1、换 填 法 专题专题合肥工业大学本科生教学合肥工业大学本科生教学地基处理地基处理第1页，共62页。2主要内容主要内容v适用范围适用范围v加固机理加固机理v垫层设计垫层设计v垫层施工垫层施工v垫层质量检验垫层质量检验v工程实例工程实例换填法换填法第2页，共62页。31 概述概述 当当软弱土地基软弱土地基的的承载力和变形承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱满足不了建筑物的要求，而软弱土层的土层的厚度又不很大厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的的部分或全部挖去部分或全部挖去，然后，然后分层换填分层换填强度较大的砂（碎石、素强度较大的砂（碎石、
2、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并材料，并压（夯、振）实压（夯、振）实至要求的至要求的密实度密实度为止，这种地基处理的为止，这种地基处理的方法称为方法称为换填法换填法(replacement method)，或者称为换填垫层法。，或者称为换填垫层法。b 换填土换填土回填土回填土换填法是浅层软土地基的处理方法。换填法是浅层软土地基的处理方法。1.换填法换填法第3页，共62页。4按施工机械不同，施工方法有：按施工机械不同，施工方法有：u机械碾压机械碾压u重锤夯实重锤夯实u平板振动平板振动 作为压（夯、振）实垫层的不
3、同机具对待，这些施作为压（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。工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。按回填材料不同按回填材料不同,垫层垫层(Cushion)(Cushion)可分为：可分为：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等；及土工合成材料垫层等；及土工合成材料加筋垫层。加筋垫层。2.换填法处理方法换填法处理方法第4页，共62页。5v地层条件地层条件建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)中规定
4、：中规定：适用于浅层适用于浅层软弱地基软弱地基及及不均匀地基不均匀地基的处理。包括软土（淤泥、淤泥质的处理。包括软土（淤泥、淤泥质土）、湿陷性黄土、素填土、膨胀土、杂填土、冻土地基及暗沟、土）、湿陷性黄土、素填土、膨胀土、杂填土、冻土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。暗塘等的浅层处理。v建筑物条件建筑物条件：中、小型建筑工程为主中、小型建筑工程为主v处理深度：处理深度：0.5米米 3.0米米3.适用条件及范围适用条件及范围v常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、
5、浜填土以及已完成自重固结的冲软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。填土等）与低洼区域的填筑。v一般处理深度为一般处理深度为0.50.53m3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。等。v换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等4.适用范围第5页，共62页。6v换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对于较深厚的软弱上层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱上层在
6、荷载下的长期变形可能依然很大。例如，对较深厚的淤泥或淤泥质土类软弱地基，采用垫层仅置换上层软土后，通常可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大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体型复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应采用浅层局部置换的处理方法。v大面积填土产生的大范围地面负荷影响深度较深，地基压缩变形量大，变形延续时间长，与换填垫层法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计施工应另行按国家现行有关规范执行。5.注意事项第6页，共62页。7垫层分类回填材料砂垫层粉煤灰垫层粉质粘土垫层灰土垫层矿渣垫层其他工业废渣垫层土工合成材料垫层l中粗砂、卵石、砾
