換填法地基處理不同墊層介紹及設(shè)計(jì)

1、換填法地基處理不同墊層介紹及設(shè)計(jì)一、概念當(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，也叫換填墊層法 。二、原理?yè)Q填法是淺層軟土地基的處理方法。是將基礎(chǔ)底面以下不太深的處理范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后以質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度較高，性能穩(wěn)定好，具有抗侵蝕性的砂，卵石，素土等去分層換填，同時(shí)用人工或機(jī)械方法進(jìn)行表層壓，夯，振動(dòng)等處理至滿足工程要求的全過程。三、適用范圍常用

2、于基坑面積寬大和開挖土方量較大的回填土方工程，一般適用于處理淺層軟弱土層（淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、浜填土以及已完成自重固結(jié)的沖填土等）與低洼區(qū)域的填筑。一般處理深度為23m。適用于處理淺層非飽和軟弱土層、素填土和雜填土等。 換填墊層法常用于處理輕型建筑、地坪、堆料場(chǎng)及道路工程等注意！換填墊層法適用于處理各類淺層軟弱地基。當(dāng)在建筑范圍內(nèi)上層軟弱土較薄，則可采用全部置換處理。對(duì)于較深厚的軟弱上層，當(dāng)僅用墊層局部置換上層軟弱土?xí)r，下臥軟弱上層在荷載下的長(zhǎng)期變形可能依然很大。例如，對(duì)較深厚的淤泥或淤泥質(zhì)土類軟弱地基，采用墊層僅置換上層軟土后，通?？商岣叱至拥某休d力，但不能解決由于深層土質(zhì)軟弱而

3、造成地基變形量大對(duì)上部建筑物產(chǎn)生的有害影響；或者對(duì)于體型復(fù)雜、整體剛度差、或?qū)Σ町愖冃蚊舾械慕ㄖ?，均不?yīng)采用淺層局部置換的處理方法。大面積填土產(chǎn)生的大范圍地面負(fù)荷影響深度較深，地基壓縮變形量大，變形延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，與換填墊層法淺層處理地基的特點(diǎn)不同，因而大面積填土地基的設(shè)計(jì)施工應(yīng)另行按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范執(zhí)行。 注意！四、墊層的分類墊層分類回填材料砂墊層粉煤灰墊層粉質(zhì)粘土墊層灰土墊層礦渣墊層其他工業(yè)廢渣墊層土工合成材料墊層1.砂墊層宜選用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑（粒徑小于2mm的部分不應(yīng)超過總重的45%），應(yīng)級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)砂或石粉（粒徑小于0.07

4、5mm的部分不超過總重的9%）時(shí)，應(yīng)摻入不少于總重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒徑不宜大于50mm。對(duì)濕陷性黃上地基，不得選用砂石等透水材料。砂石是良好的換填材料，但對(duì)具有排水要求的砂墊層宜控制含泥量不大于3%；采用粉細(xì)砂作為換填材料時(shí)，應(yīng)改善材料的級(jí)配狀況，在摻加碎石或卵石使其顆粒不均勻系數(shù)不小于5并拌合均勻后，方可用于鋪填墊層。 提示！2.灰土墊層石灰和土的體積配合比宜為28或37。土料宜用粉質(zhì)粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應(yīng)過篩，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灰土強(qiáng)度隨土料中粘粒含量增高而加大，塑性指數(shù)小于4的粉土中粘粒含量太

5、少，不能達(dá)到提高灰土強(qiáng)度的目的，因而不能用于拌合灰土?；彝了玫南覒?yīng)符合級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，貯存期不超過3個(gè)月，所含活性CaO和MgO越高則膠結(jié)力越強(qiáng)。通?；彝恋淖罴押衣蕿镃aO+MgO約達(dá)總量的8%。石灰應(yīng)消解34d并篩除生石灰塊后使用。 提示！3.粉煤灰墊層主要工程特性： 1.自重輕； 7.抗液化性 2. 擊實(shí)性能好； 8.對(duì)環(huán)境的影響 3.抗剪強(qiáng)度； 4.壓縮性 5.承載能力 6.滲透性 可用于道路，堆場(chǎng)和小型建筑，構(gòu)筑物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.30.5m。粉煤灰墊層中采用摻加劑時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其性能及適用條件。作為建筑物墊層的粉煤灰應(yīng)符合有關(guān)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。粉煤灰墊層

