第2章换土垫层法课件.ppt

第二章 换 填,第二章 换 填,本章主要内容1换填法的概念 2换填法分类与适用条件3换填法作用4换填法设计5换填法的施工要点6换填法的质量检验方法本章重点与难点:重点掌握换填法的概念、适用条件及其五个作用；对砂垫层厚度、宽度的设计；换填法的质量检验方法。,2.1 概 述,一、基本概念 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、基本原理 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。,2.1 概述,三、适用范围（1）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。（2）一般处理深度为23m，最大小于3m，不小于0.5m。适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。开挖基坑后，利用分层回填夯压，也可处理较深的软弱土层。但换填基坑开挖过深，常因地下水位高，需要采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或边坡需要支护；及因此易引起邻近地面、管网、道路与建筑的沉降变形破坏；再则施工土方量大、弃土多等因素，常使处理工程费用增高、工期拖长、对环境的影响增大等。因此，换填法的处理深度通常控制在3m以内较为经济合理。处理深度也要大于0.5m，如果垫层太薄，则换土垫层的作用不明显（3）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,三、适用范围（4）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。（5）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。(6)不同材料垫层的使用范围见表2-1(p19),2.1概述,2.1 概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,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,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,1.砂垫层（材料要求）（1）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。（2）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。（3）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%；（4）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。,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,2.粉质粘土垫层（材料要求）（1）土料中有机质含量不得超过5%，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。（2）粘土及粉土均难以夯压密实，故换填时均应避免采用作为换填材料，在不得己选用上述土料回填时，也应掺入不少于30%的砂石并拌合均匀后，方可使用。（3）当采用粉质粘土大面积换填并使用大型机械夯压时，土料中的碎石粒径可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否则将影响垫层的夯压效果。,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,3.灰土垫层（材料要求）（1）体积配合比宜为28或37。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。（2）灰土强度随土料中粘粒含量增高而加大，塑性指数小于4的粉土中粘粒含量太少，不能达到提高灰土强度的目的，因而不能用于拌合灰土。（3）灰土所用的消石灰应符合级以上标准，贮存期不超过3个月，所含活性CaO和MgO越高则胶结力越强。通常灰土的最佳含灰率为CaO+MgO约达总量的8%。石灰应消解34d并筛除生石灰块后使用。,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）+,4.粉煤灰垫层（材料要求）（1）可用于道路，堆场和小型建筑，构筑物等的换填垫层。（2）粉煤灰垫层上宜覆土0.30.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定其性能及适用条件。（3）作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采取适当防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。,4.粉煤灰垫层（材料要求）+=（4）粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。（5）按其燃烧后形成玻璃体的粒经分析，应属粉土的范畴。但由于含有CaO、SO3等成分，具有一定的活性，当与水作用时，因具有胶凝作用的火山灰反应，使粉煤灰垫层逐渐获得（6）一定的强度与刚度，有效地改善了垫层地基的承载能力及减小变形的能力。（7）不同于抗地震液化能力较低的粉土或粉砂，由于粉煤灰具有一定的胶凝作用，在压实系数大于0.9时，即可以抵抗7度地震液化。,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,5.矿渣垫层（材料要求）（1）垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、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。选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5%。（2）设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。,5.矿渣垫层（3）矿渣的稳定性是其是否适用于做换填垫层材料的最主要性能指标。当矿渣中CaO的含量小于45%及FeS与MnS的含量1%时，矿渣不会产生硅酸盐分解和铁锰分解，排渣时不浇石灰水，矿渣也就不会产生石灰分解，则该类矿渣性能稳定，可用于换填。（4）中、小型垫层可选用840mm与4060mm的分级矿渣或060mm的混合矿渣；较大面积换填时，矿渣最大粒径不宜大于200mm或大于分层铺填厚度的2/3。,2.1概述四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,6.其他工业废渣垫层（1）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。