7、石、素土中粗砂、卵石、砾石、素土 l灰土：灰土比灰土：灰土比 2:8 或或 3:7l工业废料：工业废料：l粉煤灰，干渣（高炉重矿渣）粉煤灰，干渣（高炉重矿渣）l土工合成材料：土工合成材料：l土工合成材料加筋垫层、土工合成材料加筋垫层、l土工合成材料轻质垫层（聚苯乙烯板块垫层）土工合成材料轻质垫层（聚苯乙烯板块垫层）第7页，共62页。81）砂垫层）砂垫层v宜选用碎石、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0.075mm的部分不超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂
8、石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄上地基，不得选用砂石等透水材料。v砂石是良好的换填材料，但对具有排水要求的砂垫层宜控制含泥量不大于3%；采用粉细砂作为换填材料时，应改善材料的级配状况，在掺加碎石或卵石使其颗粒不均匀系数不小于5并拌合均匀后，方可用于铺填垫层。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第8页，共62页。92）粉质粘土垫层）粉质粘土垫层v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。v粘土及粉土均难以夯压密实，故换填时均应避免采用作为换填材料，在不得己选用上述土料回填时
9、，也应掺入不少于30%的砂石并拌合均匀后，方可使用。当采用粉质粘土大面积换填并使用大型机械夯压时，土料中的碎石粒径可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否则将影响垫层的夯压效果。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第9页，共62页。103）灰土垫层）灰土垫层v体积配合比宜为28或37。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。v灰土强度随土料中粘粒含量增高而加大，塑性指数小于4的粉土中粘粒含量太少，不能达到提高灰土强度的目的，因而不能用于拌合灰土。灰土所用的消石灰应符合级以上标准，贮存期不超过3个
10、月，所含活性CaO和MgO越高则胶结力越强。通常灰土的最佳含灰率为CaO+MgO约达总量的8%。石灰应消解34d并筛除生石灰块后使用7.垫层材料的分类垫层材料的分类第10页，共62页。114 4）粉煤灰垫层）粉煤灰垫层v可用于道路，堆场和小型建筑，构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定其性能及适用条件。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采取适当防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。v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C
11、aO、SO3等成分，具有一定的活性，当与水作用时，因具有胶凝作当与水作用时，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。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，即可以抵抗抵抗7 7度地震液化。度地震液化。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第11页，共62页。125）矿渣垫层）矿渣垫层v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
12、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不小于11kN/m11kN/m3 3，有机质及含泥总量不超过含泥总量不超过5%5%。v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。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第12页，共62页。136）其他工业废渣垫层）其他工业废渣垫层v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
13、、级配和施工工艺等应通过试验确定。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第13页，共62页。147 7）土工合成材料垫层）土工合成材料垫层v由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。作为加筋的上工合成材料应采用抗拉强度较高抗拉强度较高、受力时伸长受力时伸长率不大于率不大于4%5%、耐久性好、抗腐蚀抗腐蚀的土工格栅、土工格室、土工垫或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。v在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许变形的要求。v用于换填垫层的土工合成材料，在垫层中主要起加筋作用，以提高地
