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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Cushion,第,2,章 换填,苏州科技学院土木工程学院 朱逢斌,换填法,是指挖去地表浅层软弱土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。,2.1,垫层分类和适用范围,垫层材料,卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂,素土,灰土：,灰土比,2:8,或,3:7,工业废料：,粉煤灰，矿渣,适用范围,适用于,淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土,及,暗沟、暗塘,等,浅层处理,。,开挖基坑后，利用分层回填夯压也可处理较深软弱土层，但换填基坑开挖过深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡或边坡支护；易引起邻近结构物破坏，且土方量大，费用高，工期长，对环境影响大，故换填法的处理深度,应控制在,0.5-3m,土工合成材料、聚苯乙烯板块,详见,P19,表,2-1,（注意点）,2.2,土的压实机理,因换填法在换填后将土层压实，从而提高了地基的承载力。为了更好的掌握换填法的机理，首先应了解土的压实机理。,压实的本质,土料孔隙率减小，密实度提高,W,增大，,结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好，直至,w,op,时达到,dmax,W,继续增大，,孔隙中就出现了自由水，此时自由水填充在孔隙中，产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，,d,反而减小。,压实机理,何为固结？,W,较小时，,其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，还不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。,0 4 8 12 16 20 24 28,含水量,w(%),2.0,1.8,1.6,1.4,干密度,d,(g/cm,3,),饱和曲线,dmax,=1.86,w,op,=12.1,1.,最优含水量,:,在一定压实能量下，使土最容易压实，并能达到最大干重度的含水量,w,op,，与之相对应的干密度称为,最大干密度,dmax,2.,击实曲线特点：,具有峰值：峰值点对应于,dmax,和,op,。,塑限等于土样风干时的含水量,工程中常按,op,p,2,击实筒,护筒,击锤,导筒,试验所用设备：,击实仪,3.,测定最佳含水量方法：,击实试验,轻型击实试验,适用于粒径小于,5mm,的土，击实筒容积为,947cm,3,，,击锤质量为,2.5kg,。,把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击,25,下，击锤落高为,30.5cm,重型击实试验,适用于粒径小于,20mm,的土，击实筒容积为,2130cm,3,，,击锤质量为,4.5kg,，,击锤落高为,45.7cm,。,分五层击实，每层,56,击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度,现场填土的压实质量用下列两个指标来检验：,压实系数,c,=,d,/,dmax,、施工含水量,w=w,op,2%,换土垫层作用,（,1,）提高地基的承载力（,2,）减少地基沉降量（,3,）加速软弱土层的排水固结（,4,）防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用,软土,垫层,2.3,垫层设计,不同材料垫层（如砂垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层）的特性基本相似，处理稳定后的地基承载力及沉降也相差不大，所以可将各种材料的垫层近似按砂垫层进行设计。,(1),砂垫层的厚度,垫层厚度应满足：,p,z,垫层底附加应力设计值；,p,cz,垫层底面处土自重应力标准值；,f,az,垫层底面处下卧层土经深度修正后的地基承载力的特征值（设计值）。