《换填垫层法》PPT课件.ppt

第 3章 换填垫层法 Chapter 3 Replacement and Cushion 3.1 概 述 3.1 Introduction 当软弱土地基的承载力和变形满足不了设 计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，将 基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部 挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素 土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、 无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止， 这种地基处理方法称为 换填法 ，它多用于公路 构筑物的地基处理。在建筑工程中也有一定范 围的应用。 3.2 垫层的作用 3.2 Functions of Cushion （ 1）提高持力层的承载力； （ 2）减少沉降量； （ 3）加速软弱土层的排水固结； （ 4）防止冻胀； （ 5）消除膨胀土的胀缩作用。 1 普洛特（ Proctor）假说 当黏性土的含水量较小时，土粒表面的结合水 膜很薄（主要是强结合水），颗粒间很大的分子力 阻碍着土的压实，这时压实效果就比较差；当含水 量增大时，结合水膜逐渐增厚，粒间联结力减弱， 水起着润滑的作用，使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；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， 压实时，孔隙水不易排出，形成较大的孔隙压力， 势必阻止土粒的靠拢，所以压实效果又趋下降，这 就是 土的压实机理 。 3.3 土的压实原理 3.3 Mechanism of Soil Compactness 2 控制压实效果的主要因素 （ 1）最优含水量 在一定的压实机械的功能条件下，土最易于被 压实、并能达到最大密实度时的含水量，称为 最优 含水量 ，相应的干密度称为 最大干密度 。最优含水 量大致为塑限 2。土中黏土矿物含量大，则最优 含水量越大。 （ 2）压实功能 当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较 小，对应的最优含水量则较大。所以，在压实工程 中，若土的含水量较小，则需选用夯实功能较大的 机具，才能把土压实至最大干密度。 （ 3）压实条件 指压实时被压实土层的特点，所采用压 实机械的功能和性能，压实的方法和方式等。 室内击实试验的结果只能作为工程实践的参 考。 （ 4）其他因素 土的颗粒粗细、级配、矿物成分和添加 的材料等因素对压实效果是有影响的。颗粒 越粗，就越能在低含水量时获得最大的干密 度；颗粒级配越均匀，压实曲线的峰值范围 就越宽广而平缓；对黏性土，其压实效果与 其中的黏土矿物成分含量有关。 3.4 垫层设计 (Design of Cushion) 1 垫层的厚度的确定 垫层的厚度 z应根据需置换软弱土的深度或下 卧土层的承载力确定，并符合下式要求： 式中 pz 相应于荷载效应标准组合时，垫层 底面处的附加压力值（ kPa）； pcz 垫层底面处土的自重压力值 （ kPa）； faz 垫层底面处经深度修正后的地基 承载力特征值（ kPa）。 垫层厚度不宜小于 0.5m，也不宜大于 3m。 azczz fpp 垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算： 对条形基础 对矩形基础 式中 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 处的平均压力值（ kPa）； pc基础底面处土的自重压力值（ kPa）； z 基础底面下垫层的厚度（ m）； 垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当 无试验资料时，可按下表采用。 tgzb ppbp ck z 2 )( )2)(2( )( tgzltgzb ppblp ck z 压力扩散角 换填 材料 z / b 中砂、粗砂、 砾砂、圆砾、 角砾、石屑、 卵石、碎石、 矿渣 粉质黏土、 粉煤灰 灰土 0.25 20 6 28 0.50 30 23 28 2 垫层宽度的确定 垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散 的要求，可按下式确定： 式中 b 垫层底面宽度（ m）； 压力扩散角，按上表采用； 当在 z/b小于 0.25时，仍按表中 z/b 0.25 取值。 垫层顶面每边超出基础底边不宜小于 300mm。 tgzbb 2 3 垫层材料的选用 （ 1） 砂石 。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。当使用粉细砂时，应掺入 不少于总重 30的碎石或卵石。砂石的 最大粒径不宜大于 50mm。 （ 2） 粉质黏土 。土料中有机质含量 不得超过 5，当含有碎石时，粒径不宜 大于 50mm。 （ 3） 灰土 。体积配合比宜为 2： 8或 3:7。土料宜用粉质黏土，不宜使用块状 黏土和砂质粉土，不得含有松软杂质， 并应过筛，其颗粒不得大于 15mm。石灰 宜用新鲜得消石灰，其颗粒不得大于 5mm。 （ 4） 粉煤灰 。可用于道路、堆场和 小型建筑物、构筑物等的换填垫层。粉 煤灰垫层上宜覆土 0.3 0.5m。 （ 5） 矿渣 。主要用于堆场、道路和地 坪，也可用于小型建筑物、构筑物地基。 选用矿渣的松散重度不小于 11kN/m3，有 机质及含泥总量不超过 5。 （ 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。 （ 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垫层。 3.5 粉煤灰垫层 (Flyash Cushion) 粉煤灰垫层适用于厂房、机场、公路和堆场等 工程大面积填筑。 粉煤灰的工程特性 （ 1）自重轻。松散重度 6 7kN/m3，击实 后干重度 9.2 13.5 7kN/m3。 （ 2）击实性能好。粉煤灰的最优含水量变 动幅度是 4，大于土的 2的变动幅度。 （ 3）抗剪强度。粉煤灰的抗剪强度指标与 粉煤灰的灰种、剪切方法、压实系数大小和龄 期长短有关。当压实系数为 0.90.95时 ,黏聚力 530kPa,内摩擦角 2330度。 （ 4） 压缩性。当压实系数为 0.90.95时 , 压缩模量为 8 20MPa。 （ 5）承载能力。对压实系数为 0.90.95的 浸水垫层 ,其承载力可采用 120 200kPa。 （ 6）渗透性。粉煤灰颗粒组成近似砂质 粉土，渗透系数在 10 4 10 5cm/s之间变 化。 （ 7） 抗液化性。粉煤灰经压实后不会发 生液化。 3.6 垫层施工方法 3.6 Construction of Cushion 1 按 密实方法 分类，有机械碾压法、重锤 夯实法和平板振动法。应根据不同的换填材 料选择施工机械。 2 垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层 压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下， 垫层的分层铺填厚度可取 200 300mm。 3 为保证分层压实质量，应控制机械碾压 速度，一般平碾为 2km/h; 羊足碾为 3km/h;振 动碾为 2km/h;振动压实机为 0.5km/h。 3.7 质量检验 3.7 Quality Verification Test 1 对粉质黏土、灰土、粉煤灰和砂石垫层 的施工质量检验可用环刀法、贯入仪法、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试验。 2 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。 3 采用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处。检验点 数量，对大基坑每 50 100m2不应少于 1 个检验点；对基槽每 10 20m不应少于 1 个点；每个独立柱基不应少于 1个点。 4 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。 思考题 (Problems) （ 1）什么是换填垫层法？ （ 2）换填垫层具有什么作用？ （ 3）换填垫层设计包含哪些内容？ （ 4）垫层的施工方法有哪些？ （ 5）垫层施工完成后，如何进行质量检 验？