14、基土的抗拉和抗剪强度、防止垫层被拉断裂和剪切破坏、保持垫层的完整性、提高垫层的抗弯刚度，因此利用土工合成材料加筋的垫层有效地改变了天然地基的性状，增大了压力扩散角改变了天然地基的性状，增大了压力扩散角，降低了下卧天然地基表面的压力，约束了降低了下卧天然地基表面的压力，约束了地基侧向变形，调整了地基不均匀变形，增大地基的稳定性并提高地基的承载力。地基侧向变形，调整了地基不均匀变形，增大地基的稳定性并提高地基的承载力。7.垫层材料的分类垫层材料的分类第14页，共62页。15v提高地基承载力提高地基承载力v减少沉降量减少沉降量v加速软弱土层的排水固结加速软弱土层的排水固结 v防止冻胀防止冻胀 v消除
15、地基土的湿陷性、膨胀性作用消除地基土的湿陷性、膨胀性作用 虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的垫层设计都近似的按垫层设计都近似的按砂垫层的计算方法进行计算砂垫层的计算方法进行计算。但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻。但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土垫层处理时，因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、土等某些特殊土
16、采用换土垫层处理时，因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、膨胀性和冻胀性，所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同。膨胀性和冻胀性，所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同。8垫层的作用垫层的作用第15页，共62页。16v(1)提高地基承载力 大家知道，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。v(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题是比较大的。以条形基础为例题，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
17、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。8垫层的作用垫层的作用第16页，共62页。17v(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。v(4)防止冻胀 因为粗颗粒的垫层
18、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。v(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。8垫层的作用垫层的作用第17页，共62页。18v压实原理压实原理:当粘性土的土样当粘性土的土样含水量较小含水量较小时，其粒间时，其粒间引力较大引力较大，在一定的外部压实功能作用下，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，这时不能有效
19、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效果就比较差。当。当增大土样含水量增大土样含水量时，结合水膜时，结合水膜逐渐增厚，逐渐增厚，减小了引力减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好压实效果较好。但当土样含水。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，所以压实效果又减少就显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土
20、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趋下降，因而设计时要选择一个”最优含水量最优含水量”w wopop ，这就是土的，这就是土的压实机理压实机理。a-a-碾压碾压6 6遍；遍；b-b-碾压碾压1212遍；遍；c-c-碾压碾压2424遍；遍；d-d-室内击实试验室内击实试验理论上最大压实曲线理论上最大压实曲线-饱和曲饱和曲线（土中气体被赶走，使土达到线（土中气体被赶走，使土达到饱和）饱和）同一种土同一种土wop与与dmax不是恒定不是恒定值，随压实功值，随压实功能而变化。能而变化。2 压实原理压实原理第18页，共62页。19v击实试验击实试验换填法换填法 土的压实性土的压实性
