换填法地基处理不同垫层介绍及设计

换填法地基处理不同垫层介绍及设计一、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，也叫换填垫层法

。二、原理换填法是浅层软土地基的处理方法。是将基础底面以下不太深的处理范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬，强度较高，性能稳定好，具有抗侵蚀性的砂，卵石，素土等去分层换填，同时用人工或机械方法进行表层压，夯，振动等处理至满足工程要求的全过程。三、适用范围常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。一般处理深度为2～3m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等注意！换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对于较深厚的软弱上层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱上层在荷载下的长期变形可能依然很大。例如，对较深厚的淤泥或淤泥质土类软弱地基，采用垫层仅置换上层软土后，通常可提高持力层的承载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形量大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体型复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应采用浅层局部置换的处理方法。大面积填土产生的大范围地面负荷影响深度较深，地基压缩变形量大，变形延续时间长，与换填垫层法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计施工应另行按国家现行有关规范执行。

注意！四、垫层的分类垫层分类回填材料砂垫层粉煤灰垫层粉质粘土垫层灰土垫层矿渣垫层其他工业废渣垫层土工合成材料垫层1.砂垫层宜选用碎石、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的部分不超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄上地基，不得选用砂石等透水材料。砂石是良好的换填材料，但对具有排水要求的砂垫层宜控制含泥量不大于3%；采用粉细砂作为换填材料时，应改善材料的级配状况，在掺加碎石或卵石使其颗粒不均匀系数不小于5并拌合均匀后，方可用于铺填垫层。提示！2.灰土垫层石灰和土的体积配合比宜为2︰8或3︰7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm灰土强度随随土料中粘粘粒含量增增高而加大大，塑性指指数小于4的粉土中粘粘粒含量太太少，不能能达到提高高灰土强度度的目的，，因而不能能用于拌合合灰土。灰灰土所用的的消石灰应应符合Ⅲ级以上标准准，贮存期期不超过3个月，所含含活性CaO和MgO越高则胶结结力越强。。通常灰土土的最佳含含灰率为CaO+MgO约达总量的的8%。石灰应消消解3～4d并筛除生石石灰块后使使用。提示！3.粉煤灰垫层层主要工程特特性：1.自重轻；7.抗液化性2.击实性能好好；8.对环境的影影响3.抗剪强度；；4.压缩性5.承载能力6.渗透性可用于道路路，堆场和和小型建筑筑，构筑物物等的换填填垫层。粉粉煤灰垫层层上宜覆土土0.3～0.5m。粉煤灰垫垫层中采用用掺加剂时时，应通过过试验确定定其性能及及适用条件件。作为建建筑物垫层层的粉煤灰灰应符合有有关放射性性安全标准准的要求。。粉煤灰垫垫层中的金金属构件、、管网宜采采取适当防防腐措施。。