基础工程地基处理换土垫层法内容丰富

换土垫层法《基础工程》目录

地基处理概论-排水固结法

200921page2中国地质大学(北京)Foundation

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ofGeosciences

(Beijing)•

换土垫层概念•

垫层的作用•

垫层材料•

换填法适用范围•

垫层承载力•

垫层厚度计算•

垫层宽度计算•

设计要点•

施工要点•

例题换填法概念200921page3

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(Beijing)•

将基础底面以下一定范围的软弱土层挖去或挤开，然后回填强度较高、压缩性较低并且没有侵蚀性的材料（如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等），再分层夯实，作为地基的持力层，从而将软弱地基改良成良好地基的方法。换填法《基础工程》p214垫层设计垫层材料工艺控制适用范围

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SoilReplacement200921page4中国地质大学(北京)Foundation

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(Beijing)淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土垫层厚度，垫层宽度砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、工业废渣、土工合成材料分层夯实，控制含水量垫层的工程应用200921地基处理概论-排水固结法中国地质大学(北京)page5⑥基础工程China

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(Beijing)8.53海潮下游5.5上游5.010.711.51

1.5地基(淤泥质粘土)码头抛石挤淤某水闸柑土垫层们咱哥

们Hur

E'rJn白LVfeAUn

muquo

nE'

E」垫层的作用200921page6

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(Beijing)•

提高持力层的承载力，减小基础尺寸，通过垫层将基底压力扩散到下层地基许可承载力范围内。•

减少地基沉降量；•

加速软弱土层的排水固结；•

防止持力层的冻胀或液化。垫层材料200921page7

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(Beijing)•

块石：抛石挤淤•

砂石：压实,防冻,防液化,加速固结•

粉质粘土：有机质含量<5%•

灰土:灰与土体积比2:8,3:7•

三合土:石灰、砂、碎石或碎砖瓦•

工业废渣（粉煤灰、矿渣）：用于道路、堆场、

小型建筑物垫层•

加筋土：分层土工合成材料与地基土加筋垫层。压实系数λc200921page8•

垫层铺填时一定要注意压密，以保证垫层的质量。•

最大干密度可由击实试验确定，对于大规模的填土，则应在施工现场进行碾压试验确定。

0.94

~

0.97

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(Beijing)max最大干密度填土干密度dc换填法的适用范围

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200921page9中国地质大学(北京)Foundation

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(Beijing)• 换土垫层法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等高压缩性软弱土层及暗沟、暗塘等。对于承受振动荷载的地基不应选择换土垫层法进行换填处理。垫

层

种

类适 用 范 围砂、砂石、碎石垫层一般饱和、非饱和的软土和水下黄土处理,深度1-3m；不宜用于湿陷性黄土处理和大面积堆载、密集基础及动力基础下的软土地基；砂垫层不宜用于地下水流速快和流量大地区的地基处理素土垫层中小型工程及大面积回填和湿陷性黄土的地基处理灰土垫层中小型工程，尤其是湿陷性黄土的地基处理粉煤灰垫层厂房、机场、港口陆域和堆场的地基处理干渣垫层小型建筑工程，尤其是适用于地坪、堆场等工程的大面积地基处理和场地平整。对受酸性或碱性废水影响的地基不得采用干渣垫层垫层承载力212009page10

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(Beijing)换填材料承载力特征值

fak

(kPa)碎石、卵石200~300砂夹石

(石占30%~50%)200~500土夹石

(石占30%~50%)150~200中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾150~200粉质粘土130~180石屑120~150灰土200~250粉煤灰120~150矿渣200~300垫层厚度的计算200921page11• 根据垫层底部较软弱土层的承载力来确定，当上部荷载通过垫层按一定的扩散角传到下卧层顶面所受的总压力不应超过其承载力。pcz

pz

fazpcz

垫层底面处土的自重压力,

kPa,

按垫层材料及其上回填土容重计算

pz

垫层底面处的附加压力,

kPafaz

垫层底面处软弱土的承载力特征值,

kPa一般要求垫层:

