换填法的原理及适用范围

1、地基处理换填法的原理及适用范围主讲人：张力霆（教授）石家庄铁道大学 ? 换填法 ? 当软弱土层地基的承载力和变形不能满足建筑物的要求，且软弱土层的厚度又不很大时，可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，然后分层回填强度较高、压缩性较低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废渣等材料，经压实或夯实使之达到所要求的密实度，形成良好的人工地基。这种地基处理的方法也称为换土垫层法或开挖置换法。 换填法是最原始，也是比较经济的地基处理方法之一。其特点：施工简单、工期较短、造价较低。1. 换填法的定义 按材料不同，垫层可分为：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层、粉

2、煤灰垫层等。不同材料的垫层，其主要作用为： 1）提高地基承载力。软弱土层被挖除，换以强度较高的砂或其它材料，提高地基承载力。如灰土垫层可达300kPa，碎石垫层可达200400kPa。地基处理换填法的原理及适用范围 2）减少沉降量。在总沉降量中，地基浅层部分的沉降占比例较大。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量的50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱土层，就可以减少这部分土层的沉降量。由于砂垫层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。地基处理换填法的原理及适用范围 3）加速软弱土层的排水固结。垫层材料透水

3、性大，软弱土层受压后，垫层作为良好的排水面，可促进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强度的提高，避免地基土的塑性破坏。地基处理换填法的原理及适用范围 4）防止冻胀。因粗颗粒的垫层材料孔隙大，能消除毛细现象，可以防止寒冷地区土中结冰造成的冻胀。这时垫层的底面应满足当地冻结深度要求。 5）消除膨胀土的胀缩作用。在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用。地基处理换填法的原理及适用范围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。压实的本质压实的本质土料孔隙率减小

4、，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wop时达到dmaxW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。地基处理换填法的原理及适用范围研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度。研究击实性的方法： 击实试验 0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/c

5、m3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=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 wopop，与之相对应的干密度称为最大干密度dmaxdmax 2）击实曲线特点：具有峰值：峰值点对应于dmaxdmax和opop。塑限等于土样风干时的含水量工程中常按opopp p2 2 压实法：通过碾压、夯击或振动等使土层密实的地基处理方法。 浅层压密，一般用做地基表层处理。 处理目的：降低压缩性，提高强度，减小渗透性。3. 压实法地基处理换填法的原理及适用范围4. 置换法 置换法：挖除浅层软弱土，用砂、石、灰土等强度高的土料代替，分层回填夯实作为基础持

6、力层的地基处理方法。 适用于处理浅层软土、湿陷性黄土、膨胀土和季节性冻土地基。 软土软土垫层垫层地基处理换填法的原理及适用范围置换法的作用1）提高地基承载力 2）减小地基沉降量 3）加速饱和软粘土的排水固结 4）防止地基土冻胀 5）减轻膨胀土的胀缩影响 6）防止黄土地基的湿陷 7）消除地基液化现象 地基处理换填法的原理及适用范围5. 垫层分类和适用范围垫层材料垫层材料天然材料：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