軟土地基處理 4.2.1換填法

1、4.2地基處理技術(shù)4.2.1換填法當(dāng)軟弱土地基的承載力和變形滿足不了建筑物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時(shí)將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層的部分或全部挖去，然后分層換填強(qiáng)度較大的砂（碎石、素土、灰土、高爐干渣、粉煤灰）或其它性能穩(wěn)定、無(wú)侵蝕性等材料，并壓（夯、振）實(shí)至要求的密實(shí)度為止，這種地基處理的方法稱為換填法.它還包括低洼地域筑高（平整場(chǎng)地）或堆填筑高（道路路基）。機(jī)械碾壓、重錘夯實(shí)、平板振動(dòng)可作為壓（夯、振）實(shí)墊層的不同機(jī)具對(duì)待，這些施工方法不但可處理分層回填土，又可加固地基表層土。按回填材料不同，墊層可分為：砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、二灰墊層、干渣墊層和粉煤灰

2、墊層等。建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(jgj79-2002)中規(guī)定：換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。雖然不同材料的墊層，其應(yīng)力分布稍有差異，但從試驗(yàn)結(jié)果分析其極限承載力還是比較接近的；通過(guò)沉降觀測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，不同材料墊層的特點(diǎn)基本相似，故可將各種材料的墊層設(shè)計(jì)都近似的按砂墊層的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。但對(duì)濕陷性黃土、膨脹土、季節(jié)性凍土等某些特殊土采用換土墊層處理時(shí)，因其主要處理目的是為了消除地基土的濕陷性、膨脹性和凍脹性，所以在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的解決問(wèn)題的關(guān)鍵也應(yīng)有所不同。1、壓實(shí)原理當(dāng)粘性土的土樣含水量較小時(shí)，其粒間引力較大，在一定的外部壓實(shí)功能作用下，如還不

3、能有效地克服引力而使土粒相對(duì)移動(dòng)，這時(shí)壓實(shí)效果就比較差。當(dāng)增大土樣含水量時(shí)，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力，土粒在相同壓實(shí)功能條件下易于移動(dòng)而擠密，所以壓實(shí)效果較好。但當(dāng)土樣含水量增大到一定程度后，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，結(jié)合水膜的擴(kuò)大作用就不大了，因而引力的減少就顯著，此時(shí)自由水填充在孔隙中，從而產(chǎn)生了阻止土粒移動(dòng)的作用，所以壓實(shí)效果又趨下降，因而設(shè)計(jì)時(shí)要選擇一個(gè)”最優(yōu)含水量”，這就是土的壓實(shí)機(jī)理。在工程實(shí)踐中，對(duì)墊層的碾壓質(zhì)量的檢驗(yàn)，要求能獲得填土的最大干密度,其最大干密度可用室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定。在標(biāo)準(zhǔn)的擊實(shí)方法的條件下，對(duì)于不同含水量的土樣，可得到不同的干密度，從而繪制干密度和制備含水量的關(guān)系

4、曲線，在曲線上的峰值，即為最大干密度與之相應(yīng)的制備含水量為最優(yōu)含水量。墊層的作用主要有：(1)提高地基承載力 大家知道，淺基礎(chǔ)的地基承載力與持力層的抗剪強(qiáng)度有關(guān)。如果以抗剪強(qiáng)度較高的砂或其它填筑材料代替軟弱的土，可提高地基的承載力，避免地基破壞。(2)減少沉降量 一般地基淺層部分沉降量在總沉降量中所占的比例是比較大的。以條形基礎(chǔ)為例，在相當(dāng)于基礎(chǔ)寬度的深度范圍內(nèi)的沉降量約占總沉降量50%左右。如以密實(shí)砂或其它填筑材料代替上部軟弱土層，就可以減少這部分的沉降量。由于砂墊層或其它墊層對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使作用在下臥層土上的壓力較小，這樣也會(huì)相應(yīng)減少下臥層土的沉降量。(3)加速軟弱土層的排水固結(jié) 建筑