>0.5m

(扩散和技术要求),

<3.0m

(工程量,经济性)地基处理概论-排水固结法中国地质大学(北京)Foundation

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(Beijing)垫层厚度的计算回填土底基垫

层b+2ztanθ，Npz附加压力自重压力PczPz，通事基础工程n 20Engineering

地基处理概论-排水团结法 2009 中国地质大学(北京) page

12

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(Beijing)垫层厚度的计算200921page13附加压力的确定条形基础p

p bb

2z

tanp

pc0

aba

2z

tan

b

2z

tan

c0p z矩形基础p zpz

垫层底面处的附加压力,

kPap

基底压力，按荷载效应标准组合,

kPapc0

基底标高处土的自重压力,

kPab

基础的宽度,

mz

垫层厚度,

m

垫层材料的压力扩散角,

度()a

基础的长度,

m注：许多书中将公式中所有与压力相关的量都加有下标k，

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(Beijing)以明确是按荷载效应标准组合。垫层宽度的计算200921page14理论B

b

2z

tan施工时：考虑机械夯实所需空间B

b

2z

tan

2

0.3

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(Beijing)B

垫层底面宽度,

mb

基础的宽度,

mz

垫层厚度,

m

垫层材料的压力扩散角,

度()垫层变形验算200921page15

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(Beijing)•

垫层地基应进行变形验算。包括垫层的变形和下卧土层的变形。•

垫层的模量应根据试验或当地经验确定，在无试验资料或经验时，碎石、砾石的侧限压缩模量Es可取为30~50MPa，砂可取20~30MPa，粉煤灰可取8~20MPa。•

实际上当用料和压实标准均满足上述要求时，垫层本身的变形量很小，往往可以不计。变形计算方法与一般分层地基相同。地基变形计算200921page16换填法处理后的建筑物地基沉降量：s

s1

s2——建筑物地基沉降量 cms1

——垫层自身变形量 cms2

——垫层下各压缩土层变形量之和 cms垫层自身变形量

s1可按下式进行计算：hs

/

Es

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(Beijing)

p

ps

21——建筑物基础底面压力 kPa——垫层厚度 cm——垫层压缩模量

，宜通过静载试验确定，也可选15~25MPa——压力扩散系数p

hsEs地基变形计算200921page17压力扩散系数条形基础：

b

2h

tgbs矩形基础：

b

2h

tg

l

2h

tg

bls s下卧层的变形量可按下式计算：s2'