（2）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。,四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,7.土工合成材料垫层由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。作为加筋的上工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸长率不大于4%5%、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、土工格室、土工垫或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许变形的要求。,7.土工合成材料垫层土工合成材料是近年来随着化学合成工业的发展而迅速发展起来的一种新型土工材料，主要由涤纶、尼龙、睛纶、丙纶等高分子化合物，根据工程的需要，加工成具有弹性、柔性、高抗拉强度、低伸长率、透水、隔水、反滤性、抗腐蚀性、抗老化性和耐久性的各种类型的产品。如各种土工格栅、土工格室、土工垫、土工网格、土工膜、土工织物、塑料排水带及其他土工复合材料等。用于换填垫层的土工合成材料，在垫层中主要起加筋作用，以提高地基土的抗拉和抗剪强度、防止垫层被拉断裂和剪切破坏、保持垫层的完整性、提高垫层的抗弯刚度，因此利用土工合成材料加筋的垫层有效地改变了天然地基的性状，增大了压力扩散角，降低了下卧天然地基表面的压力，约束了地基侧向变形，调整了地基不均匀变形，增大地基的稳定性并提高地基的承载力。,四、垫层的分类（根据回填材料进行分类）,2.1概述,五、垫层的主要作用（5个）垫层的作用是：（1）提高地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少垫层下天然土层所承受的压力。从而使地基强度满足要求；(浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基的承载力，避免地基破坏。),垫层,基础,五、垫层的主要作用（5个）（2）垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；减少沉降量 一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例题是比较大的。以条形基础为例题，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂垫层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。,五、垫层的主要作用（5个）（3）加速软土层的排水固结；建筑物的不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。,五、垫层的主要作用（5个）（4）调整不均匀地基的刚度；（5）对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。防止冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。消除膨胀土的胀缩作用 在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用，但垫层厚度应依据变形计算确定，一般不少于0.3m，且垫层宽度应大于基础宽度，而基础的两侧宜用与垫层相同的材料回填。,2.2、勘察和调查要求,（1）查明地层土性质及不良地质现象；查明沟、塘、洞等分布范围和深度；查明填土的成分、范围、厚度、均匀性、填筑年限和方法等（2）查明地下水的埋藏条件、类型、埋深等；（3）查明地下管线、防空洞及地下障碍物的分布范围和走向；（4）查明换填土的来源、种类、规格、价格等,2.3、垫层的设计（以砂垫层为例）,2.3、垫层的设计,一、概述 垫层设计时，既要使建筑地基的强度和变形满足要求，还应使设计符合经济合理的原则。尽管垫层地基可以采用不同的材料，但垫层地基的变形特性则基本相似，现以砂垫层为例进行垫层的设计。对砂垫层的设计，既要求垫层有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层；又要求其有足够的宽度，以防止砂垫层向两侧挤出。,2.3、垫层的设计二、设计的内容与步骤,垫层厚度的确定,沉降计算,垫层宽度的确定,垫层承载力的确定,垫层设计,垫层尺寸,2.3、垫层的设计1.垫层厚度的确定（p22）,(1).垫层厚度:应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：(2-1)pz垫层底面处的附加应力设计值（kPa）;(图2-3)pcz垫层底面处土的自重压力值（kPa）；faz经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）,2.3、垫层的设计1.垫层厚度的确定,(2).pz、pcz、faz的确定垫层底面处的附加压力值 pz：条形基础：矩形基础：b-矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；l-矩形基础底面的长度（m）；P-基础底面压力的设计值（kPa）；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（）各种换填材料的应力扩散角值见表（23）。,2.3、垫层的设计1.垫层厚度的确定,表23压力扩散角（0）（p23的表2-3）,注；当zb0.25时，除灰土取=30外，其余材料均取=0o；当0.25 0.5时，值可内插求得砂垫层厚度计算时，一般是先根据初步拟定的厚度，再用公式（21）进行复核。砂垫厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太薄则换土垫层的作用不明显。采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，然后按上式校核。如不满足要求，则必须增加垫层厚度，直至满足要求为止。,。,2.3、垫层的设计2.垫层宽度的确定,垫层的宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原则进行设计。关于宽度计算，目前还缺乏可靠的方法。一般可按下式计算或根据当地经验确定。（2-4）b垫层底面宽度(m)；垫层的压力扩散角（），可按查表p23页的2-3；当z/b0.25时，仍按z/b=0.25取值。,注意！各种垫层的宽度在满足式（2-4）的前提下，在基础底面标高以下所开挖的基坑侧壁呈直立状态时，则垫层顶面每边比基础底边缘多出的宽度应不小于300mm；若按当地开挖基坑经验的要求，基坑须放坡开挖时，垫层的设计断面则呈上宽下窄的梯形。整片垫层的宽度可以根据施工要求适当加宽。,第三节、垫层的设计2.