5、物的不透水基礎(chǔ)直接與軟弱土層相接觸時(shí)，在荷載的作用下，軟弱土層地基中的水被迫繞基礎(chǔ)兩側(cè)排出，因而使基底下的軟弱土不易固結(jié)，形成較大的孔隙水壓力，還可能導(dǎo)致由于地基強(qiáng)度降低而產(chǎn)生塑性破壞的危險(xiǎn)。砂墊層和砂石墊層等墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，可以使基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)和提高其強(qiáng)度，避免地基土塑性破壞。(4)防止凍脹 因?yàn)榇诸w粒的墊層材料孔隙大，不易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹。這時(shí)，砂墊層的底面應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度的要求。(5)消除膨脹土的脹縮作用 在膨脹土地基上可選用砂、碎石、塊石、煤渣、二灰或灰土等材料作

6、為墊層以消除脹縮作用，但墊層厚度應(yīng)依據(jù)變形計(jì)算確定，一般不少于0.3m，且墊層寬度應(yīng)大于基礎(chǔ)寬度，而基礎(chǔ)的兩側(cè)宜用與墊層相同的材料回填。2、墊層設(shè)計(jì)對(duì)墊層的設(shè)計(jì)，即要求有足夠的厚度以置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求有足夠大寬度以防止砂墊層向兩側(cè)擠出。(1)墊層厚度的確定 墊層厚度應(yīng)根據(jù)墊層底部下臥土層的承載力確定，并符合下式要求： (4.2.1-1)式中墊層底面處的附加應(yīng)力設(shè)計(jì)值（kpa）;墊層底面處土的自重壓力值（kpa）；經(jīng)深度修正后墊層底面處土層的地基承載力特征值（kpa）。墊層底面處的附加壓力值可按壓力擴(kuò)散角 進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算：條形基礎(chǔ)： (4.2.1-2)矩形基礎(chǔ)： (4.2.1-3

7、)式中 矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度（m）；矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度（m）；基礎(chǔ)底面壓力的設(shè)計(jì)值（kpa）；基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（kpa）； 基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（m）；墊層的壓力擴(kuò)散角（），可按表4.2.1-1采用。具體計(jì)算時(shí)，一般可根據(jù)墊層的承載力確定出基礎(chǔ)寬度，再根據(jù)下臥土層的承載力確定出墊層的厚度?？上燃僭O(shè)一個(gè)墊層的厚度，然后按式(4.2.1-1)進(jìn)行驗(yàn)算，直至滿足要求為止。表4.2.1-1 壓力擴(kuò)散角（）換填材料 中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫卵石、碎石粘性土和粉土(814)灰土0.252062830待添加的隱藏文字內(nèi)容223注：當(dāng)0.25時(shí)，除灰土仍取外，其余材料均?。?當(dāng)0.250.

8、5時(shí)，值可內(nèi)插求得。(2)墊層寬度的確定 墊層的底面寬度應(yīng)以滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴(kuò)散和防止墊層向兩側(cè)擠出為原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)于寬度計(jì)算，目前還缺乏可靠的方法。一般可按下式計(jì)算或根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。 (4.2.1-4)式中 墊層底面寬度(m)； 墊層的壓力擴(kuò)散角（），可按表4.2.1-1采用；當(dāng)0.25時(shí)，仍按=0.25 取值。墊層頂面每邊宜比基礎(chǔ)底面大0.3m，或從墊層底面兩側(cè)向上按當(dāng)?shù)亻_挖基坑經(jīng)驗(yàn)的要求放坡，整片墊層的寬度可根據(jù)施工的要求適當(dāng)加寬。(3)墊層承載力的確定 墊層的承載力宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并應(yīng)驗(yàn)算下臥層的承載力。(4)沉降計(jì)算 對(duì)于重要的建筑或墊層下存在軟弱下臥層的建筑，還應(yīng)進(jìn)行地基變