6、中的金屬構(gòu)件、管網(wǎng)宜采取適當(dāng)防腐措施。大量填筑粉煤灰時(shí)應(yīng)考慮對(duì)地下水和土壤的環(huán)境影響。 粉煤灰可分為干排灰、濕排灰和調(diào)濕灰。按其燃燒后形成玻璃體的粒經(jīng)分析，應(yīng)屬粉土的范疇。但由于含有CaO、SO3等成分，具有一定的活性，當(dāng)與水作用時(shí)，因具有膠凝作用的火山灰反應(yīng)，使粉煤灰墊層逐漸獲得一定的強(qiáng)度與剛度，有效地改善了墊層地基的承載能力及減小變形的能力。不同于抗地震液化能力較低的粉土或粉砂，由于粉煤灰具有一定的膠凝作用，在壓實(shí)系數(shù)大于0.9時(shí)，即可以抵抗7度地震液化。提示！4.礦渣墊層墊層使用的礦渣是指高爐重礦渣，可分為分級(jí)礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用于堆場(chǎng)、道路和地坪，也可用于小型建筑，

7、構(gòu)筑物地基。選用礦渣的松散重度不小于11kN/m3，有機(jī)質(zhì)及含泥總量不超過5%。設(shè)計(jì)、施工前必須對(duì)選用的礦渣進(jìn)行試驗(yàn)，在確認(rèn)其性能穩(wěn)定并符合安全規(guī)定后方可使用。作為建筑物墊層的礦渣應(yīng)符合對(duì)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。易受酸、堿影響的基礎(chǔ)或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)地下水和土壤的環(huán)境影響。 礦渣的穩(wěn)定性是其是否適用于做換填墊層材料的最主要性能指標(biāo)。當(dāng)?shù)V渣中CaO的含量小于45%及FeS與MnS的含量1%時(shí)，礦渣不會(huì)產(chǎn)生硅酸鹽分解和鐵錳分解，排渣時(shí)不澆石灰水，礦渣也就不會(huì)產(chǎn)生石灰分解，則該類礦渣性能穩(wěn)定，可用于換填。對(duì)中、小型墊層可選用840mm與4060mm的分級(jí)礦渣或060m

8、m的混合礦渣；較大面積換填時(shí)，礦渣最大粒徑不宜大于200mm或大于分層鋪填厚度的2/3。提示！5.粉質(zhì)粘土墊層土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過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。用于濕陷性黃土或膨脹土地基的粉質(zhì)粘土墊層，土料中不得夾有磚、瓦和石塊。 粘土及粉土均難以夯壓密實(shí)，故換填時(shí)均應(yīng)避免采用作為換填材料，在不得己選用上述土料回填時(shí)，也應(yīng)摻入不少于30%的砂石并拌合均勻后，方可使用。當(dāng)采用粉質(zhì)粘土大面積換填并使用大型機(jī)械夯壓時(shí)，土料中的碎石粒徑可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否則將影響墊層的夯壓效果。 提示！6.其他工業(yè)廢渣墊層在有可靠試驗(yàn)結(jié)果或成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)

9、，對(duì)質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等均可用于填筑換填墊層。被選用工業(yè)廢渣的粒徑、級(jí)配和施工工藝等應(yīng)通過試驗(yàn)確定。7.土工合成材料墊層由分層鋪設(shè)的土工合成材料與地基土構(gòu)成加筋墊層。作為加筋的土工合成材料應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度較高、受力時(shí)伸長(zhǎng)率不大于4%5%、耐久性好、抗腐蝕的土工格柵、土工格室、土工墊或土工織物等土工合成材料；墊層填料宜用碎石、角礫、礫砂、粗砂、中砂或粉質(zhì)粘土等材料。當(dāng)工程要求墊層具有排水功能時(shí)，墊層材料應(yīng)具有良好的透水性。 在軟土地基上使用加筋墊層時(shí)，應(yīng)保證建筑穩(wěn)定并滿足允許變形的要求。土工合成材料是近年來隨著化學(xué)合成工業(yè)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新型土工材料，主要

10、由滌綸、尼龍、睛綸、丙綸等高分子化合物，根據(jù)工程的需要，加工成具有彈性、柔性、高抗拉強(qiáng)度、低伸長(zhǎng)率、透水、隔水、反濾性、抗腐蝕性、抗老化性和耐久性的各種類型的產(chǎn)品。如各種土工格柵、土工格室、土工墊、土工網(wǎng)格、土工膜、土工織物、塑料排水帶及其他土工復(fù)合材料等。用于換填墊層的土工合成材料，在墊層中主要起加筋作用，以提高地基土的抗拉和抗剪強(qiáng)度、防止墊層被拉斷裂和剪切破壞、保持墊層的完整性、提高墊層的抗彎剛度，因此利用土工合成材料加筋的墊層有效地改變了天然地基的性狀，增大了壓力擴(kuò)散角，降低了下臥天然地基表面的壓力，約束了地基側(cè)向變形，調(diào)整了地基不均勻變形，增大地基的穩(wěn)定性并提高地基的承載力。提示！五、

