换填垫层法地基处理材料的选用及设计

换填垫层法地基处理材料的选用及设计河南科技大学规划与建筑工程学院高笑娟1、换填垫层法适用条件

当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称为换填法。

换填法多用于公路构筑物的地基处理，在建筑工程中也有一定范围的应用。换填法的加固原理是根据土中附加应力分布规律，让垫层承受上部较大的应力，软弱层承担较小的应力，以满足设计对地基的要求。2、垫层的作用

（1）提高持力层的承载力通过扩散作用使传到垫层下软弱土层的应力减小。（2）减小沉陷量一般地基浅层部分的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的50％，如以密实砂或其他建筑材料代替上部软弱土层，就可以减小这部分的沉降量。砂垫层或其他垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧土层的压力较小，这样也会相应减小下卧土层的沉降量。

（3）加速软弱土层的排水固结（4）防止冻胀

因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可以防止寒冷地区土中的冰所造成的冻胀。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各类工程中，垫层所起的主要作用有时也是不同的，对膨胀土地基而言主要是消除膨胀土的脓缩作用。3、垫层材料的选用（1）砂石砂石垫层材料宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂时，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，并通过试验确定虚铺厚度、振捣遍数、振捣器功率等技术参数。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。（2）粉质粘土土料中有机质含量不得超过5％，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖材料。当含有碎石时，粒径不宜大于50mm。（3）灰土灰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，其颗粒直径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。（4）粉遗煤灰可用饥于道仿路、解堆场保和小复型建煮筑物刷、构鸡筑物妻等的昌换填贡垫层误。粉奖煤灰赚垫层而上宜杯覆土0.秀3—0.抗5m。作会为建建筑物掏垫层态的粉导煤灰品应符第合有迫关放犁射性艳安全剩标准本的要第求。（5）矿绢渣垫层浊使用狡的矿寨渣是胡指高缝炉重斩矿渣框，可线分为溉分级豪矿渣符、混墨合矿浴渣及吃原状婆矿渣婆。矿匙渣垫鸣层主愉要用痕于堆督场、碍道路非和地悉坪，健也可脉用于描小型旗建筑挪物、恳构筑屠物地璃基。驴易受正酸、肆碱影以响的装基础崭或地点下管牵网不探得采言用矿米渣垫腿层。黎大量价填筑泊矿渣穿时，司应考白虑对肾地下绪水和哨土壤崭的环偶境影读响。4、垫奴层设释计（1）垫狂层厚声度的课确定垫层惩厚度z应根奴据需天置换滔软弱鸭土的帆深度晕或下计卧土忍层的棒承载衰力确保定，买并结橡合式对于益矩形鞭基础进行候垫层么厚度佩设计童计算贸时，陆一般屑是先薯根据泄初步抢拟定做的厚唯度，臣再用乔公式狭进行渗复核秩。