9、形計(jì)算。建筑物基礎(chǔ)沉降等于墊層自身的變形量與下臥土層的變形量之和。對(duì)超出原地面標(biāo)高的墊層或換填材料的密度高于天然土層密度的墊層，宜早換填并考慮其附加的荷載對(duì)建造的建筑物及鄰近建筑物的影響。2、墊層施工(1)機(jī)械碾壓法 機(jī)械碾壓法是采用各種壓實(shí)機(jī)械來(lái)壓實(shí)地基土。此法常用于基坑底面積寬大開挖土方量較大的工程。工程實(shí)踐中，對(duì)墊層碾壓質(zhì)量的檢驗(yàn)，要求獲得填土最大干密度。其關(guān)鍵在于施工時(shí)控制每層的鋪設(shè)厚度和最優(yōu)含水量，其最大干密度和最優(yōu)含水量宜采用擊實(shí)試驗(yàn)確定。所有施工參數(shù)（如施工機(jī)械、鋪填厚度、碾壓遍數(shù)、與填筑含水量等）都必須由工地試驗(yàn)確定。在施工現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的壓實(shí)功能下，由于現(xiàn)場(chǎng)條件終究與室內(nèi)試驗(yàn)不同，

10、因而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)以壓實(shí)系數(shù)與施工含水量進(jìn)行控制。(2)重錘夯實(shí)法 重錘夯實(shí)法是用起重機(jī)將夯錘提升到某一高度，然后自由落錘，不斷重復(fù)夯擊以加固地基。重錘夯實(shí)法一般適用于地下水位距地表0.8m以上稍濕的粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土和分層填土。重錘夯實(shí)法的主要設(shè)備為起重機(jī)械、夯錘、鋼絲繩和吊鉤等。當(dāng)直接用鋼絲繩懸吊夯錘時(shí)，吊車的起重能力一般應(yīng)大于錘重的三倍。采用脫鉤夯錘時(shí)，起重能力應(yīng)大于夯錘重量的1.5倍。夯錘宜采用圓臺(tái)形，錘重宜大于2t，錘底面單位靜壓力宜為1520kpa。夯錘落距宜大于4m。(3)平板振動(dòng)法 平板振動(dòng)法是使用振動(dòng)壓實(shí)機(jī)來(lái)處理無(wú)粘性土或粘粒含量少、透水性較好的松散雜填土地基的一種方

11、法。振動(dòng)壓實(shí)的效果與填土成分、振動(dòng)時(shí)間等因素有關(guān)，一般振動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好，但振動(dòng)時(shí)間超過(guò)某一值后，振動(dòng)引起的下沉基本穩(wěn)定，再繼續(xù)振動(dòng)就不能起到進(jìn)一步壓實(shí)的作用。為此，需要施工前進(jìn)行試振，得出穩(wěn)定下沉量和時(shí)間的關(guān)系。對(duì)主要由爐渣、碎磚、瓦塊組成的建筑垃圾，振動(dòng)時(shí)間約在1mim以上；對(duì)含爐灰等細(xì)粒填土，振動(dòng)時(shí)間約為35mim，有效振實(shí)深度為1.21.5m。振實(shí)范圍應(yīng)從基礎(chǔ)邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩邊，后振中間，其振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)是以振動(dòng)機(jī)原地振實(shí)不再繼續(xù)下沉為合格，并輔以輕便觸探試驗(yàn)檢驗(yàn)其均勻性及影響深度。振實(shí)后地基承載力宜通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。一般經(jīng)振實(shí)的雜填土地基承載力可達(dá)100120kp

12、a。(4)墊層材料選擇1)砂石 應(yīng)選用級(jí)配良好的中粗砂，含泥量不超過(guò)3，并應(yīng)除去樹皮、草皮等雜質(zhì)。若用細(xì)砂，應(yīng)摻入3050的碎石，碎石最大粒徑不宜大于50mm。2)粘土(均質(zhì)土) 土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5%，亦不得含有凍土或膨脹土。當(dāng)含有碎石時(shí)，其粒徑不宜大于50mm。3)灰土 體積比宜為2：8或3：7。土料宜用粘性土及塑性指數(shù)大于4的粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應(yīng)過(guò)篩，其顆粒不得大于15mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。4)素土 素土土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5，亦不得含有凍土或膨脹土，不得夾有磚、瓦和石塊等滲水材料，碎石粒徑不得大于50mm。5)粉煤灰 可分為濕排灰和調(diào)濕灰。可用于道路、堆場(chǎng)和中、小型建筑、構(gòu)筑物換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土300cm。6)干渣 干渣墊層材料可根