大量填筑筑粉煤灰时时应考虑对对地下水和和土壤的环环境影响。。粉煤灰可分分为干排灰灰、湿排灰灰和调湿灰灰。按其燃燃烧后形成成玻璃体的的粒经分析析，应属粉粉土的范畴畴。但由于于含有CaO、SO3等成分，具具有一定的的活性，当当与水作用用时，因具具有胶凝作作用的火山山灰反应，，使粉煤灰灰垫层逐渐渐获得一定定的强度与与刚度，有有效地改善善了垫层地地基的承载载能力及减减小变形的的能力。不不同于抗地地震液化能能力较低的的粉土或粉粉砂，由于于粉煤灰具具有一定的的胶凝作用用，在压实实系数大于于0.9时，即可以以抵抗7度地震液化化。提示！4.矿渣垫层垫层使用的的矿渣是指指高炉重矿矿渣，可分分为分级矿矿渣、混合合矿渣及原原状矿渣。。矿渣垫层层主要用于于堆场、道道路和地坪坪，也可用用于小型建建筑，构筑筑物地基。。选用矿渣渣的松散重重度不小于于11kN/m3，有机质及及含泥总量量不超过5%。设计、施工工前必须对对选用的矿矿渣进行试试验，在确确认其性能能稳定并符符合安全规规定后方可可使用。作作为建筑物物垫层的矿矿渣应符合合对放射性性安全标准准的要求。。易受酸、、碱影响的的基础或地地下管网不不得采用矿矿渣垫层。。大量填筑筑矿渣时，，应考虑对对地下水和和土壤的环环境影响。。矿渣的稳定定性是其是是否适用于于做换填垫垫层材料的的最主要性性能指标。。当矿渣中中CaO的含量小于于45%及FeS与MnS的含量≈1%时，矿渣不不会产生硅硅酸盐分解解和铁锰分分解，排渣渣时不浇石石灰水，矿矿渣也就不不会产生石石灰分解，，则该类矿矿渣性能稳稳定，可用用于换填。。对中、小小型垫层可可选用8～40mm与40～60mm的分级矿渣渣或0～60mm的混合矿渣渣；较大面面积换填时时，矿渣最最大粒径不不宜大于200mm或大于分层层铺填厚度度的2/3。提示！5.粉质粘土垫垫层土料中有机机质含量不不得超过5%，亦不得含含有冻土或或膨胀土。。当含有碎碎石时，其其粒径不宜宜大于50mm。用于湿陷陷性黄土或或膨胀土地地基的粉质质粘土垫层层，土料中中不得夹有有砖、瓦和和石块。粘土及粉土土均难以夯夯压密实，，故换填时时均应避免免采用作为为换填材料料，在不得得己选用上上述土料回回填时，也也应掺入不不少于30%的砂石并拌拌合均匀后后，方可使使用。当采采用粉质粘粘土大面积积换填并使使用大型机机械夯压时时，土料中中的碎石粒粒径可稍大大于50mm，但不宜大大于100mm，否则将影影响垫层的的夯压效果果。提示！6.其他工业废废渣垫层在有可靠试试验结果或或成功工程程经验时，，对质地坚坚硬、性能能稳定、无无腐蚀性和和放射性危危害的工业业废渣等均均可用于填填筑换填垫垫层。被选选用工业废废渣的粒径径、级配和和施工工艺艺等应通过过试验确定定。7.土工合成材材料垫层由分层铺设设的土工合合成材料与与地基土构构成加筋垫垫层。作为为加筋的土土工合成材材料应采用用抗拉强度度较高、受受力时伸长长率不大于于4%～5%、耐久性好好、抗腐蚀蚀的土工格格栅、土工工格室、土土工垫或土土工织物等等土工合成成材料；垫垫层填料宜宜用碎石、、角砾、砾砾砂、粗砂砂、中砂或或粉质粘土土等材料。。当工程要要求垫层具具有排水功功能时，垫垫层材料应应具有良好好的透水性性。在软土地基基上使用加加筋垫层时时，应保证证建筑稳定定并满足允允许变形的的要求。土工合成材材料是近年年来随着化化学合成工工业的发展展而迅速发发展起来的的一种新型型土工材料料，主要由由涤纶、尼尼龙、睛纶纶、丙纶等等高分子化化合物，根根据工程的的需要，加加工成具有有弹性、柔柔性、高抗抗拉强度、、低伸长率率、透水、、隔水、反反滤性、抗抗腐蚀性、、抗老化性性和耐久性性的各种类类型的产品品。如各种种土工格栅栅、土工格格室、土工工垫、土工工网格、土土工膜、土土工织物、、塑料排水水带及其他他土工复合合材料等。。