第二章-换填法-新修改PPT课件

换填法(换填垫层法）ReplacementMethod,第二章,主要内容,适用范围加固机理垫层设计垫层施工垫层质量检验工程实例,换填垫层法,2.1概述,1.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的砂（碎石、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，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(replacementmethod)。它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。,换填垫层法,换填垫层法,2.换填法处理方法按施工机械不同，施工方法有：机械碾压重锤夯实平板振动作为压（夯、振）实垫层的不同机具对待，这些施工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。按回填材料不同,垫层(Cushion)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、干渣垫层和粉煤灰垫层等；及土工合成材料加筋垫层。,适用条件地层条件建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)中规定：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。包括软土（淤泥、淤泥质土）、湿陷性黄土、素填土、膨胀土、杂填土、冻土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。建筑物条件中、小型建筑工程为主处理深度0.5米3.0米,换填垫层法,换填垫层法,3.垫层材料中粗砂、卵石、砾石、素土灰土：灰土比2:8或3:7工业废料：粉煤灰，干渣（高炉重矿渣）土工合成材料：土工合成材料加筋垫层、土工合成材料轻质垫层（聚苯乙烯板块垫层）,4垫层的作用,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土的湿陷性、膨胀性作用,换填垫层法,虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的垫层设计都近似的按砂垫层的计算方法进行计算。但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土垫层处理时，因其主要处理目的是为了消除地基土的湿陷性、膨胀性和冻胀性，所以在设计时需考虑的解决问题的关键也应有所不同。,2.2压实原理,压实原理: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，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就不大了，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”wop，这就是土的压实机理。,换填垫层法,a-碾压6遍；b-碾压12遍；c-碾压24遍；d-室内击实试验,理论上最大压实曲线-饱和曲线（土中气体被赶走，使土达到饱和）,同一种土wop与dmax不是恒定值，随压实功能而变化。,击实试验,换填垫层法,土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。填土的密实程度常以干密度d表示击实试验土工试验方法标准（国家标准）轻型：土d5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层,25击，落高30.5cm重型：土d40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5层,56击，落高47.7cm,击实仪,质量控制,换填垫层法,（21）,2.3砂垫层设计,设计原则：对垫层的设计，既要求有足够的厚度z以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽度b以防止砂垫层向两侧挤出。,换填垫层法,设计内容垫层厚度z垫层宽度b垫层压实度c,z,1.垫层厚度z的确定,垫层厚度z应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：,换填垫层法,pz：相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力（kPa）；pcz：垫层底面处土的自重压力值（kPa）；faz：垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。,砂垫层内应力分布示意图,z,（22）,垫层厚度的确定,换填垫层法,条形基础：（仅考虑宽度方向扩散）,式中：pk：基础底面压力值（kPa）；pc：基础底面处土的自重压力值（kPa）；b：基础底面宽度（m）；l：矩形基础底面长度（m）；：垫层压力扩散角。,垫层底面处的附加压力值pz计算（按扩散角进行简化计算）,pc,（23）,（24）,Ztan,基底附加压力,z,矩形基础：,换填垫层法,压力扩散角确定,注：当时z/b0.25，除灰土取=28o外，其余材料=0；当0.25z/b0.5m，砂垫层承载力需要根据有关条款进行深度修正：查表2-2可知：b=0,d=1.0,由公式（2-5），则垫层承载力特征值为：,换填垫层法,解：砂垫层设计,(3)确定基础宽度b：,换填垫层法,其中：fa垫层承载力特征值；F载荷；G基础与台阶上自重，G=cbld;A-基础面积,A=bl,条基取单位长度l=1，A=b；c=20kN/m3是基础与台阶上土的平均重度。,垫层承载力特征值须满足：垫层承载力基底压力即：fa(F+G)/A,则：,a,取基础宽度b=1.5m,F,G,（4)确定垫层厚度：假设垫层厚度z=2.0m。软弱下卧层(淤泥质土层)以上土的加权平均重度为：,换填垫层法,基础底面处的压力为：,垫层下淤泥承载力计算根据GB50007-2002查表可知：b=0；d=1.0)：,fak,换填垫层法,查表砂垫层的压力扩散角=30o，所以：,垫层底面处的附加压力值：,垫层底面处土的自重压力值：,于是：,满足承载力的要求,即垫层厚度z=2.0m是合理的。,确定垫层厚度,(fz=94.0kPa),换填垫层法,(5)确定垫层宽度：,b,1.施工方法碾压法；夯实法；振动压实法2.垫层材料砂、砂石垫层素土垫层粉煤灰垫层干渣垫层,换填法,2.4垫层施工与质量检验,一、垫层施工,碾压法碾压法是采用压路机、推土机、振动碾或其他压实机械压实松散土层的施工方法。该法多用于地下水位以上、含水量较低的大面积填土的压实和杂境土地基的处理。分层铺填厚度200300mm.,换填法,2-11,碾压法施工,压路机,施工方法,重锤夯实法是利用起重机械将重锤提升到一定高度，然后自由落下，重复夯击加固地基的方法。该法适用于地下水位距离地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等类地基的加固。重锤夯实的有效夯实深度可达1m左右(与锤底直径相当)，并可消除1.0一1.5m厚度范围土层的湿陷性。夯实效果和影响深度除与锤重、锤底直径、夯距有关外还与夯实工艺、夯击遍致以及土的含水量密切相关。,重锤夯实法,换填法,重锤夯实法施工,振动压实法是利用振动机产生的竖向振动力，使土颗粒受振移动至稳固位置并减小孔隙，而使土层密实的地基加固方法。该法适用于处理地下水位在0.6m以上的无粘性土或粘粒含量低、透水性较好的松散杂场土地基。,振动压实法,换填法,换填垫层法,选用的垫层材料应进行室内击实试验，根据d-曲线确定最大干密度dmax和最优含水量然后根据设计要的压实系数，确定设计要求的干密度d，以此作为检验垫层质量控制的技术标准。垫层质量检验必须分层进行。每层压实系数，达到设计要求后，方可继续铺上层。采用下述两种方法检验。,1.环刀取样法将容积不小于200cm3的环刀压人垫层中取样，测定其干重度，以不小于砂料在中密度状