,中小型工程，,适用于,一般饱和、非饱和的软土和水下黄土地基；,不适宜,用于湿陷性黄土和大面积堆载、密集基础和动力基础的软基处理，也,不适宜于,有地下水流速快，流量大的地基处理。,（为什么？）,垫层的厚度一般不宜大于,3m,太厚施工较困难,太薄,(0.5m),则垫层的作用不显著。,2.3.1,砂（或砂石、碎石）垫层设计,垫层底附加应力,p,z,p,k,基底平均压力；,p,c,基础底面处土的自重应力；,垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时可采用下表数值：,Z=0.5-3m,条形,基础,矩形,基础,计算时可先假设一个垫层厚度，然后按前式进行验算，若不符合要求重新设一个厚度再验算直至满足前式,(2),砂垫层的宽度,b,垫层底面宽度，,m,。,注意：,垫层,顶面宽度,宜超出基础底面每边不小于,300mm,，或从垫层底面两侧向上按开挖基坑的要求放坡,。,垫层,底面宽度,应满足基底面应力扩散要求,确定垫层宽度时，除应满足应力扩散的要求处同，还应考虑垫层应有足够的宽度及侧面土的强度条件，防止垫层材料向侧边挤出而增大垫层的竖向变形量。,放坡,1,：,3,(3),砂垫层的承载力确定,a.,经换填垫层处理的地基其承载力宜通过试验、尤其是通过现场原位试验（载荷、标贯、触探）确定。,中砂、粗砂、砾砂垫层应控制密实度在中密以上。,b.,对于按,建筑地基基础设计规范,划分安全等级为三级的建筑物及不太重要、小型、轻型或对沉降要求不高的工程，在无试验资料时可按下表取用承载力特征值。,换填材料,压实系数,c,承载力特征值,f,ak,/kPa,碎石、卵石,0.94-0.97,200-300,砂夹石（碎、卵石占,30%-50%,）,200-250,土夹石（碎、卵石占,30%-50%,）,150-200,中砂、粗砂、砾砂,150-200,粘性土和粉土（,8I,P,14,）,130-180,灰土,0.93-0.95,200-250,土或灰土,0.93-0.95,150-200,注：压实系数小的垫层承载力取低值，反之取高值,碾压或振密,重锤,施工,(4),沉降计算,垫层地基沉降分二部分,:,一是垫层的沉降；二是软弱下卧层的沉降。,由于垫层材料模量远大于下卧层的模量，所以在一般情况下，软弱下卧层沉降量占整个沉降量的大部分。,经观测及大量工程经验表明，经换填垫层进行,局部处理后,，往往由于软弱下卧层的变形，建筑物地基仍将产生过大的沉降及差异沉降，故应按,地基基础规范,中变形计算方法进行建筑物沉降计算，保证地基处理效果及建筑物安全。,垫层,压缩模量,E,s,（,Mpa,),变形模量,E,0,（,Mpa,),粉煤灰,8-20,砂,20-30,碎石、卵石,30-50,矿渣,35-70,模量,属于何种方法？,注：压实矿渣的,E,0,/E,s,可按,1.5-3.0,取用,2.3.2,素土（灰土、二灰）垫层设计,(1),素土、灰土垫层简介,素土垫层（土垫层）,灰土垫层（石灰与土体积比,2,：,8,，,3,：,7,）,湿陷性黄土地区,处理厚度,1-3m,减小地基的总湿陷量,(,以土治土,),素土垫层 灰土垫层,局部垫层 整片垫层,分类,设置在矩形基础或条基下，每边超出基底宽度不小于其厚度一半，用于消除地基部分湿陷量；,无法阻水从垫层侧面渗入下部未处理湿陷性土层。,设置在整个建筑物的平面范围内，每边超出基底宽度不小于其厚度，并不得小于,2m,，用于消除被处理土层的湿陷量，,并防止水从垫层上部或侧向渗入下部未处理湿陷性土层。,消除湿陷性,消除湿陷性，提高承载力和水稳性,(2),局部垫层,一般设置在基础底面下，可消除部分湿陷量，其平面处理范围每边超出基底宽度，可按下式计算，并不小于垫层厚度一半：,式中：,B,为需处理土层底的宽度,b,为条基短边宽度,c,为考虑机具影响而增设的附加宽度,0.2m,为基底压力扩散角，宜为,22-30,o,，,用素,土时取小值，灰土时取大值,(3),整片垫层,的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，且不应小于垫层厚度，并不小于,2m,；,为什么？,灰土硬扩散范围大,请将书,P25,注释错误改过来,2.3.3,粉煤灰垫层设计,(1),粉煤灰简介,粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，其排放堆积不仅占用土地资源，对生态环境也构成了不同程度的危害，但粉煤灰是一种良好的软土换填材料，可用于加固软土地基。