城市轨道交通路基工程课件：开挖换填法

城市轨道交通路基工程

开挖换填法一、概念

当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土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，压缩性能好的岩土材料（砂、碎石、矿渣、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料（土工格栅），并压（碾、夯、振）实至要求的密实度，并形成垫层。换土垫层法包括：低洼地域筑高和堆填筑高优点：就地取材、施工简单、机械设备简单、工期短、造价低。处理深度：3-5m以内。(1)提高地基承载力。(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。(6)消除湿陷性黄土的湿陷作用(7)局部换填处理暗浜和暗沟二、垫层的作用：

(1)提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基的承载力，避免地基破坏。(2)减少沉降量。一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的。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。(3)加速软弱土层的排水固结。建筑物的不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。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，可以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，避免地基土塑性破坏。(4)防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。(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，但垫层厚度应依据变形计算确定，一般不少于0.3m，且垫层宽度应大于基础宽度，而基础的两侧宜用与垫层相同的材料回填。三、垫层材料（1)砂、碎石或砂石料；（2）灰土；（3）粉煤灰或矿渣；（4）土工合成材料加碎石垫层等。

种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合成材料加碎石垫层等。施工包括：（1）开挖换土；（2）铺填垫层。

（1）开挖换土：应注意避免坑底土层的扰动，应采用干挖土法。

（2）铺填垫层：

1）垫层需分层铺填，并分层密实。分层厚度20~30cm。

2）根据不同的换填材料选用不同的施工机械：

砂石垫层宜采用振动碾碾压；

粉煤灰垫层宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯等碾压方法密实；

灰土垫层宜采用平碾、振动碾等方法密实。四、

施工蛙式打夯机平板振动碾手推打夯机双钢轴振动碾压机单钢轴振动碾压机羊足碾气胎碾振动碾碾压法：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。

工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数与施工含水量进行控制。施工机械平板振动法：平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1mim以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为1.2～1.5m。振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。（一）砂石垫层施工要点1．碾压、密实；2．人工配置级配的砂石应拌和均匀；3．用碎石或卵砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填150～300mm厚的砂垫层，并用木夯夯实，不得使用振捣器，以防下部软弱土层表面受到局部破坏。如果淤泥或淤泥质土层厚度较小，可采用抛石挤淤处理；4．基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动软弱下卧层；5．垫层铺填前，应做好验槽工作；施工要点（二）素土施工要点1．基坑（槽）在铺设素（灰）土前必须先进行验槽。2．碾压前土料的含水率应接近最优含水率。3．灰土应拌和均匀，拌好后应及时铺好压实，灰土压实后3天内不能受水浸泡。4．灰土的虚铺厚度，可根据不同的施工方法按下表选用。每层灰土的夯打遍数，应根据设计要求的干密度在现场试验确定。5．在地下水位以下的基坑施工时，应采取排水措施。6．垫层分段施工时，不能在桩基、墙角及承重墙下接缝，接缝处上下两层的缝距不能大于500mm，接缝处应夯压密实。7．垫层施工结束后及时进行基础施工和基坑回填。（三）粉煤灰垫层施工要点1．粉煤灰垫层压实可用平板振动器、蛙式打夯机、压路机或振动压路机等。2．粉煤灰垫层施工应分层压实。3．过湿的粉煤灰要沥干装运，装运时含水率宜为15～25％。4．垫层施工时要设置泄水沟或排水盲沟，垫层四周要设置具有防冲刷功能的帷幕，垫层底层的粉煤灰要选用较粗的灰，并使含水率稍低于最优含水率。2026年5月13日（四）干渣垫层施工要点1．干渣垫层压实可采用碾压法或平板振动法。2．干渣垫层施工应分层压实。3．小面积施工宜用平板振动器振实，电机功率大于1.5kW，每层虚铺厚度200～250mm，振动遍数由试验确定，以达到设计密实度为准。4．大面积施工宜用推土机或8～12t压路机碾压，每层虚铺厚度不大于300mm。也可用2～4t振动压路机碾压，每层虚铺厚度不大于350mm，单位面积振动时间不少于60s，碾压遍数由现场试验确定。5．每层虚铺厚度和碾压遍数应通过现场碾压试验确定。若无试验资料，可选用虚铺厚度为200～300mm，碾压后的压实厚度为150～200mm。6．小型工程可采用人工分层摊铺，整平后用平板振动器或蛙式打夯机进行压实。大中型工程可采用机械摊铺，整平后用履带式机具初压两遍，再用中、重型压路机碾压。7．施工时宜当天摊铺当天压实。若压实时呈松散状，则要洒水湿润后再压实。若出现“橡皮土”，则应暂缓碾压，并采取开槽、翻开晾晒或换灰等方法处理。

五、质量检验

1.对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验。检验均应通过现场试验，以设计压实系数对所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。

2.垫层的施工质量检验必须分层进行。各层的压实系数符合设计要求后，才能铺填上层。3.用环刀法取样时，取样点应位于每层厚度的2／3深度处。检验点数量，对大基坑每50～1