地基处理换填垫层设计施工[详细]

1、,换填垫层法,地基处理,换填垫层设计,2,5,7,2.1 概述,换填垫层法,换填垫层法是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为垫层法和褥垫法。,垫层法通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构造、）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的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求

2、的密实度。它包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。,垫层法,砂石垫层施工,三合土垫层施工,提高地基承载力 减少沉降量 加速软弱土层的排水固结 防止冻胀 消除地基的湿陷性和胀缩性,垫层作用,沉降,适用范围,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)中规定：垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。,淤泥,湿陷性黄土,褥垫法是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性较低的岩石凿去，换填上压缩性较大的材料，然后分层夯实的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采

3、用的简便易行又较为可靠的方法。,褥垫法,2.2 换填垫层设计,砂（砂石、碎石、粉煤灰、矿渣）垫层设计,一般要求：既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，又要满足建筑物地基强度和变形的要求，另外，还要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出增加沉降，同时还应尽量做到经济合理。 主要内容：确定垫层的合理厚度和宽度。应根据建（构）筑物体形、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等综合考虑。,(1) 垫层厚度的确定,根据需置换软弱土层的深度或下卧土层的承载力确定,条形基础：,矩形基础：,换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。,条形基础：,矩形基础：,b矩形基础或条形

4、基础底面的宽度 l矩形基础底面的长度 pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值pc基础底面处土的自重压力值(kPa)； z基础底面下垫层的厚度(m)； 垫层的压力扩散角(),(2) 垫层宽度的确定 垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出的要求。,垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定，垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。,(3) 垫层承载力的确定 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2-2采用，并应进行下卧层承载力的验算。,压实系数c为土的控制干密度d与最大干密度dmax的比值,(4) 沉降计算 垫

5、层地基的变形等于垫层自身的变形量 s1 与下卧土层的变形量s2之和，可按下式进行计算：,s基础沉降量（mm）； s1垫层自身变形量（mm）； s2压缩层厚度范围内（自垫层底面算起）各土层压缩变形之和（mm）。 p基底平均有效压力 基底压力扩散系数。,注意事项： 碎石、卵石、砂夹石、砂和矿渣垫层，在地基变形计算中，可以忽略垫层自身部分的变形值 对于细粒材料的尤其是厚度较大的换填垫层，则应计入垫层自身的变形 垫层下卧层的变形量s2可按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB500072012）的有关规定计算,【例2-1】某四层混合结构，承重墙为240mm厚的砖墙，传至基础顶部的竖向力Fk=180kN

6、/m，地基的表层为1.2m厚的杂填土，= 17.5kN/m3；其下为7.8m厚的淤泥，含水量w=50%，承载力特征值fak=75kPa。地下水位深度为1.0m，基础埋深d=0.8m，试设计该墙基的砂垫层。,解：1. 计算基础宽度b和基底附加压力p0,垫层材料选用中砂，查建筑地基基础设计规范（GB50007-2012）其承载力特征值fak=200kPa，=18kN/m3，,=10kN/m3，宽度修正系数b=3.0，深度修正系数d=4.4，经深度修正后的地基承载力特征值为：,2. 确定垫层底面淤泥的承载力特征值fz,b=1.0m3.0m,3. 计算垫层底面处的自重应力pcz和附加压力pz,4. 验

7、算垫层厚度z,5. 确定垫层宽度b,素土和灰土垫层设计,素土垫层（简称土垫层）和灰土垫层（石灰与土的体积配合比一般为2:8或3:7）在湿陷性黄土地区使用较广泛，处理厚度一般为13m。通过处理基底下的部分湿陷性土层，可达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层湿陷量的处理效果。 素土垫层或灰土垫层可分局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层；除上述要求外，还要求提高土的承载力或水稳性时，宜采用灰土垫层。,局部垫层一般设置在矩形(或方形)基础或条形基础底面下，主要用于消除地基的部分湿陷量，并可提高地基的承载力。根据工程实践经验，局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边

8、的宽度不应小于其厚度的一半，即使地基处理后，地面水仍可从垫层侧向渗入下部未经处理的湿陷性土层而引起湿陷，故对有防水要求的建筑物不得采用。 整片垫层一般设置在整个建(构)筑物(跨度大的工业厂房除外)的平面范围内，每边超出建筑物墙基础外缘的宽度不应小于垫层的厚度，并不得小于2m。整片垫层的作用是消除被处理土层的湿陷量，以及防止生产和生活用水从垫层上部或侧向渗入下部未经处理湿陷性土层。 。,垫层厚度的确定 计算方法同砂垫层 垫层宽度的确定 a. 局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度，可按下式计算确定，并不应小于垫层厚度的一半： b. 整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度

9、，不应小于垫层的厚度，并不应小于2m。 (3)垫层承载力的确定 宜通过现场载荷试验确定。当无试验资料时，土垫层承载力特征值不宜超过180kPa；灰土垫层承载力特征值不宜超过250kPa。 (4)沉降计算计算方法同砂垫层。,褥垫层设计,褥垫的作用是调整地基的压缩性，用褥垫改造压缩性低的地基，使之与压缩性较高的地基相适应，从而调整岩土交界部位地基的相对变形.,由于褥垫材料要求比换填的地基压缩性大，因而不存在褥垫向四周挤出的问题，所以褥垫的宽度通常取稍大于基底的宽度，不需进行另行计算确定。褥垫的设计主要是根据地基变形的要求确定其厚度z 。 褥垫的厚度是按照地基所需调整的沉降量的大小确定的，通常褥垫的