,a.,粉煤灰种类,按排放系统分：干排灰、湿排灰、调湿灰,按含钙量分：高钙灰（,CaO10%,）,低钙灰（,CaO,10%,）,b.,粉煤灰换填法适用范围,厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积填筑工程。,(2),粉煤灰工程特性及其对环境的影响,a.,自重轻：,可降低下卧层土的压力，减小沉降,因粉煤灰主要由硅铝等非晶态玻璃球体组成，结晶矿物很少，故其,d,s,比粘性土小得多，,=6-7kN/m,3,。,可将路堤填筑高度从原来极限,4.5m,提高至,8m,b.,击实性能好,击实曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。粉煤灰最佳含水量变动幅度为,4%,，而土为,2%,，,使粉煤灰在回填过程中更易达到设计密实度所要求的含水量。,c.,抗剪强度,粉煤灰抗剪强度指标,c,、,值可通过直剪试验或三轴压缩试验测定；当无试验资料且压实系数为,0.9-0.95,时,，,c=5-30kPa,，,=23-30,o,。,直剪仪,d.,压缩性,粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度有关。当无试验资料且压实系数为,0.9-0.95,时，,E,s,=8-20MPa,e.,承载能力,粉煤灰垫层经压实后若遇水其强度会降低，当无试验资料且压实系数为,0.9-0.95,时的浸水垫层，其承载力特征值为,120-150kPa,。,f.,渗透性,因粉煤灰组成为近似砂质粉土，故其渗透性较好，但随着龄期的增加，渗透性逐渐减小。,龄期效应：,粉煤灰中细颗粒在有水条件下，在常温下与,Ca(OH),2,反应，形成具有胶凝性质的化合物,（火山灰反应）,，填充孔隙，使其强度和抗渗性得到改善。,g.,抗液化性,粉煤灰经压实后在振动条件下具有较高的抗液化性，比砂质粉土强得多。,h.,对环境的影响,粉煤灰是一种碱性材料，遇水后因碱性可溶物的析出使,PH,值升高，同时粉煤灰中含有一定的微量有害元素和放射性元素，因此在使用粉煤灰作为换填材料时必须满足环境要求。,(3),粉煤灰垫层设计,不同材料垫层（如砂垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层）的特性基本相似，处理稳定后的地基承载力及沉降也相差不大，所以可将各种材料的垫层近似按,砂垫层,进行设计。,a.,设计,2.4,垫层施工,垫层施工按压密采用的不同机械和工艺，一般可分为,机械碾压法、重锤夯实法、平板振动法。,平碾,拖式羊足碾,一、机械碾压法,采用压路机、推土机、平碾、羊足碾或其他碾压机械在地基表面来回开动，利用自重把垫层或松散地基压实。,2.4.1,按密实方法分类,适于地下水位以上及非饱和粘性土与杂填土的浅层处理。,气胎碾,蛙式夯,振动压实机,2,振动压实机,1,垫层碾压主要施工参数,垫层碾压质量检验,指标为,填土最大干密度，,关键在于控制每层的铺设厚度和最优含水量（由室内击实试验确定）,施工机械、铺填厚度、碾压遍数与填筑含水量,注：,为了将室内击实试验结果用于设计和施工，必须研究室内击实试验与现场碾压的关系，各施工参数应由现场试验确定，在现场应以,压实系数和施工含水量进行控制。,施工机械,每层铺填厚度,每层压实遍数,平碾（,8-12t),200-300,6-8,羊足碾（,5-16t),200-350,8-16,蛙工夯（,200kg),200-250,3-4,振动碾（,8-15t),600-1300,6-8,振动压实机,1200-1500,10,冲击碾压机,700-1200,插入式振动器,200-500,平板式振动器,150-250,现场碾压,12,遍较为合适,二、重锤夯实法,用起重机将夯锤提升到一定高度，然后自由下落，不断重复夯击以加固地基。,适于地下水位距地表大于,0.8,的稍湿粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。,注：,1,、重锤夯实宜一夯挨一夯的顺序进行；,2,、单独柱基基坑内，宜按先外后里的夯击顺序进行；,3,、同一基坑底面标高不同时，应先深后浅、逐层夯实；,4,、累计夯击,10-20,次，最后两击平均夯沉量，砂土不超过,5-10mm,，细料土不超过,10-20mm,；,5,、现场试验应确定最少夯击遍数、最后平均夯沉量、有效夯实深度（有效夯实深度达,1m,，可消除,1-1.5m,厚土层
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