地基处理第二章-换填法

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,*,*,*,第二章,换填法,换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。,按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等。不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但根据实验结果及实测资料，垫层地基的强度和变形特性基本相似，因此可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的设计方法进行计算。,换填法常用作地基的浅层处理，其主要作用包括：（,1,）提高持力层的强度，并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使软弱地基土中所受应力减少到该软弱地基土的容许承载力范围内，从而满足强度要求；（,2,）垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；（,3,）加速软土层的排水固结。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，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；,（,4,）防止冻胀。由于粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可防止在寒冷地区土中结冻造成的冻胀；（,5,）对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性等。,建筑地基处理技术规范,中规定：换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。,b,回填土,2.1,垫层设计,一、砂（砂砾、碎石）垫层设计,砂垫层的设计原则是既要有足够的厚度以置换可能受剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出。作为排水垫层还要求形成一个排水层面，以利于软土的排水固结。,（一）厚度确定,垫层厚度应根据垫层底部软弱下卧层的承载力确定，并满足下式：,p,z,+p,cz,f,z,(2.1-1),式中：,p,z,垫层底面处的附加应力设计值（,kP,a,）；,p,cz,垫层底面处的自重应力标准值（,kP,a,）；,f,z,垫层底面处经修正的地基承载力设计值（,kP,a,）。,f,z,=f,k,+,b,(b-3)+,d,0,(d-0.5),其中，,f,k,为软弱下卧层地基承载力标准值（,kPa,）；,b,、,d,为基础宽度和埋深的承载力修正系数（参考,GB50007-2002,）；,为垫层底面下的重度，地下水位以下取浮重度（,KN/m,3,）；,b,为基础底面宽度（,m,），,基宽小于,3m,，,按,3m,考虑，大于,6m,时按,6m,考虑；,0,为基础底面以上土的加权平均重度（,KN/m,3,）；,d,为基础埋置深度（,m,）。,砂垫层厚度一般为,0.53m,。,垫层太厚施工困难，太薄作用不显著。砂垫层底面处的附加应力设计值,p,z,，,通常可按简化的压力扩散角法求得。,（二）宽度确定,垫层宽度,b,应满足基础底面应力扩散的要求，其宽度要根据当地实际情况确定。对条形基础可按下式计算：,b,b+2,z,tg,(2.1-4),式中,b,垫层底面宽度（,m,）；,垫层压力扩散角（,o,）。,垫层顶面宽度一般宜超过基础底边不小于,300mm,，,或从垫层底面两侧向上按当地基坑开挖经验的要求放坡，向上延伸至地表面。当垫层两侧土质较好时，垫层顶部与底部可以等宽，其宽度可沿基础两边各放出,300mm,，,侧面土质较差时，应增加垫层底部的宽度。,(,三）垫层承载力的确定,垫层的承载力应通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表,2.1-3,选用，并验算下卧层承载力。,（四）沉降计算,砂垫层断面确定后，对比较重要的建筑物还要验算基础的沉降，沉降值应小于建筑物的容许沉降。建筑物基础的沉降包括：一部分是砂垫层的沉降；另一部分是砂垫层下压缩层范围内的软弱土层的沉降。,砂垫层自身的沉降仅考虑其压缩变形，垫层的压缩模量，应由荷载试验确定，当无试验资料时，可选用,2430MPa,。,下卧土层的变形值可由分层总和法求得。,对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层的密度的垫层，宜早换填并应考虑附加的荷载对建筑物及邻近建筑沉降的影响。,二、土垫层设计,素土、灰土、,二灰,垫层总称土垫层，适用于处理,14m,厚的软弱土层。,灰土垫层中石灰和土的体积比一般以,2,：,8,或,3,：,7,为最佳。垫层强度随含灰量的增加而提高。但含灰量超过一定值后，灰土强度增加很慢。,二灰垫层,是将石灰和粉煤灰两种材料按,2,：,8,或,3,：,7,体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，,常用于处理湿陷性黄土的湿陷性。,设计内容主要包括,:,（一）厚度确定,;,（二）宽度确定,;,（三）平面处理范围,（一）厚度确定,软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。,对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保持天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。根据试验结果，当矩形基础的垫层厚度为,0.81.0,倍基底宽度，条形基础的垫层厚度为,1.01.5,倍基底宽度时，能消除部分至大部分非自重湿陷性黄土地基的湿陷性。当垫层厚度为,1.01.5,倍柱基基底宽度或,1.52.0,倍条基基底宽度时，可基本消除非自重湿陷性黄土地基的湿陷性。,在自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于,20cm,才能取得好的效果。,三、粉煤灰垫层,一般特性,:,粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，其主要化学成分为硅、铝、铁等的氧化物，其中硅、铝氧化物总量超过,70%,以上。经有关研究证实，粉煤灰具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，且在碱性物质激发作用下，与,SiO,2,、,Al,2,O,3,等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块体结构，提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增加抗渗性和水稳定性。,粉煤灰具有良好的物理、化学性能，是一种良好的换填材料。其压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，即其干密度对含水量的敏感性比粘性土小。因此，粉煤灰在换填施工中达到最大干密度时，所对应的最优含水量易于控制。,设计考虑,:,粉煤灰垫层的设计可参照砂垫层设计方法和有关的技术要求进行。在缺少资料和没有工程经验的情况下采用粉煤灰垫层，应对使用的材料进行物理、化学和力学性质试验，为设计提供资料及技术参数。,在确定粉煤灰垫层厚度时，可取其压力扩散角为,22,，计算方法同砂垫层。,粉煤灰垫层的承载力一般应通过现场试验确定，当无试验资料时，可参考以下数据：（,1,）经过人工压实（夯实）的粉煤灰垫层，当压实系数控制在,0.90,及其干密度为,0.9,dmax,(t/m,3,),时，其承载力可达,120150kPa,。（,2,）,当压实系数控制在,0.95,及其干密度为,0.95,dmax,(t/m,3,),时，其承载力可达,300kPa,，,但应进行下卧层强度验算。,2.2,土的压实作用,一、土的压实机理,实践证明,要使土的压实效果最好,其含水量一定要适当。对过湿的土进行碾压（或夯击、振实）会出现“橡皮土”，不能增大土的密实度。对很干的土进行碾压（或夯击、振实），也不能把土充分压实。在工程实践中,对垫层的碾压质量的检验，要求能获得填土的最大干密度,dmax,，,其值可由室内击实试验得出。根据室内标准击实实验，可绘制土的干密度,d,与制备含水量,w,的关系曲线。在,d,-,w,曲线上,d,的峰值为,dmax,，,与之相应的含水量即为,最优含水量,w,op,。,