用于换填垫垫层的土工工合成材料料，在垫层层中主要起起加筋作用用，以提高高地基土的的抗拉和抗抗剪强度、、防止垫层层被拉断裂裂和剪切破破坏、保持持垫层的完完整性、提提高垫层的的抗弯刚度度，因此利利用土工合合成材料加加筋的垫层层有效地改改变了天然然地基的性性状，增大大了压力扩扩散角，降降低了下卧卧天然地基基表面的压压力，约束束了地基侧侧向变形，，调整了地地基不均匀匀变形，增增大地基的的稳定性并并提高地基基的承载力力。提示！五、垫层的的作用(1)提高地基基承载力力(2)减少沉降降量(3)加速软弱弱土层的的排水固固结(4)防止冻胀胀(5)消除膨胀胀土的胀胀缩作用用垫层基础六、换填填法处理理地基前前的准备备工作查明地层层土性质质及不良良地质现现象；查查明沟、、塘、洞洞等分布布范围和和深度；；查明填填土的成成分、范范围、厚厚度、均均匀性、、填筑年年限和方方法等查明地下下水的埋埋藏条件件、类型型、埋深深等；查明地下下管线、、防空洞洞及地下下障碍物物的分布布范围和和走向；；查明换填填土的来来源、种种类、规规格、价价格等垫层的设设计一、原则则对垫层的的设计，，即要求求有足够够的厚度度以置换换可能被被剪切破破坏的软软弱土层层，又要要求有足足够大宽宽度以防防止砂垫垫层向两两侧挤出出。二、垫层层设计的的步骤垫层厚度度的确定定沉降计算算垫层宽度度的确定定垫层承载载力的确确定垫层设计计垫层尺寸寸1.垫层厚度度的确定定(1).垫层厚度度应根据据垫层底底部下卧卧土层的的承载力力确定，，并符合合下式要要求：pz—垫层底面面处的附附加应力力设计值值（kPa）;pcz—垫层底面面处土的的自重压压力值（（kPa）；faz—经深度修正后后垫层底面处处土层的地基基承载力特征征值（kPa）(2).pz、pcz、faz的确定垫层底面处的的附加压力值值pz：条形基础：矩形基础：b-矩形基础或条条形基础底面面的宽度（m）；l-矩形基础底面面的长度（m）；P-基础底面压力力的设计值（kPa）；Pc-基础底面处土土的自重压力力值（kPa）；z-基础底面下垫垫层的厚度（m）；θ-垫层的压力扩扩散角（°）2.垫层宽度的确确定垫层宽度的确确定垫层层的底面宽度度应以满足基基础底面应力力扩散和防止止垫层向两侧侧挤出为原则则进行设计。。关于宽度计计算，目前还还缺乏可靠的的方法。一般般可按下式计计算或根据当当地经验确定定。b’—垫层底面宽度度(m)；θ—垫层的压力扩扩散角（°），可查表；；压力扩散角θ

换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾卵石、碎石黏性土和粉土（8＜IP＜14)灰土0.2520628≥0.5302328注:当z/b<0.25时,除灰土取30°外,其余材料均取取θ=0°；当0.25<z/b<0.5时，θ值可内插法求求得。垫层顶面每边边宜比基础底底面大0.3m，或从垫层底底面两侧向上上按当地开挖挖基坑经验的的要求放坡，，整片垫层的的宽度可根据据施工的要求求适当加宽。。注意！3.垫层承载力的的确定垫层的承载力力宜通过现场场试验确定，，并应验算下下卧层的承载载力。三、垫层施工工（一）、垫层层所采用的换换填材料不同同，垫层的施施工方法和施施工机械也有有所不同。垫层施工应根根据不同的换换填材料选择择施工机械。。粉质粘土、灰灰土宜采用平平碾、振动碾碾或羊足碾，，中小型工程程也可采用蛙蛙式夯、柴油油夯；砂石等宜用振振动碾；粉煤灰宜采用用平碾、振动动碾、平板振振动器、蛙式式夯；矿渣宜采用平平板振动器或或平碾，也可可采用振动碾碾。振动碾羊足碾平板振动夯平板振动器蛙式夯柴油夯平碾蛙式夯（二）、施工工方法、分层层厚度每层压压实遍数垫层的施工方方法、分层铺铺填厚度，每每层压实遍数数等宜通过试试验确定。除除接触下卧软软土层的垫层层底部应根据据施工机械设设备及下卧层层土质条件确确定厚度外，，一般情况下下，垫层的分分层铺填厚度度可取200～300mm。为保证分层层压实质量，，应控制机械械碾压速度。。施工设备每层铺填厚度（mm）每层压实遍数平碾（8t～12t）200～3006～8羊足碾（5t～16t）200～3508～16蛙式夯（200kg）200～2503～4振动碾（8t～15t）600～13006～8振动压实机(2t，振动力98kN)1200～150010插入式振动器200～500