11、墊層的作用(1)提高地基承載力 (2)減少沉降量(3)加速軟弱土層的排水固結(jié) (4)防止凍脹 (5)消除膨脹土的脹縮作用墊層基礎(chǔ)六、換填法處理地基前的準(zhǔn)備工作查明地層土性質(zhì)及不良地質(zhì)現(xiàn)象；查明溝、塘、洞等分布范圍和深度；查明填土的成分、范圍、厚度、均勻性、填筑年限和方法等查明地下水的埋藏條件、類型、埋深等；查明地下管線、防空洞及地下障礙物的分布范圍和走向；查明換填土的來源、種類、規(guī)格、價(jià)格等墊層的設(shè)計(jì)一、原則對(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。二、墊層設(shè)計(jì)的步驟墊層厚度的確定沉降計(jì)算 墊層寬度的確定 墊層承載力的確定 墊層設(shè)

12、計(jì)墊層尺寸1.墊層厚度的確定(1).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：pz墊層底面處的附加應(yīng)力設(shè)計(jì)值（kPa）;pcz墊層底面處土的自重壓力值（kPa）；faz經(jīng)深度修正后墊層底面處土層的地基承載力特征值（kPa） (2).pz 、pcz 、 faz的確定墊層底面處的附加壓力值 pz：條形基礎(chǔ)：矩形基礎(chǔ)：b-矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度（m）；l-矩形基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度（m）；P-基礎(chǔ)底面壓力的設(shè)計(jì)值（kPa）； Pc-基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（kPa）； z-基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（m）；-墊層的壓力擴(kuò)散角（） 2.墊層寬度的確定 墊層寬度的確定 墊層的底面寬度應(yīng)以滿足基

13、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。b墊層底面寬度(m)；墊層的壓力擴(kuò)散角（），可查表；壓力擴(kuò)散角 換填材料z/b中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫卵石、碎石黏性土和粉土（8IP14)灰土0.25206280.5302328注:當(dāng)z/b0.25時(shí),除灰土取30外,其余材料均取=0 ； 當(dāng)0.25z/b0.5時(shí)，值可內(nèi)插法求得。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。注意！3.墊層承載力的確定墊層的承載力宜通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并應(yīng)驗(yàn)算

14、下臥層的承載力。三、墊層施工 （一）、墊層所采用的換填材料不同，墊層的施工方法和施工機(jī)械也有所不同。墊層施工應(yīng)根據(jù)不同的換填材料選擇施工機(jī)械。粉質(zhì)粘土、灰土宜采用平碾、振動(dòng)碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用振動(dòng)碾；粉煤灰宜采用平碾、振動(dòng)碾、平板振動(dòng)器、蛙式夯；礦渣宜采用平板振動(dòng)器或平碾，也可采用振動(dòng)碾。 振動(dòng)碾羊足碾平板振動(dòng)夯 平板振動(dòng)器蛙式夯柴油夯平碾蛙式夯（二）、施工方法、分層厚度每層壓實(shí)遍數(shù) 墊層的施工方法、分層鋪填厚度，每層壓實(shí)遍數(shù)等宜通過試驗(yàn)確定。除接觸下臥軟土層的墊層底部應(yīng)根據(jù)施工機(jī)械設(shè)備及下臥層土質(zhì)條件確定厚度外，一般情況下，墊層的分層鋪填厚度可取20030

15、0mm。為保證分層壓實(shí)質(zhì)量，應(yīng)控制機(jī)械碾壓速度。 施工設(shè)備 每層鋪填厚度（mm） 每層壓實(shí)遍數(shù) 平碾（8t12t） 200300 68 羊足碾（5t16t）200350816蛙式夯（200kg） 200250 34 振動(dòng)碾（8t15t） 600130068 振動(dòng)壓實(shí)機(jī)(2t，振動(dòng)力98kN) 12001500 10 插入式振動(dòng)器 200500 平扳式振動(dòng)器 150250 墊層的每層鋪填厚度及壓實(shí)遍數(shù) （三）、含水量的控制粉質(zhì)粘土和灰土墊層土料的施工含水量宜控制在最優(yōu)含水量op2%的范圍內(nèi)；粉煤灰墊層的施工含水量宜控制在op4%的范圍內(nèi)，最優(yōu)含水量可通過擊實(shí)試驗(yàn)確定，也可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取用。（四）、