垫打层厚仗度一禾般不放宜大赤于3m，如封果厚浅度太漫大，境则施育工困呢难；塘也不算宜小晴于o．5m，厚罚度太握小则道垫层渠的作奴用不秋明显钥。（2）垫具层宽邮度确乔定垫层鲁顶面贩每边兵超出胶基础冤底边旱不宜讨小于30穷0m上m或从辽垫层缝底面盲两侧迟向上钢按当煮地开母挖基候坑经者验的粮要求昨放坡扣确定血垫层劝顶面苹宽度联，整抖片垫功层的载宽度洞可根述据施拥工的符要求锡适当书加宽腹。3、垫广层承苏载力麻的确第定经换胖填处立理后恢的地录基，矛由于金理论猪计算息方法赌尚不宏够完印善，助垫层她的承龙裁力煌宜通扰过现超场载府荷试候验确泊定。欠当无膨试验鸣资料世时，妇可按贝下表位选用普，并狠应验桂算下功卧层誓的承抓载力惊。例题庄：某挡五层挪砖石寇混合咐结构膝的住打宅建然筑，题墙下演为条忠形基虏础，蹄宽B＝1.庙2m，埋宋深d=1输m，上圆部建舒筑物梯作用迟于基倡础上厕的荷决载F=1火50泻kN庸/m。地给基土殊表层鸟为粉喊质粘醋土，兰厚h1=1恭m，重肉度γ1＝17魄.8骗k哥N/轰m3；第泥二层帖为淤消泥质孟粘土塘，厚15打m，重弦度算＝17艇.5艺k陕N/凉m3，含翠水率w＝55％；发第三赛层为事密实厦砂砾拨石。蜂地下给水距缸地表搬面为1m。因黑地基炎土比斩较软牵弱，豆不能环承受坛上部镰建筑布荷载壤，试坏设计扎砂垫往层的励厚度暂和宽激度。（回犁归修狮正系盼数Ψf＝0.所9，承来载力雨基本或值为60兰kP其a）（承轮载力依修正扁系数ηb＝0，ηd＝1.袋1）（应漠力扩叨散角θ=3叹0°，z/B>0播.5）（基约础及堡其上摧填土冤平均福重度γG=2佩0k睡N/背m3。）答：（1）假疗定砂尘垫层将的厚歇度z＝1.驻6m，并蜻要求剑分层笛碾压垮夯实尝，干昼密度体达到秆大于1.缝6g装/c逃m3；则陡应力串扩散拆角θ=3瓣0°。（2）砂延垫层孙厚度赔验算基础惰底面浙平均南压力良设计没值砂垫绩层底鲁面的绢附加锤应力绪（条平形基沉础）砂垫涛层底拾面的熊自重兴应力地基霸承载墓力标戏准值地基偶承载治力设犬计值地基帝稳定章性故满篇足稳舌定性耕要求它，且方较经鼠济，刚砂垫糟层厚夺度确若定。（3）确典定砂眠垫层勺的底股宽砂垫盈层底钢宽可不两边星各加驳宽20优cm。（4）绘忠制砂寸垫层筋剖面伸图4、垫诞层材正料的换选用（1）砂搞石砂石掉垫层龙材料仗宜选遗用碎听石、届卵石运、角字砾、课圆砾违、砾崭砂、产粗砂宽、中近砂或覆石屑(粒径幼小于2m驾m的部踪蝶分不逆应超灯过总捏重的45％)，应油级配长良好疼，不谢含植拔物残奶体、诊垃圾宫等杂柔质。谊当使认用粉幻玉细砂寺时，码应掺况入不贩少于视总重30％的章碎石挨或卵谦石。皱砂石驻的最什大粒硬径不稼宜大浙于50棚m器m，并叼通过地试验辽确定罪虚铺登厚度锦、振傲捣遍叨数、讲振捣来器功品率等土技术医参数竟。对权湿陷蝴性黄冈土地喷基，输不得幻玉选用励砂石皮等透黑水材剩料。（2）粉敏质粘许土土料狮中有肃机质突含量博不得痛超过5％，化亦不曾得含仓有冻博土或质膨胀帮土，杂不得汁夹有圾砖材项料。员当含混有碎腐石时挂，粒辛径不赌宜大肾于50京m罢m。（3）灰计土灰土沟的体黎积配荡合比刮宜为2:漏8或3:饥7。土寄料宜钞用粉同质粘庙土，太不宜愤使用暂块状括钻土刑和砂敢质粉坛土，躁不得靠含有码松软抓杂质怎，并血应过桂筛，辫其颗怪粒直堡径不冲得大卵于15常mm。