i

i1i1si12s2

pzbnE——计算经验系数——垫层底面的附加压力，KPaEsi12——第i层土在压力100~200kPa的压缩模量 kPai

.i1——计算点第i层和第i-1层底面的沉降系数，规范查表Pz

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(Beijing)工程设计要象点200921page18地基悲处理得概论-排水瓶固结般法中国蕉地质梁大学(北京)FoundationEngineeringChinaUniversityofGeosciences(Beijing)1）痕处理粘软土诞或杂帆填土•A、恭换填咸法处贞理的店主要秤目的筹是置苹换基冬底下备可能张剪切吐破坏术的垄软弱碗土层案或杂壶填土攀层。•B、基底裳下为软浸弱土层亚时，垫旋层的厚趣度主要姜取决于误剪切破坏区圈域的东大小劲和工言程对鞋消除道剪切能区深亭度的标要求•C、离基底吩下为柴杂填川土时沈，垫旅层厚惰度取肢决于灿杂填范土的精埋深•D、换离填后垫佳层下存裁在软弱颠下卧层者时，应怀验算其洲承载力展和变形•E、逗垫层蹈宽度覆必须霸满足纯基底亏压力蹲扩散抗的要焰求，势并避馆免垫率层灵材料侄侧向独挤出工程设计要狱点200921page19地基处找理概论-排水固邮结法中国裁地质时大学(北京)FoundationEngineer甘ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)2）处理湿陷性黄土•A、换填法处理的主达要目惰的是消除裳或部瘦分消除黄土紧的湿陷量。•B、垫层的厚度主要骆取决猴于工程对秒消除脆湿陷量的要渡求。全部消嘱除湿监陷量时，对于域非自重湿陷性捞黄土应满足垫网层底部总压浑力不咏大于下卧层鸣黄土沉陷量起始压力；对于自重湿陷性黄土则必须全部挖除，换填法仅适用于厚广度不师大的自重湿右陷性黄土地挠基。•C、如果消除部分湿陷认量，应根据补建筑镇物的重要宁性、四基础形式、匙基底压力、黄届土湿搁陷类型等综填合确定。对于絮非自重湿陷坏性黄踏土，当垫膜层厚度等于基浊础宽买度时可消除共湿陷量的80%以上；当垫冈层厚度等于1.5倍基础宽度时可基本消除。•D、垫层宽度取决于寻工程孩要求。当伴垫层用超出基础狮边缘泽的距离至少员为垫层厚度且不天小于1.5m时，可消婆除建背筑物范围内瞒部分黄土层的河湿陷性。工程设计要乐点200921page20地基悦处理承概论-排水腥固结成法中国地趣质大学(北京)FoundationEngineer柏ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)•3）处理膨胀土•A、换填法处理的主胆要目糊的是消除奖或减心少膨胀土的粱膨胀性能。妥适用呜于薄的膨胀垫土层赞或主要膨胀葵土层不厚的俱地基埋。•B、换填厚度应使地诉基的芦剩余膨胀弃变形敬量控制在容堵许值范围内，英对于砂垫层条件为：•垫层内厚度为1-1.2倍基础宽阴度；平垫层宽度为1.8--2.2倍基础宽度•垫层密度不小于为1.65t/m3•基底忌压力为100--20武0k剖Pa•基槽两边回填区贸的附缸加压力不大乔于为0.25P（P为基造底压就力）•当射膨胀压力大于为250kPa时，垫每层材料应选哲用中株、细砂；眨当膨颈胀压力较小之时，恰应选用粗砂罚。施工要求200921page21级配良品好的中趴粗砂、轧圆砾、痒卵石或起碎石，谎含泥量蒸小于3%，最大侨粒径梦不大剪于50瓦mm。素土凡垫层册：有机播质含涉量小于5%，亦不伪含冻土鸭或膨胀郑土，碎名石最大扯粒径不凝宜大劲于50mm。粉煤颂灰垫掀层：1）垫承层材吓料砂（砂梢石）垫册层：干渣慕垫层血：松散弃密度炮不小录于1.1t/m3；泥土医与有机甲杂质含猴量小于5%；稳定姨性合笼格。最优含跳水量和握压实系浴数由实威验确定服。灰土垫转层：石灰与延土的体尾积配合脉比一般为2:8或3:7，土最料宜字用粘嚷性土锯和塑辈性指险数大于4的粉土地基贩处理型概论-排水果固结白法中国地撤质大学(北京)FoundationEngineer殃ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)施工要求200921page22地基填处理踩概论-排水盛固结乡丰法中国羊地质恼大学(北京)FoundationEngineeringChinaUniversityofGeosciences(Beijing)2）含采水量绩要求为保证墙最佳的献夯压效积果，以刘垫层材慕料的最优含水咸量wop为施工迹控制含同水量A、wop可按国第家标准《土恢工试辫验方盐法标准》中玩轻型工击实属试验菜求得需。B、对于伯素土和膜灰土现纸场可控狐制在最优含水量wop±2%的范纤围内针；当司使用哨振动罗碾肾压时垒可适区当放继宽下失限值原即wop-6%抓~wop+2%C、对厚于素惯土和亚灰土贪缺乏租资料顽时可取0.6倍的液准限值或晒按经验叛采用塑限wop±2%作为恶施工市控制绕含水量。D、对于速砂石，挡当采用罗平板振锅动器时望含水量取15%--20且%，使产用平昏碾或义蛙式济夯时捡含苦水量僚取8%--围-12%，当使坐用插入忌式振动流器时，驶砂石料适宜为饱蹄和。E、对岗于粉头煤灰岗，含腊水量应控制颗在最优躁含水量wop±4%。施工要求200921page23地基处似理概论-排水戚固结吨法中国锻地质秃大学(北京)FoundationEngineer盟ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)3）分裂层厚典度垫层对的分踏层铺寺填厚顾度及扮每层单压实幻玉遍数棒应根疫据垫继层材么料、乒施工追机具堪及设馒计要团求等通过播现场狂试验验确定介。4）质殃量控咳制要辉求A、砂石垫歉层：蹈中砂浇，最小干密度ρd≥1.牛6t/m3；粗旨砂，恶最小干密度ρd≥1.送7t/m3B、对扣于素资土和肿灰土细，当发垫层葛厚度僻不大于3m时，压实系数λ≥0.9本3。当垫街层厚片度大竖于3m时，λ≥0.汗95。C、对医于粉齿煤灰，压实系数λ≥0.9撤0。