16、其他施工要點(diǎn) 1.當(dāng)墊層底部存在古井、古墓。洞穴、舊基礎(chǔ)、暗塘等軟硬不均的部位時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑對(duì)不均勻沉降的要求予以處理，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，方可鋪填墊層。 2.基坑開挖基坑開挖時(shí)應(yīng)避免坑底上層受擾動(dòng)，可保留約200mm 厚的土層暫不挖去，侍鋪填墊層前再挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。嚴(yán)禁擾動(dòng)墊層下的軟弱土層，防止其被踐踏。受凍或受水浸泡。在碎石或卵石墊層底部宜設(shè)置150300mm厚的砂墊層或鋪一層土工織物，以防止軟弱土層表面的局部破壞，同時(shí)必須防止基坑邊坡坍土混入墊層。 3.基坑排水換填墊層施工應(yīng)注意基坑排水，除采用水撼法施工砂墊層外，不得在浸水條件下施工，必要時(shí)應(yīng)采用降低地下水位的措施。 4.墊層分段施工墊層底面

17、宜設(shè)在同一標(biāo)高上，如深度不同，基坑底土面應(yīng)挖成階梯或斜坡搭接，并按先深后淺的順序進(jìn)行墊層施工，搭接處應(yīng)夯壓密實(shí)。 粉質(zhì)粘土及灰土墊層分段施工時(shí)，不得在柱基、墻角及承重窗間墻下接縫。上下兩層的縫距不得小于500mm。接縫處應(yīng)夯壓密實(shí)，灰土應(yīng)拌合均勻并應(yīng)當(dāng)日鋪填夯壓?；彝梁粔好軐?shí)后3d內(nèi)不得受水浸泡。粉煤灰墊層鋪填后宜當(dāng)天壓實(shí)，每層驗(yàn)收后應(yīng)及時(shí)鋪填上層或封層，防止干燥后松散起塵污染，同時(shí)應(yīng)禁止車輛碾壓通行。 墊層竣工驗(yàn)收合格后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行基礎(chǔ)施工與基坑回填。 5.土工合成材料墊層的注意事項(xiàng)鋪設(shè)土工合成材料時(shí)，下鋪地基土層頂面應(yīng)平整，防止土工合成材料被刺穿、頂破。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)把土工合成材料張拉平直、繃緊

18、，嚴(yán)禁有折皺；端頭應(yīng)固定或回折錨固；切忌曝曬或裸露；連結(jié)宜用搭接法、縫接法和膠結(jié)法，并均應(yīng)保證主要受力方向的連結(jié)強(qiáng)度不低于所采用材料的抗拉強(qiáng)度。 四、墊層質(zhì)量檢驗(yàn) 墊層施工過程中和施工完成以后，應(yīng)進(jìn)行墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)，以驗(yàn)證墊層設(shè)計(jì)的合理性和施工質(zhì)量。 必須首先通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在達(dá)到設(shè)計(jì)要求壓實(shí)系數(shù)的墊層試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，利用貫入試驗(yàn)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)的貫入深度或擊數(shù)，然后再以此作為控制施工壓實(shí)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行施工質(zhì)量檢驗(yàn)。1.檢驗(yàn)方法對(duì)粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰和砂石墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)也可用環(huán)刀法、貫入儀、靜力觸探、輕型動(dòng)力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)檢驗(yàn)；對(duì)砂石、礦渣墊層可用重型動(dòng)力觸探檢驗(yàn)，并均應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以設(shè)計(jì)壓實(shí)系數(shù)所對(duì)應(yīng)的貫入度為標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)墊層的施工質(zhì)量。壓實(shí)系數(shù)也可采用環(huán)刀法、灌砂法、灌水法或其他方法檢驗(yàn)。 墊層的施工質(zhì)量檢驗(yàn)必須分層進(jìn)行。應(yīng)在每層的壓實(shí)系數(shù)符合設(shè)計(jì)要求后鋪填上層土。 環(huán)刀取樣法在夯（壓、振）實(shí)后的墊層中用容積不小于200cm3的環(huán)刀取樣，測(cè)定其干土重度，以不小于該換填料在中密狀態(tài)時(shí)的干土重度數(shù)值為合格。（例如：中砂在中密狀態(tài)時(shí)的干土重度一般為15.5kN/m316.0kN/m3）對(duì)砂石或碎石墊層的質(zhì)量檢驗(yàn)，可以