高校置换土垫层法系统讲解课件（53页附图丰富）[详细]

1、1,第4章 置换 换土垫层法,2,基底换填 0.6m,3,灰土垫层施工检验,4,铺设砂垫层,天津港开发区,5,抽检砂垫层,路基填土,平整砂垫层,6,地下室底板下的砂垫层、砼垫层、防水层及砼保护层,7,基础灰土垫层施工阶段（陕西 杨凌）,8,置换法：是指应用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或全部软弱土体或不良土体，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力，减少沉降为目的的一类地基处理方法。,4.1 概述,特点：以置换为主,种类：换土垫层、石灰桩、强夯置换、 EPS超轻质料填土、挤淤置换、褥垫、碎石桩置换、砂桩置换、气泡轻质料填土,9,定义：当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑

2、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。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,10,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。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,加固机理：换填、振密、应力扩散。,适用范围：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 建筑地基处理技术规

3、范(JGJ79-2002),11,垫层的作用有哪些？,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,(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。,12,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

4、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。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,13,(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。,4.2 换土垫层法,4.

5、2.1 加固机理和适用范围,14,(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。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,15,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

6、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就不大了，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，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个”最优含水量”。,振密机理,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,16,击实曲线,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,17,特点： (1) 峰点所对应的纵坐标值为最大干密度dmax，对应的横坐标值为最优含水量wop。 (2) 人工压实不是挤出土中水而是挤

7、出土中气来达到压实目的的。 (3) 当含水量低于最优含水量时，干密度随含水量不同的变化较大，即含水量变化对干密度的影响在偏干时比偏湿时更加明显。因此，击实曲线的左段（低于最优含水量）比右段的坡度陡。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,18,土的压实度（或压实系数c），定义为土压实时要求达到的干密度d与室内击实试验所得到的最大干密度dmax之比值，可由下式表示： c =d /dmax 在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。要求压实度越接近于1，表明对压实质量的要求越高。根据工程性质及填土的受力状况，所要求的压实度是不一样的。 在工地上对压实度的检验，一般可用环刀法、灌砂（或

8、水）法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定土的干密度和含水量，具体选用哪种方法，可根据工地的实际情况决定。,4.2 换土垫层法,4.2.1 加固机理和适用范围,19,垫层材料 2. 垫层厚度 3. 垫层宽度 4. 沉降验算,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,20,垫层材料,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,（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。,21,换填法设计主要是垫层厚度z（0.53m）和宽度B。

9、原则：（1）各种材料垫层设计，近似按砂垫层计算方法进行设计（2）砂垫层垫层厚度z，要求有足够深度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层；（3）垫层上、下平面尺寸，要满足应力扩散要求和砂垫层不发生水平挤出,2. 垫层厚度（z）,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,22,垫层设计示意图,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,23,式中 pz垫层底面处的附加压力（kPa） pcz垫层底面处的自重压力（kPa） faz垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa），宜通过试验确定。,垫层厚度z，可根据下卧土层承载力确定，应符合地基承载力验算要求,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫

10、层法,24,条形基础： 矩形基础： 式中 b矩形基础或条形基础底面的宽度（m）； l矩形基础底面的长度（m）； p基础底面接触压力（kPa）； pc基础底面自重应力（kPa）； 垫层材料的压力扩散角，在缺少资料时，可按表4-2-1选用。,按均匀分布，条形基础和矩形基础下垫层底面处附加压力pz的简化计算,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,25,注：当时z/b0.25，除灰土取=28o外，其余材料=0o； 当0.25z/b0.5时，可由内插法求得。,表4-2-1 垫层材料压力扩散角 （）,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,26,地基承载力修正,27,3. 垫层宽度（B）,4

11、.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。关于宽度计算，目前还缺乏可靠的方法。一般可按下式计算或根据当地经验确定：,式中,B垫层底面宽度(m)；,垫层的压力扩散角（），,可按表4-2-1采用；当,垫层顶面（基础底面）每边宜超出基础边缘不少于30cm或从垫层底面两侧向上，按当地基础开挖经验放坡。,28,4. 沉降计算,4.2.2 （垫层）设计,4.2 换土垫层法,一般垫层地基的沉降仅考虑下卧层（垫层下地基土）的变形，但对于沉降要求较严或垫层较厚的情况，地基沉降S，包括垫层本身压缩沉降Sm和下卧层沉降Sg，即,Sm计算中，

12、应力可取垫层顶面和底面压力的平均值。一般砂垫层Es=2030MPa；粉煤灰则Es=820MPa，碎石、卵石为3050MPa。无论是地基还是垫层，其沉降计算均可传统分层总和法计算。,29,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2030cm。 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。,4.2.3 施工,4.2 换土垫层法,30,蛙式打夯机,31

