用下垫层底面的附件应力