21、：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。某种密实度的性质。填土的密实程度常以填土的密实程度常以干密度干密度d表示表示击实试验击实试验 土工试验方法标准土工试验方法标准（国家标准）（国家标准）轻型：土轻型：土d5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层层,25击，击，落高落高30.5cm重型：土重型：土d40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5层层,56击，击，落高落高47.7cm击实仪2 压实原理压实原理第19页，共62页。20u质量控制换填法换填法 2 压实原理压实原理第20页，共62页。21
22、换填法处理地基前的准备工作2 压实原理压实原理第21页，共62页。22 设计原则：对垫层的设计，既要求有足够的厚度设计原则：对垫层的设计，既要求有足够的厚度z以置换可能以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度b以防止砂垫层向以防止砂垫层向两侧挤出。两侧挤出。换填法换填法 设计内容设计内容u垫层厚度垫层厚度zu垫层宽度垫层宽度bu垫层压实度垫层压实度cz3 砂垫层设计砂垫层设计第22页，共62页。23垫层厚度的确定沉降计算 垫层宽度的确定 垫层承载力的确定 垫层设计垫层尺寸3 砂垫层设计砂垫层设计第23页，共62页。24垫层厚度垫层厚度z应根据垫
23、层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：换填垫层法换填垫层法 pz：相应于相应于荷载效应标准组合荷载效应标准组合时时，垫层底面处垫层底面处的附加压力（的附加压力（kPa）；pcz：垫层底面处垫层底面处土的自重压力值（土的自重压力值（kPa）；）；faz：垫层底面处垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。）。azczzfpp砂垫层内应力分布示意图砂垫层内应力分布示意图z（2-1）3.1垫层厚度z的确定第24页，共62页。25换填垫层法换填垫层法 条形基础条形基础：（仅考虑宽度方向扩散仅考虑宽度方向扩
24、散）式中：式中：pk：基础底面压力值（基础底面压力值（kPakPa）；）；p c：基础底面处土的自重压力值：基础底面处土的自重压力值（kPakPa）；）；b：基础底面宽度（：基础底面宽度（m m）；）；l：矩形基础底面长度（：矩形基础底面长度（m m）；）；：垫层压力扩散角。：垫层压力扩散角。u垫层底面处的附加压力值垫层底面处的附加压力值pz计算计算（按扩散角（按扩散角进行简化计算进行简化计算）p c（2-2）（2-3）Z tan基底附加压力基底附加压力ztan2)(zbppbpckz)tan2)(tan2()(zlzbpplbpckz矩矩形基础形基础：3.1垫层厚度z的确定第25页，共62页
25、。26换填垫层法换填垫层法 u压力扩散角压力扩散角确定确定注：当时注：当时z/b0.25z/b0.25，除灰土取，除灰土取=28=28o o外，其余材料外，其余材料=0=0；当当0.25z/b0.50.25z/b0.5m，砂垫层承载力需要根据有关条款进，砂垫层承载力需要根据有关条款进行深度修正：行深度修正：b=0,d=1.0,由公式，则垫层承载力特征值为：由公式，则垫层承载力特征值为：换填垫层法换填垫层法(0.5)kdoffd=150+1.0 17.2(1.0-0.5)=158.6 kPa解：砂垫层设计解：砂垫层设计第35页，共62页。36(3)(3)确定基础宽度确定基础宽度b b：换填垫层法
26、换填垫层法 2001.44158.620 1.0cFbmfd其中：fa垫层承载力特征值；F载荷；G基础与台阶上自重，G=cbld;A-基础面积,A=bl,条基取单位长度l=1，A=b；c=20kN/m3是基础与台阶上土的平均重度。垫层承载力特征值须满足：垫层承载力特征值须满足：垫层承载力垫层承载力基底压力基底压力 即即：fa(F+G)/A则：a取基础宽度取基础宽度b=1.5mFG第36页，共62页。37（4)4)确定垫层厚度：确定垫层厚度：假设垫层厚度假设垫层厚度z=2.0m=2.0m。软弱下卧层。软弱下卧层(淤淤泥质土层泥质土层)以上土的以上土的加权平均重度加权平均重度为：为：换填垫层法换填
27、垫层法 317.2 1.2(17.8 10.0)1.811.6/1.2 1.8okN m(0.5)65 1.0 11.6(1.02.00.5)94.0()11.6(1.02.0)34.8zkdoczoffdkPapdzkPa 基础底面处的压力为：基础底面处的压力为：1.01.0200 1.0 1.5 1.0 201.0 1.5153.3cFbdpbkPa垫层下垫层下淤泥承载力淤泥承载力计算根据计算根据GB50007-20GB50007-201111查表可知：查表可知：b b=0=0；d d=1.=1.0 0)：fak第37页，共62页。38换填垫层法换填垫层法 查表砂垫层的查表砂垫层的压力扩散