例题教材p22粪6例5-1212009page24提示：已给出砂垫层的厚度，验算之并确定宽度地基岸处理侍概论-排水固投结法中国码地质拜大学(北京)FoundationEngineeringChinaUniversityofGeosciences(Beijing)第一步：朗验算辨砂垫层承誉载力200921page25地基处竟理概论-排水固腐结法中国地界质大学(北京)FoundationEngineer派ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)基底栗压力pFG19答019.61.21.2181.9kPab1.2经深浓度修荒正后吗，砂蕉砾料从的承库载力fafakdmd0.5p216,表51f150~200kPa取均值f175kPaakakfa1751.016.51.20.518抹6.再55kPap181.9kPafa186类.55kPadp50砂垫层看成人工填土1.0故砂垫哨层承载鞭力满足显基底压慎力要求第二肤步：趣验算砂垫层下软弱层(淤泥质粉质监粘土)的承载弟力pczpzfaz（2-47)帝,p54砂垫层底部的自重压力pcz16小.51.220101.519.81534脉.8kPapczppb地基违处理雷概论-排水固劲结法200921page26中国屯地质赛大学(北京)FoundationEngineer帆ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)ppb66.4kPab2ztanpzb1.2已求得p181.9kPa,基底殃自重脑应力pc01.216.519.8kPaz1.50.5表52砂垫佩层压律力扩骡散角30b2ztan经砂扯垫层搜扩散铲后的窑附加例压力(52)式pc0c0z2.93(181毕.919.8)1.219酷4.51.221.5tan30第二大步：视验算砂垫层下软弱层(淤泥质粉管质粘土)的承反载力200921page27地基处撇理概论-排水固误结法中国烦地质科大学(北京)FoundationEngineeringChinaUniversityofGeosciences(Beijing)faMbbMdmdMcck16.51.217.69.81.519.811.711.67kN/m32表216M1.21.52.70.03,M1.12,M3.32砂垫层底部淤泥质土的承载力特征值已知基基础趟宽度b1.2m,d1.2mmb戴dckfaMbbMdmdMcck0.03(17.69.8)1.21.1211.巾671.21.53.32200.2835.366.4102kPapczpz34.866.4101也.2kPafaz102kPa，砂垫邀层下悉软弱猪层承正载力满足扒要求第三步：砂刑垫层宽度的确伴定200921page28地基布处理饥概论-排水篮固结炼法中国地乘质大学(北京)FoundationEngineeringChinaUniversityofGeosciences(Beijing)Bb2ztan20.31.221.5tan300.61.830.5侦773.53m习题地基处视理概论-排水营固结搂法200921page29中国地秃质大学(北京)FoundationEngineer智ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)•某四层广砖混结构的住宅楼翠，承重墙杏下为条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，上部建筑物作用于基础的荷载标准摩值为120KN/m，基础的平均作重度为20KN已/m3。地基潜土表脾层为粉质粘土，厚1.0m，重度为17.5KN铅/m3;第二层伙为淤泥质粘土，厚15m，重度签为17汗.8KN/游m3，承障载力引特征显值为fak=45kPa；第三层为密实疫的砂砾石。地下水埋深1.0m。由于地基土较软新弱，其不能满足建筑物设计要求，采用换土垫层法索处理蒙。试设计之。•提示：侦设计垫层的材料、厚度、宽度斥。解答：第疮一步画图212009page30Fk108kN/mbd20kN/m3b1.2md1.0mFk120kN/mG0m1m1m15m16伴mz垫层究底部地基处然理概论-排水固沉结法中国地爹质大学(北京)FoundationEngineer机ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)粉质粘土γ=17.5kN/m3淤泥质粘土γ=17.8kN/m3fak=45kPa密实砂砾石第二步确定垫层培材料绑和厚江度200921page31地基叙处理对概论-排水渐固结愉法中国才地质旁大学(北京)FoundationEngineer药ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)•选用砂垫凭层•假定砂垫芽层厚度z=1测.0m第三步验算假定垫层厚度下的下卧层承载力200921page32pczpzfaz1）垫稠层底面诵处的附腹加压力她计算pz条形漫基础ppbb2ztanc0pzd120201.0120kPaAb b1.2FkGbdFk基底核压力:pFkGkG基底处自重压力:pc017.51.017.5kPab1.2m,z1.0mz1.00.5表5230b1.2bppc01.212积017.5地基处茶理概论-排水保固结袜法中国压地质嫩大学(北京)FoundationEngineer困ingChinaUniversityofGeosciences(Beijing)52.3kPab2ztan1.221.0tan3001.220.5772.35412馒3123pz回顾：垫层吃厚度的计算200921page33附加丧压力饲的确介定条形基粒础ppbb2ztanppc0aba2ztanb2ztanc0pz矩形基驼础pzpz垫层底撤面处的啊附加压力,kPap基底压顶力，按用荷载效应标准组合,kPa拌pc0基底贵标高尤处土蚊的自叮重压力,kPab基