13、,平板振动碾,32,手推打夯机,33,静压路机,34,单钢轴振动碾压机,35,双钢轴振动碾压机,36,轮碾压分类,37,(1)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。,4.2.3 施工,4.2 换

14、土垫层法,施工机械,38,(2)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35mim，有效振实深度为1.21.5m。 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

15、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100120kPa。,4.2.3 施工,4.2 换土垫层法,39,（1） 分层施工质量检验标准是压实系数0.90。可以用环刀法或钢筋贯入法检验。 （2） 换填后，可以通过载荷试验，或标准贯入、静力触探试验、轻型动力触探、重型动力触探（对于砂石、矿渣垫层）。,4.2.4 质量检验,4.2 换土垫层法,40,某挡土墙，条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，作用于基础底面上的荷载为120kN/m，基础及基础上土的平均重度为20kN/m3。土层为：第一层粉质粘土，层厚1.0m，重度1

16、7.5kN/m3；第二层为淤泥质粘土，层厚15.0m，重度为17.8mkN/m3，含水量为65，承载力特征值为45kPa；第三层为密实砂砾层。地下水位距地表1.0m。 采用换土垫层处理，试确定砂垫层厚度和宽度（先假定砂垫层厚度为1m进行试算)。,4.2.5 工程实例,4.2 换土垫层法,41,(1)假定砂垫层厚度为1.0m，要求分层碾压夯实，干密度要求大于1.6t/m3。 (2)基础底面压力平均值 P(F+G)/A=(F+Gbd)/b= （120+1.2120）/1.2=120kPa (3)砂垫层底面处附加应力与自重应力 Pzb*(Pk-Pc)/b+2*z*tan(q) =1.2*(120-1

17、7.5) /1.2+2*1*tan(30*3.1415926/180) =52.2kPa Pcz=17.5*1+(17.8-10)*1=25.3kPa,4.2 换土垫层法,4.2.5 工程实例,z/b=0.83,42,(4)深度宽度修正 fazfadm（d0.5）45+1（17.51+7.81）/2（2-0.5）64.0kPa Pz+Pcz=52.2+25.3=77.5fz=64kPa 不满足要求。,4.2 换土垫层法,4.2.5 工程实例,43,(5)假定砂垫层厚度为2.0m。 (6)砂垫层底面处附加应力与自重应力 Pc=17.5*1+(17.8-10)*1=25.3kPa Pzb*(Pk-

18、Pc)/b+2*z*tan(q) =1.2*(120-25.3) /1.2+2*2*tan(30*3.1415926/180) =32.4kPa Pcz=17.5*1+(17.8-10)*2=33.1kPa,4.2 换土垫层法,4.2.5 工程实例,44,(7)深度宽度修正 fazfadm（d0.5）45+1（17.51+7.82）/3（3-0.5）72.6kPa Pz+Pcz=32.4+33.1=65.5fz=72.6kPa 满足要求。,4.2 换土垫层法,4.2.5 工程实例,45,定义：指利用强夯施工方法，边夯边填碎石在地基中设置碎石墩，在碎石墩和墩间土上铺设碎石垫层形成复合地基以提高地

19、基承载力和减小沉降为目的的一种地基处理方法。,4.3 强夯置换法,4.3.1 加固机理和适用范围,碎石墩设置深度一般与夯击能和地基土性质有关，深厚软粘土地基中碎石墩一般可达到58m深。,46,4.3.1 加固机理和适用范围,4.3 强夯置换法,加固机理：置换、振密,适用范围：适用于加固粉土地基、粘性土地基等，常在堆场、高等级公路路基，多层住宅地基处理。,47,4.3 强夯置换法,4.3.2 设计,4.3.2 设计,1. 置换材料选用 2. 墩体设置深度 3. 夯锤和落距选用 4. 置换点范围和置换点布置 5. 垫层 6. 检测方法 7. 其他,48,4.3 强夯置换法,4.3.2 设计,置换材料,尽量选用当地的材料，选用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过30%。,应根据设计承载力，地基土质条件和单击夯击能量来确定。 1）当软弱土层不厚时，应穿透软弱土层到达较硬土层。 2）对深厚软粘土地基墩体设置深度一般不宜超过7m。 3）当墩体深度达到一定深度后，增加墩体深度需要增加 单击夯击能量。,2. 墩体设置深度,49,4.3 强夯置换法,4.3.2 设计,3. 夯锤和落距选用,强夯置换法使用的夯锤与强夯法使用的夯锤应有所区别，可采用具有较小的底面积的高夯锤。每夯点夯击