石惧灰宜膝用新徒鲜的孩消石眼灰，义其颗逐粒粒岁径不挠得大训于5m默m。（4）粉妹煤灰可用爱于道载路、睡堆场揪和小誓型建晒筑物瞎、构陡筑物拣等的屈换填垫垫层努。粉抵煤灰硬垫层缠上宜维覆土0.还3—0.服5m。粉歼煤灰匹垫层汗中采泡用掺窄合剂议时，底应通含过试拔验确笑定其涨性能熄及适隙用条怕件。浑作为坝建筑蚁物垫加层的乘粉煤劣灰应热符合稻有关献放射怠性安钱全标烂准的友要求塔。粉和煤灰熊垫层够中的亭金属士构件泛、管伸网宜防采用火适当君防腐庆措施脾。大揉量填协筑粉订煤灰知时应侦考虑黎对地绒下水泊和土缘瑞壤的鸦环境掀影响穗。（5）矿负渣垫层倍使用嘴的矿秆谊是炕指高虑炉重逮矿渣职，可伯分为辞分级耻矿渣乘、混咏合矿懒渣及画原状锣矿渣没。矿绍渣垫豆层主载要用杯于堆叹场、疏道路旅和地电坪，驰也可载用于堡小型仰建筑菠物、浴构筑宗物地吃基。浮易受怎酸、济碱影宇响的们基础纸或地闸下管明网不查得采简用矿良渣垫握层。络大量播填筑寄矿渣轰时，个应考密虑对逼地下糕水和流土壤掩的环碍境影搁响。（6）其种他工估业废屈碴在有日可靠肌试验价结果横或成娇功工梦程经戚验时锦，对扩质地狱坚硬饱、性俘能稳虹定、华无腐浴蚀性排和放粉射性携危害裂的工欲业废纪碴等妻均可僚用于浸填筑浑换填浑垫层园。被仰选用赴工业蜡废渣统的粒截径、俗级配赵和施帜工工慨艺等陈应通裙过试享验确并定。（7）土掀工合线成材招料由分遍层铺艰设的蜻土工钻合成验材料票与地馅基土拐构成棕加筋扬垫层折。垫莫层填侦料宜生用碎照石、难角砾满、砾熊砂、龄粗砂锐、中预砂或登粉质晓粘土罪等材铅料。酿当工放程要安求垫喇层具催有排少水功棋能时硬，垫托层材洞料应陆具有茄良好垃的透屈水性搬。在橡软土出地基恨上使层用加迹筋垫料层时芦，应斑保证捷建筑违稳定砖并满救足允熊许变观形的狸要求警。（8）聚冤苯乙丛烯板疗块垫训层EP摆SEP酒S是发省泡聚煤苯乙丘烯俗弓名泡玻沫塑卷料。貌这种虏材料呀具有高超轻远的特貌点（桌密度掏约0.割2～0.时3k摆N/赔m3），昨仅为絮普通马路堤围填料穷质量云的1/睬50～1/亮10盐0；具休有耐均压缩务性（结压缩龙强度鉴可达30～14攀0k腐N/资m2）；似具有旋耐水蚕性及井化学绣稳定扒性。EP挠S块体宵具有庄自立抗性，拆对挡驰土结叉构承耍受侧畅向压知力很拔小。舱用EP拢S块铺鸣筑路追堤，强施工贫简单绪、快乒速、崭方便政，无限需大主型施帽工机催械，梨工期腥很短培。EP财S材料倾是公妈路路锁基理娘想的摇超轻蛮质填脏筑料题。特巨别是地在软勺土地苦基上得修筑兽高速航公路歼，可拿起到朴稳定搞路基耕，大湿幅度再减少偶沉降翻，消艘除桥背头跳朵车及奏降低铲对构导造物漠的水定平推我力等训作用蠢。从国零外工镜程实发例分锦析，EP泻S材料50执%以上牵用于胁道路版工程鹊，而民且主唯要用穗于路商堤填求筑。谋由于EP桑S具有日超轻察性、叔耐压遮缩性手、自捆立性颗、耐贷水性浇和施旬工简工单、需方便镇等优待点，贵应用换范围盲比较免广泛阳，不速仅使准用于卸各种怜道路胜，而私且在静铁路柔、停绍车场赠、公元园、慎住宅肯和各恐种建电筑物邪上使叉用，扭可以确用作商填土摊、结胜构物缸背面拍填料蒸、防瞎护设坏施等追。目前清该技链术已嘱推广牙应用叔在沪狮杭、档杭宁欣、甬赞台温宏、杭皱金衢悠、杭每州绕体城线野等高计速公锹路上糟，上固海已烂用于援同三糊国道醒上海保段的裳路基俩设计示。19叉95年，骄杭甬秘望童预跨线罩桥工骑程，怠与原药扩孔键建桥王方案比相比缠节省陆投资酷近80万元疾。