28、角压力扩散角=30=30o o，所以：，所以：()21.5(153.3 17.2 1.0)1.52 2.03053.6ozob pdpbztgtgkPa 垫层底面处的附加压力值：垫层底面处的附加压力值：垫层底面处土的自重压力值垫层底面处土的自重压力值：(0.5)65 1.0 11.6(1.0 2.0 0.5)94.0()11.6(1.0 2.0)34.8zkd oczoffdkPapd zkPa 34.855.890.6czzzppf于是：满足承载力的要求满足承载力的要求,即垫层厚度即垫层厚度z=2.0m 是合是合理的。理的。确定垫层厚度确定垫层厚度(fz=94.0kPa)第38页，共62页。
29、39换填垫层法换填垫层法 确定垫层宽度：确定垫层宽度：21.52 2.0303.8obbztgtgm 取垫层宽度取垫层宽度：4.0bm根据GB50007-2002该建筑物不需做地基变形验算。前面已计算前面已计算基础宽度基础宽度b=1.5m=1.5m。b(5)确定垫层宽度：确定垫层宽度：b第39页，共62页。40换填法5 垫层施工与垫层施工与质量检验u碾压法碾压法 碾压法是采用压路机、推土机、振动碾或其他压实机械压实松散土层的施碾压法是采用压路机、推土机、振动碾或其他压实机械压实松散土层的施工方法。该法多用于地下水位以上、含水量较低的大面积填工方法。该法多用于地下水位以上、含水量较低的大面积填
30、土的压实和杂境土土的压实和杂境土地基的处理。分层铺填厚度地基的处理。分层铺填厚度 200300mm.施工方法施工方法第40页，共62页。41 重锤夯实法是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由落重锤夯实法是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯击加固地基的方法。下，重复夯击加固地基的方法。该法适用于地下水位距离地表该法适用于地下水位距离地表0.8m0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等类地基的加固。土、杂填土等类地基的加固。重锤夯实的重锤夯实的有效夯实深度有效夯实深度可达可达1m左右左右(与锤底与锤底直径相当直径相当)，并可消，
31、并可消 除除1.0一一1.5m厚度范围土层的湿陷性厚度范围土层的湿陷性。夯实效果和影。夯实效果和影响深度除与锤重、锤底直径、夯距有关外还与夯实工艺、夯击遍响深度除与锤重、锤底直径、夯距有关外还与夯实工艺、夯击遍致以及土致以及土 的含水量密切相关。的含水量密切相关。u重锤夯实法重锤夯实法换填法 振动压实法是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗振动压实法是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗粒受振移动至稳固位置并减小孔隙，而使土层密实的地粒受振移动至稳固位置并减小孔隙，而使土层密实的地基加固方法。该法适基加固方法。该法适 用于处理地下水位在用于处理地下水位在0.6m以上的无以上的无粘性土或粘粒含量低粘
32、性土或粘粒含量低、透水性较好的松散杂场土地基。、透水性较好的松散杂场土地基。u振动压实法振动压实法第41页，共62页。42施工设备施工设备 每层铺填厚度每层铺填厚度（mm）每层压实遍每层压实遍数数 平碾（平碾（8t12t）200300 68 羊足碾（羊足碾（5t16t）200350816蛙式夯（蛙式夯（200kg）200250 34 振动碾（振动碾（8t15t）600130068 振动压实机振动压实机(2t，振动力，振动力98kN)12001500 10 插入式振动器插入式振动器 200500 平扳式振动器平扳式振动器 150250 垫层的每层铺填厚度及压实遍数 第42页，共62页。43v粉质
33、粘土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量op2%的范围内；v粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在op4%的范围内，最优含水量可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。第43页，共62页。44换填垫层法换填垫层法 选用的垫层材料应进行室内击实试验，根据选用的垫层材料应进行室内击实试验，根据d d-曲线确定最大干密度曲线确定最大干密度d dmaxmax和最优含和最优含水量然后根据设计要的压实系数，确定设计要求的干密度水量然后根据设计要的压实系数，确定设计要求的干密度d d，以此作为检验垫层质量控，以此作为检验垫层质量控制的技术标准。垫层质量检验必须分层进行。每压实实系数，达到设计要求后，方可继续铺