10、厚度z可按下述方式进行计算。,（1）确定要求褥垫的沉降量s2 褥垫的沉降量 ： （2）褥垫的厚度z 褥垫的厚度z： 也可查根据褥垫材料的侧限压缩试验得出的ps曲线，按下式进行计算：,垫层材料选用,(1) 砂石 砂石垫层材料宜选用质地坚硬的碎石、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。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%）时，应掺入不少于总重的30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等渗水材料。,(2) 粉质粘土 土料中有机质含量不得超过5

11、%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块,(3) 灰土 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粘土，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) 粉煤灰 可用于道路、堆场、和小型建筑、构筑物的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合放射性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采用适当防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。,(5) 矿渣 垫层使用

12、的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣或不分级矿渣、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、构筑物地基。 (6) 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。,(7) 土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋层。所用土工合成材料的品种与性能及填土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料应用技术规范（GB50290-98）的要求，通过设计并进行现场试验后确定。 (8) 聚苯乙烯板（EPS）,土工格栅

13、 土工格室 三维土工网垫,2.3 垫层碾压施工,含水量Wop：颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 含水量=Wop：水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭气泡，易排出 含水量Wop：水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排出; 水的相对含量增加,压实机理 颗粒破碎（细粒土较少） 粒间联结力被破坏，颗粒 间孔隙被压缩 土粒定向排列,压实与含水量,在工程实践中，对垫层的碾压质量进行检验，要求获得填土的最大干密度dmax，它可通过室内击实试验确定：,室内基实试验,试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿 试验条件：土样分层n=3层；落高d=30cm； 击数N=27/层 击实能量,试验方法

14、：对w=cosnst的土，分三层压实； 测定击实后的w、，算定d 注意：仅适用于细粒土； 对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,土,压实功能 相同的压实功能对于不同土料的压实效果并不完全相同，粘粒含量较多的土，土粒间的引力就越大，只有在比较大的含水量时，才能达到最大干密度的压实状态,最优含水量 在一定的压实机械的功能条件下，土最易于被压实、并能达到最大密实度时的含水量，称为最优含水量，相应的干密度称为最大干密度。最优含水量大致为塑限2。土中粘土矿物含量大，则最优含水量越大。,改变压实功能，曲线的基本形状不变，但其最大干密度位置却发生移动，随着压实功能的增大，曲线向上方移动，亦即在加大压实功时，最大干

15、密度增大，而最优含水量却减少。,图2-4 不同压实功能的击实曲线,对现场土的压实，应以压实系数c（土的控制干密度d与最大干密度dmax之比）与施工含水量（最优含水量）来进行控制。,、级土石坝 c9598% III 级土石坝 c9295%,工程上常采用压实度c，作为填方压实密度控制的标准：,压实方法,（1）机械碾压法,平碾,振动碾,所有施工参数如施工机械、铺筑厚度、碾压遍数及填筑含水量等都必须由工地试验确定。 由于现场条件终究与室内试验的条件不同，因而对现场应以压实系数c与施工含水量进行控制。 施工时先按设计挖掉要出处理的软弱土层，把基础底部土碾压密实后再分层填筑，并逐渐压密。压实效果取决于被压

16、实填料的含水量和压实机械的能量。,注意事项：,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。,（2） 平板振动法,重锤夯实法用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。,（3） 重捶夯实法,三种方法的作用和原理及适用范围,铺填厚度：垫层的施工方法、分层铺填厚度，每层压实遍数等宜通过试验确定。垫层的分层铺填厚度一般取200300mm。,换填垫层法施工,三合土垫层施工,基坑排水：除采用水撼法施工砂垫层外，换填垫层不得在浸水条件下施工

17、，必要时应采用降低地下水位措施。 含水量：粉质粘土和灰土垫层土料宜控制在最优含水量(击实试验确定或按当地经验取用)2%的范围内。,施工顺序：垫层底面如深度不同，基坑底土面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。,1 换填垫层法,共70页 第9页,分段施工：粉质粘土及灰土垫层不得在柱基、墙角及承重窗间墙下接缝。上下两层的缝距不得500mm。灰土应拌合均匀并当日铺填夯压，3d内不得受水浸泡。,1.3 换填垫层法施工,加筋材料铺设：铺设时将土工合成材料张拉平直、绷紧，严禁有折皱；切忌曝晒或裸露；连结宜用搭接法、缝接法和胶结法。,砂石垫层的三边冲击碾分层压实,粘土垫层的

18、振动碾分层压实,砂石垫层上的土工格栅铺设,共70页 第10页,（1）垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。 粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊角碾， 中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯； 砂石等宜用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯； 矿渣宜采用平板振动器、平碾，也可采用振动碾。,施工要点,（2）垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层压实遍数等宜通过试验确定。一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200300mm （3） 粉质粘土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量的范围内,（4）当垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均部位时，应根据建（构）筑物对不均匀沉降的要求予以处理，并经检验合格后，方可铺筑垫层。,（5）基坑开挖时，应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待铺筑垫层前再挖至设计标高。 （6）换填垫层施工应注意基坑排水、除采用水撼法施工砂垫层外，不得在浸水条件下施工，必要时采用降低地下水位的措施,（7）垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底土面应挖成阶梯状或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序进行垫层施工，搭接处应夯压密实。,（8）铺设土工合同材料时，下铺地基土层应平整，防止土工合同材料被穿刺、