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1、换填垫层法,建筑地基处理技术规范(GB500072002)中规定：换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 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、暗塘等的浅层地基处理。,一 换填法的概念 当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱层的厚度又不很大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、粉煤灰)或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振)实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法，它还包括低洼地域筑高(平整场地)或堆填筑高(道路路基)。,二 分类 按回填材料不同，垫层可分为：砂垫层
2、、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层等。,三 一些注意事项 1 大面积填土产生的大范围地面荷载影响深度较深，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换填法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计和施工时，地面堆载应力求均衡，避免大量、迅速、集中堆载，并根据使用要求、堆载特点，结构类型和地质条件确定允许堆载的大小和范围。堆载不宜压在基础上，应在基础施工前不少于三个月完成大面积填土。,2 通常基坑开挖后，利用分层回填压实，虽也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而采取降水措施。 3 坑壁放坡，占地面积大或需要基坑支护。 4 施工土方量大，弃土多等因素，从而使
3、处理费用增高、工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控制在3m以内，但也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用并不显著。,换填法在国外亦有的将它归属于“压实”的地基处理范畴，“压实”可认为是由土排除空气而使空隙减小，因此它不同于“固结”，“固结”是由于排除孔隙水而使孔隙体积减少。换填后将土层压实，就增加了土的抗剪强度，减少了渗透性和压缩性，减弱了液化趋势，并增加了抗冲侧能力。,四 勘查 1 地质情况 2 地形、地貌、土的性质等 3 地下水位 4 地下管线，地下建筑等 5 换填土的种类、规格、性质、来源等,五 垫层的作用 1 提高地基承载力 2 减小沉降量（减小垫层下天然土层的压力） 3
4、 加速软弱土层的固结 4 防止冻胀 5 消除膨胀土的胀缩作用 6 消除或部分消除黄土的湿陷性,土的压实机理,当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下， 如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。当增大土样含水量时，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。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，结合水膜的扩大作用不大，因而引力的减少就不显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，使压实效果又趋于下降。因此在设计叫要选择一个“最优含水量”，这就是土粒的压实机理。,击实试验
5、,一 砂（砂石、碎石）垫层的设计 设计要求 强度 面积 设计内容 厚度 宽度,垫层设计,1 厚度的确定,+,垫层底面处的附加压力,垫层底面处土的自重应力,经深度修正后垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力特征值,2 宽度的确定 3 承载力确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表42（教材51页）选用，并应验算下卧层的承载力。,4 沉降计算 对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和。 对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层，宜早换填并考虑其附加的荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的
6、影响。,二 砂垫层施工 （一）对材料的要求 砂石垫层材料宜选用碎石、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，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。 开挖基坑时应避免坑底土层扰动，可保留200 mm厚土层暂不挖去，待铺砂前再挖至设计标高，如有浮土必须清除。当坑底为饱和软土时，必须在与土面接触处铺一层细砂起反滤作用，其厚度不计入砂石垫层设计厚度内。,（二）施工机具及方法 平碾、
7、羊足碾、振动碾、振动压实机、蛙式夯实机、重锤夯实。 1 机械碾压法 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大，开挖土方量较大的工程。,2 重锤夯实法 重锤夯实采用圆台形锤(见下图)，锤重宜大于2t，锤底面的单位静压力为1520kPa，夯锤落距宜大于4m。 重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实，一般累计夯击1015次。最后两击平均夯沉量，对砂土应不超过510mm，对细颗粒土应不超过1020mm。 重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后两遍平均夯沉量和有效夯实深度等。有效夯实深度一般可
8、达lm左右，并可消除1.01.5m厚湿陷性黄土层的湿陷性。,3 平板振动法 两个偏心块以相同速度反向转动而产生很大的垂直振动力。 对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1min以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为35min，有效振实深度为1.21.5m。,（三）施工要点 1 应考虑附加荷载对邻近建筑的影响； 2 注意地下水位的要求； 3 严禁扰动下卧软层，留200mm土； 4 垫层铺填前，应做好验槽工作； 5 垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底面应挖成阶梯形或斜坡搭接形，各分层搭接位置应错开0.51.0m水平距离。搭接处注意夯压密实，并按先深后浅的顺序进行垫层施工。,
9、4 水撼法,在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层虚铺25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔出，在相距10cm处重新插入摇撼，直至这一层全部结束，经检查合格后铺第二层。 钢叉分四齿，齿的间距80mm，长300mm，木柄长90mm,6 用碎石或卵石、砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填一层厚150300mm的砂垫层，并用木夯夯实。不得使用振捣器，以防下部软弱土层(特别是淤泥或淤泥质土层)表面受到局部破坏。如果淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压荷载下，抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤处理。即先在软弱土层上堆填块石，然后将其压入以置换和挤出软弱土。,
10、三 质量检验 1 环刀法 用容积不小于200cm3环刀压入垫层中取样，测定其干土密度（或压实系数），以不小于填料在中密状态时的干土密度数值为合格。 2 贯入法 需将表面的填料刮去3cm左右，并用贯入仪、钢叉或钢筋等以贯入度大小检查垫层的质量。,其他垫层材料,2粉质粘土 土料中有机质含量不得超过5，亦不得含有冻土或膨胀土材料。当含有碎石时，粒径不宜大于50mm。 3灰土 灰土的体积配合比宜为2：8或3：7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。 4矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可
11、分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、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11kNm3，有机质及含泥总量不超过5。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时应考虑对地下水和土壤的环境影响。,5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。被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。 6土工合成材料 由分层铺设的
12、土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和地基土条件，按照现行国家标准土工合成材科应用技术规范GB5029098的要求，通过设计并进行现场试验后确定。 作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸长率不大于4%5%、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、土工垫或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许变形的要求。,粉煤灰垫层,粉煤灰是燃煤电厂的工业废弃物，实践证明，粉煤灰是一种良好的地基处理材料资源，
13、具有良好的物理、力学性能，能满足工程设计的技术要求,一工程特性及对环境的影响 1自重轻 2击实性好 3抗剪强度（与土相当） 4压缩性 5承载能力 6渗透性 7抗液化性 8对环境的影响,二设计和施工 1、材料要求 粉煤灰可采用湿排灰、调湿灰和干排灰。不含有机物、垃圾和有机质等杂物。运输时粉煤灰含水量不宜过多或过少，过多会在运输过程中造成滴水，过少会造成扬尘，污染环境。洒水的水质不应含油质，PH在69之间。,2、施工要点 （1）粉煤灰应预先进行击实试验，确定其最大干密度和最优含水量，由此确定的施工碾压（或夯实）时所采用的含水量应为最优含水量4%范围内，用此作粉煤灰垫层的分层碾压（或夯实）质量控制指标和施工结束后质量验收的控制指标。,（2）粉煤灰垫层的最大干密度和最优含水量因粉煤灰形态结构、地域、粉质差异以及压实密度而不同。其指标应因地制宜地制定。分层摊铺煤灰时，分层厚度、压实遍数等施工参数应根据施工机具种类、功能大小、设计要求通过试验确定。 （3）粉煤灰垫层在地下水位施工时应采取排、降水措施，切勿在饱和状态或浸水状态下施工，更不要采取水沉法施工。,（4）在软土地基上填筑粉煤灰垫层时，应先铺约20厚的中、粗砂或高炉干渣，以免下卧软土表层受到扰动，同时有利于下卧的软土层的排水固结，并可切断毛细水上升。 （5）其它施工要点可参照砂石垫层的相关内容。,