平扳式振动器150～250

垫层的每层铺铺填厚度及压压实遍数（三）、含水水量的控制粉质粘土和灰灰土垫层土料料的施工含水水量宜控制在在最优含水量量ωop±2%的范围内；粉煤灰垫层的的施工含水量量宜控制在ωop±4%的范围内，最最优含水量可可通过击实试试验确定，也也可按当地经经验取用。（四）、其他他施工要点1.当垫层底部存存在古井、古古墓。洞穴、、旧基础、暗暗塘等软硬不不均的部位时时，应根据建建筑对不均匀匀沉降的要求求予以处理，，并经检验合合格后，方可可铺填垫层。。2.基坑开挖基坑开挖时应应避免坑底上上层受扰动，，可保留约200mm厚的土层暂不不挖去，侍铺铺填垫层前再再挖至设计标标高。严禁扰扰动垫层下的的软弱土层，，防止其被践践踏。受冻或或受水浸泡。。在碎石或卵卵石垫层底部部宜设置150～300mm厚的砂垫层或或铺一层土工工织物，以防防止软弱土层层表面的局部部破坏，同时时必须防止基基坑边坡坍土土混入垫层。。3.基坑排水换填垫层施工工应注意基坑坑排水，除采采用水撼法施施工砂垫层外外，不得在浸浸水条件下施施工，必要时时应采用降低低地下水位的的措施。4.垫层分段施工工垫层底面宜设设在同一标高高上，如深度度不同，基坑坑底土面应挖挖成阶梯或斜斜坡搭接，并并按先深后浅浅的顺序进行行垫层施工，，搭接处应夯夯压密实。粉质粘土及灰灰土垫层分段段施工时，不不得在柱基、、墙角及承重重窗间墙下接接缝。上下两两层的缝距不不得小于500mm。接缝处应夯夯压密实，灰灰土应拌合均均匀并应当日日铺填夯压。。灰土夯压密密实后3d内不得受水浸浸泡。粉煤灰灰垫层铺填后后宜当天压实实，每层验收收后应及时铺铺填上层或封封层，防止干干燥后松散起起尘污染，同同时应禁止车车辆碾压通行行。垫层竣工验收收合格后，应应及时进行基基础施工与基基坑回填。5.土工合成材料料垫层的注意意事项铺设土工合成成材料时，下下铺地基土层层顶面应平整整，防止土工工合成材料被被刺穿、顶破破。铺设时应应把土工合成成材料张拉平平直、绷紧，，严禁有折皱皱；端头应固固定或回折锚锚固；切忌曝曝晒或裸露；；连结宜用搭搭接法、缝接接法和胶结法法，并均应保保证主要受力力方向的连结结强度不低于于所采用材料料的抗拉强度度。四、垫层质量量检验垫层施工过程程中和施工完完成以后，应应进行垫层的的施工质量检检验，以验证证垫层设计的的合理性和施施工质量。必须首先通过过现场试验，，在达到设计计要求压实系系数的垫层试试验区内，利利用贯入试验验测得标准的的贯入深度或或击数，然后后再以此作为为控制施工压压实系数的标标准，进行施施工质量检验验。1.检验方法对粉质粘土、、灰土、粉煤煤灰和砂石垫垫层的施工质质量检验也可可用环刀法、、贯入仪、静静力触探、轻轻型动力触探探或标准贯入入试验检验；；对砂石、矿矿渣垫层可用用重型动力触触探检验，并并均应通过现现场试验以设设计压实系数数所对应的贯贯入度为标准准检验垫层的的施工质量。。压实系数也也可采用环刀刀法、灌砂法法、灌水法或或其他方法检检验。垫层的施工质质量检验必须须分层进行。。应在每层的的压实系数符符合设计要求求后铺填上层层土。环刀取样法在夯（压、振振）实后的垫垫层中用容积积不小于200cm3的环刀取样，，测定其干土土重度，以不不小于该换填填料在中密状状态时的干土土重度数值为为合格。（例例如：中砂在在中密状态时时的干土重度度一般为15.5kN/m3～16.0kN/m3）对砂石或碎石石垫层的质量量检验，可以以在垫层中设设置纯砂检查查点，在同样样施工条件下下，按上述方方法检验，或或用灌砂法进进行检查。贯入测定法检验时应先将将垫层表面的的填料刮去30mm左右，并用贯贯入仪、钢筋筋或钢叉等以以贯入