34、上层。制的技术标准。垫层质量检验必须分层进行。每压实实系数，达到设计要求后，方可继续铺上层。采用下述两种方法检验。采用下述两种方法检验。1.环刀取样法环刀取样法 将容积不小于将容积不小于200cm3的环刀压人垫层中取样，测定其干重度，的环刀压人垫层中取样，测定其干重度，以不小于砂以不小于砂料在中密度状态时的干土重度为合格，如中砂一般为料在中密度状态时的干土重度为合格，如中砂一般为15.5一一16.0kNm3。2.钢筋贯入法钢筋贯入法 先将垫层表面的砂刮掉先将垫层表面的砂刮掉30mm，再将直径，再将直径20mm，长度，长度1250mm的平头钢筋以的平头钢筋以700mm的落距自由下落贯入垫层中。钢
35、筋的落距自由下落贯入垫层中。钢筋 贯入度的合格值，可根据控制压实贯入度的合格值，可根据控制压实系数或控制干重度通过现场试验确定。钢筋贯入法检验点的间距应小于系数或控制干重度通过现场试验确定。钢筋贯入法检验点的间距应小于4m。3.其他原位测试方法其他原位测试方法。质量检验质量检验第44页，共62页。45v对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验也可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验，并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验实系数也可采用环刀法
36、、灌砂法、灌水法或其他方法检验v垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。检验方法注意v在夯（压、振）实后的垫层中用容积不小于在夯（压、振）实后的垫层中用容积不小于200cm3的环刀取的环刀取样，测定其干土重度，以不小于该换填料在中密状态时的干土样，测定其干土重度，以不小于该换填料在中密状态时的干土重度数值为合格。（例如：中砂在中密状态时的干土重度一般重度数值为合格。（例如：中砂在中密状态时的干土重度一般为为15.5kN/m316.0kN/m3）v对砂石或碎石垫层的质量检验，可以在垫层中设置纯砂检查点，对砂石或碎石垫层的质量检验，可以在垫层中设置纯砂检查点，在
37、同样施工条件下，按上述方法检验，或用灌砂法进行检查。在同样施工条件下，按上述方法检验，或用灌砂法进行检查。环刀取样法环刀取样法第45页，共62页。46v检验时应先将垫层表面的填料刮去30mm左右，并用贯入仪、钢筋或钢叉等以贯入度大小来检查垫层的质量，以不大于通过试验所确定的贯入度为合格。v钢筋贯入测定法是用直径为20mm，长125cm的平头钢筋，举起并离开垫层层面0.7m处自由下落，插入深度根据该垫层的控制干土重度确定。v钢叉贯入测定法是采用水撼法使用的钢叉，将钢叉举离垫层层面0.5m处自由落下。同样，插入深度应该根据此垫层的控制干土重度确定。贯入测定法贯入测定法第46页，共62页。47v采用
38、环刀法检验垫层的施工质量时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。检验点数量，对大基坑每50100m2不应少于1个检验点；对基槽每1020m不应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。v竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3点；对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。注意要点第47页，共62页。48 砂石垫层处理多层建筑软土地基砂石垫层处理多层建筑软土地基1、工程概括、工程概括 某综合楼位，其地质状况大致如下表所示。该工程原设计采用某综合楼位，其地质状况大致如下表所示。该工程原设计采用
39、振动沉管灌注桩。在桩基施工中，由于振动和排污问题，使得工程振动沉管灌注桩。在桩基施工中，由于振动和排污问题，使得工程在施工了部分桩基后，被迫停工。在施工了部分桩基后，被迫停工。6 工程实例工程实例第48页，共62页。49下图为已实施了桩基的部分建筑图示。下图为已实施了桩基的部分建筑图示。2 21 13 32 2桩基部分桩基部分第49页，共62页。50 在重新设计此工程中，面临着所处场地的地基表层很在重新设计此工程中，面临着所处场地的地基表层很软弱，地基表层约为软弱，地基表层约为4m4m厚的杂填土。杂填土比较疏松和厚的杂填土。杂填土比较疏松和不均匀，在同一建筑物场地的不同位置，其承载力和压不均匀