19吴96年，魂杭州郊过境岸一级墨汽车滋专用爆公路龙，与告原桩纹式路昌堤方油案相束比节评省投介资近10隶5万元与。19毅96年，蓄玉环76省道圾泽坎脾线桥匀头滑谜移EP呢S处理菌，与烤扩孔善建桥威方案等相比条节省谨投资55万元包。19贷99年，绞杭宁撤高速妇公路窝湖州微段，容与原非扩孔助建桥弦方案挠相比芝节省宽投资12笋5万元屯。20五01年，镇杭金绝衢高强速公少路（堵杭州——金华——衢州换）萧衔山段毒，与疮相应虏建桥勺方案俩相比床节省察投资11尿5万元赶。（9）粉刺煤灰贿垫层粉煤汁灰垫堪层是础对软胖土地糟基采辣用的把换填慕加固越技术份之一技。粉化煤灰活排放虎堆积揉，不阴仅占滤用宝教贵的劝土地塘资源器，而苏且对隶生态斧环境线构成适不同亩程度拳的污辜染。农建造罩贮灰窝场又尿要耗扒费国区家大弹量的肤基本丈建设厦投资猫费用蓄和农暮业用捐地。拼因此妄，对引粉煤劲灰的腰处理帖和利帆用已气成为蒙我国略一个思比较份突出睡的经垄济和技社会叶问题促，迫悄切需耻要在夸岩土挽工程这范围乖内开断发利战用粉拉煤灰刃资源税，把数粉煤数灰作苹为软耀土换队境材浸料使默用。妈经上侄海宝汗钢工肿程、灿上海皱冷轧舌薄板王工程匠、上街海关塞港港迁区工怖程、色上海蜘外高宏桥港布区工闷程等葵各项躁重点全建设筐工程规境筑慌粉煤匪灰垫奋层的板工程尘实例德证明彼，粉哈煤灰半是一扮种良委好的久地基啦处理环材料卵资源补，具鬼有良屈好的伯物理束、力需学性统能，创能满圆足工病程设薄计技钱术要何求。1）自相重轻它。粉煤利灰相红对密哨度比很粘性喘土小铃得多拼，一抱般松口散重标度为6—7k仪N/颂m3，经漂轻型域击实茧试验撇击实店后干栗重度愁为9.们2—13营.5份kN闪/m3。因图此粉主煤灰恐的相雨对密晶度和坐重度让均比年粘性刮土为练小。握粉煤域灰自倘重轻砖给回熟填土钱工程惠带来贵有利恐的一斥面，包可降奇低对迫下卧当土层或的压女力，雄减少夸沉降咬，如处利用的该特她点，邪道路贸路堤绳的填焦筑工剂程高太度现柳在可姓提高订至8m，打艺破了绣土路横堤4.窜5m的高羡度极腹限。2）击奸实性震能好零。粉煤直灰的墙颗粒纤组成将特点离，使阔它具趣有可私振实字或碾天压的怜条件驱，击喜实试投验曲容线峰雁值段挤比天安然土仆具有孩相对久宽度团的最音优含陡水量币区间察，粉数煤灰舌的最养优含形水量的变动咱幅度衔是±4％，耍大于求土的±2％的涨变动阳幅度伯。因刻此，耽物煤柱灰在摩回演副施工剖过程爆中达饺到设百计密谱实皮捐要求捆的含脖水量买容易犬控制爽，施摄工质假量容休易得巨到保洪证。3）抗咬剪强归度抗剪暴试验班按直炊剪（兰快剪沈）和退三轴挂剪（灶固结庆不排掠本剪记）分滋别进乱行，匹粉煤栏灰的耻内摩盘擦角Φ粘聚嗓力c均与勾粉煤绵灰的幸灰种鹅、剪得切方害法、陷压实性系数规大小汽和龄谊期长误短有牵关。4）渗团透性由于僚粉煤与灰的购颗粒剪组成位近似毛砂质现粉土戏，压馆实过郊程与吗压实困初期埋都具资有较稀大的赏渗透向系数码，但卸随着编龄期叹的增仓加，后渗透答性能远逐渐结减弱翼，粉嗽煤灰谜还具湿有较滑强的满龄期车效应她。处题于松躁散状熄态下有的细状颗粒便并有融水存萄在时奋，会阴在常嚷温下秘与氢苦氧化糠钙产徐生化宾学反校应，崖形成灰具有该胶凝钳能力罩的化愧合物退，这洽种反堂应即分称为备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