40、，在同一建筑物场地的不同位置，其承载力和压缩性往往有较大差异。地质勘探报告建议此层杂填土不缩性往往有较大差异。地质勘探报告建议此层杂填土不能作为基础的持力层。能作为基础的持力层。另外，新设计的建筑物层数、荷载均相差较大，并且原设另外，新设计的建筑物层数、荷载均相差较大，并且原设计的桩基已有部分施工完等复杂情况。因此，要设计好复杂软计的桩基已有部分施工完等复杂情况。因此，要设计好复杂软弱地基的基础设计有很大难度。弱地基的基础设计有很大难度。第50页，共62页。512 2、砂垫层的设计方案、砂垫层的设计方案 为了充分利用天然地基强度，减小基底附加应力和调整基础为了充分利用天然地基强度，减小基底附加
41、应力和调整基础变形沉降，设计时从三方面入手：变形沉降，设计时从三方面入手：（1 1）在土体不发生整体剪切破坏的前提下，以基础）在土体不发生整体剪切破坏的前提下，以基础 变形沉降变形沉降为控制条件，对杂填土层在设计六层基础和三层基础区别对待。六为控制条件，对杂填土层在设计六层基础和三层基础区别对待。六层部分，由于荷载较大，杂填土作为持力层，其承载力显然不够。层部分，由于荷载较大，杂填土作为持力层，其承载力显然不够。因此，必须将杂填土挖除，采用砂石垫层进行处理。其主要目的在因此，必须将杂填土挖除，采用砂石垫层进行处理。其主要目的在于提高浅基础的承载力，减少基础的沉降量。另外，砂石垫层可以于提高浅基
42、础的承载力，减少基础的沉降量。另外，砂石垫层可以加速软土层的排水固结，不但可以使基础下面的孔隙水压力迅速消加速软土层的排水固结，不但可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，避免地基土的塑性破坏，而还可以加速砂石垫层下软土层的固散，避免地基土的塑性破坏，而还可以加速砂石垫层下软土层的固结，提高其强度。结，提高其强度。第51页，共62页。522 2、砂垫层的设计方案、砂垫层的设计方案 （2 2）三层部分，由于荷载相对较小，如果同样采用砂石垫）三层部分，由于荷载相对较小，如果同样采用砂石垫层进行处理，将会增加基础的造价。因此，采用杂填土碾层进行处理，将会增加基础的造价。因此，采用杂填土碾压加固地基的方法
43、。实际工程中先挖除大约压加固地基的方法。实际工程中先挖除大约2m2m厚的杂填土，厚的杂填土，余下余下2m2m左右的杂填土采用左右的杂填土采用80kN80kN压路机碾压。杂填土的质量以压压路机碾压。杂填土的质量以压实系数和现场含水量控制。实际工程的设计压实系数达到实系数和现场含水量控制。实际工程的设计压实系数达到0.940.940.97.0.97.为了协调桩基、砂石垫层之间的差异沉降，碾压后的杂为了协调桩基、砂石垫层之间的差异沉降，碾压后的杂填土的变形模量控制在填土的变形模量控制在400040005000kPa5000kPa范围。范围。第52页，共62页。532 2、砂垫层的设计方案、砂垫层的设
44、计方案 （3 3）扩大基础底面积，减小附加应力。通过利用基础底板）扩大基础底面积，减小附加应力。通过利用基础底板宽度和刚度的变化以及持力层的变形模量的改变，调整基宽度和刚度的变化以及持力层的变形模量的改变，调整基础的沉降差和基础内力。础的沉降差和基础内力。（4 4）尽量减轻结构自重，对基础部分，采用补偿基础原理，）尽量减轻结构自重，对基础部分，采用补偿基础原理，将基础埋置深些，底层采用架空板，基础底板和架空板之将基础埋置深些，底层采用架空板，基础底板和架空板之间尽量少覆盖土。上部结构非承重隔墙均采用大孔砖，以间尽量少覆盖土。上部结构非承重隔墙均采用大孔砖，以减轻上部结构自重。减轻上部结构自重。
45、第53页，共62页。542 2、砂垫层的设计方案、砂垫层的设计方案 在新设计中，将六层和三层部分以及已施工完的桩基部分用沉在新设计中，将六层和三层部分以及已施工完的桩基部分用沉降缝分开，见图。降缝分开，见图。已施工的部分桩基采用振动灌注桩，桩断面尺寸为已施工的部分桩基采用振动灌注桩，桩断面尺寸为425mm425mm425mm425mm，桩长为，桩长为17m17m左右。桩尖持力在粉质黏土上，桩的左右。桩尖持力在粉质黏土上，桩的承载力设计值为承载力设计值为500kN500kN，见图，见图.经过二年多的使用，通过回访和建设单位的反映，该经过二年多的使用，通过回访和建设单位的反映，该建筑物使用正常，未
46、发现任何异常情况。建筑物的沉降及建筑物使用正常，未发现任何异常情况。建筑物的沉降及沉降差控制在规范允许范围之内，各单元的沉降差没有明沉降差控制在规范允许范围之内，各单元的沉降差没有明显的差异。说明该建筑物的基础设计是成功的。显的差异。说明该建筑物的基础设计是成功的。第54页，共62页。55第55页，共62页。56第56页，共62页。57第57页，共62页。58第58页，共62页。59第59页，共62页。60第60页，共62页。61换填垫层法换填垫层法 作业v某建筑物矩形基础，长1.2m，宽1.2m，埋深1.0m，上部荷载作用于基础底面的荷载为144kN，允许沉降为25cm，基础及基础上土的平均重度为20kN/m3，地下水埋深1m，场地地层分布如图。采用砂垫层法对地基进行处理，砂垫层的厚度为1m，应力扩散角为25度，承载力为160kPa,压缩模量为20MPa。求：垫层底面处附加应力；垫层自身的沉降；下卧层沉降。第61页，共62页。62第62页，共62页。