垫层宽度的确定,2.3、垫层的设计3.垫层承载力的确定,（1）垫层的承载力取决于材料性质、施工机械、质量等方面。（2）垫层的承载力一般宜通过现场试验确定。（3）缺乏资料时，可以根据p23的表2-4取值。（4）下卧层的承载力应满足（2-1）的要求。,2.3、垫层的设计4.沉降计算,（一）地基变形量计算的目的 地基基础设计规范规定，对于一些地基(重要建筑或垫层下存在软弱下卧层)除了进行承载力计算外，还需进行变形量计算，计算的目的是为了保证由于地基沉降而引起的建筑物上部结构的变形不出现妨碍使用的裂缝。（二）计算的对象重要的、有纪念性的大型建、构筑物；生产工艺上、使用上对地基沉降有特殊要求的建、构筑物；平面图形复杂的建、构筑物；相邻建筑物荷载和作用形式上显著不同时；因变形产生的沉降会影响正常使用，得事先计算地基变形以便设计时采取提高建筑物、构筑物低层标高的措施者；对地基不均匀沉降较敏感的建筑物或构筑物。垫层下存在软弱下卧层。,2.3、垫层的设计4.沉降计算,（三）、沉降量计算 建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量s1与下卧土层的变形量s2之和。即：s=s1+s2 s_基础的沉降量（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）各个压缩变形之和（mm)对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度大于天然土层密度的垫层，宜早换填并应考虑其附加的荷载对建造的建筑物及邻近建筑物的影响。,2.3、垫层的设计4.沉降计算,（1）垫层自身的变形量s1,（2）下卧土层的变形量s2,如果在下卧层内是成层土层,有n层,则其变形量:,地面,基底,Z i-1,Zi,Z,式中s地基最终变形量(mm)；s按分层总和法计算出的地基变形量；s沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，n地基变形计算深度范围内所划分的土层数；p0基础底面处的附加压力(kPa)；Esi基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算；zi、zi1基础底面至第i层土、第i1层土底面的距离(m)；ai、ai1基础底面计算点至第i层土、第i1层土底面范围内平均附加应力系数，可按本规范附录采用。,计算例题,（1）有一座四层砖混结构的办公楼，承重墙下为条形基础，宽1.2米，埋深1.1米，上部建筑物作用于基础的荷载为120KN/m，基础的平均重度为20KN/m3。地基土表层为粉质粘土，厚1.0m，重度为17.5KN/m3；第二层为淤泥质粘土，厚15m，重度为17.8KN/m3，含水量w=65%；地基承载力特征值为45kPa；第三层为密实的砂砾石。地下水距地表为1m，因为是软弱的地基土，不能承受建筑物的荷载，经几个方案比较，决定采用直接用人工就可施工的换填垫层法，对该办公楼进行地基处理。在垫层材料方面，采用中砂作为垫层，其承载力设计值按f=180KN/m2计算（施工时砂垫层密度控制在中密程度），重度取=19.5KN/m3。计算垫层厚 度与宽度,1砂垫层厚度的计算。在进行砂垫层厚度计算时，垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：Pz+Pcz FazPz-相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值（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）。采用该式确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，然后按上式校核。如不满足要求，则必须增加垫层厚度，直至满足要求为止。,首先，假设砂垫层的厚度为1m，并要求分层碾压夯实，重度达到=19.5KN/m3，然后进行砂垫层厚度的验算。根据现场的地质条件，基础底面平均压力为：Pk=F+G/b=120+1.2*1.1*20/1.2=142kPa 砂垫层底面的附加应力为:Pz=b(Pk-Pc)/(b+2ztan)（2-2公式）式中：b条形基础底面的宽度（m）；Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）Pcz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，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按压力扩散角表采用压力扩散角（）。注：当z/b0.25时，除灰土仍取28o外，其余材料均取0o；当0.25z/b0.5时，值可内插求得。,Pz=b(Pk-Pc)/（b+2ztan）Pz=1.2x(142（17.5+0.1*(17.8-10)）/(1.2+2*1*tan30o)=62.53kPa Pcz=17.5+1.1x(17.8-10)=26.08kPa 经深度修正后的地基承载力特征值为 Faz=fak+b.(b-3)+d.m(d-0.5)=45+1*(17.5*1+7.8*1.1)/2.1)*(2.1-0.5)=64.87kPa fa修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值，按本规范第5.2.3条的原则确定；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4取值；基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；m基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。Pz+Pcz=62.53+26.08=88.61kPa64.87kPa，不满足要求,这说明所设计的垫层厚度不够，再假设垫层厚度为2m，进行计算，可得Pz=1.2*(142-17.5-7.8*0.1)/(1.2+(2*2*tan30o)=148.464/3.509=42.31Kpa pcz=17.5+2.1x(17.8-10)=33.88kPa Faz=fak+b(b-3)+dm(d-0.5)=45+1*(17.5*1+7.8x2.1)/3.1x(3.1-0.5)=73.42kPa Pz+Pcz=42.31+33.88=75.64kPa73.42kPa 不满足要求 这说明所设计的垫层厚度不够，再假设垫层厚度为2.3m，进行计算，可得 3.2砂垫层宽度的计算。垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，或从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡，整片垫层的宽度可根据施工的要求适当加宽。确定砂垫层的底宽b为 b=b+2ztan=1.3+2.z.tan30o=.,练习题,下卧土层的变形量计算某厂房为框架独立结构，基础底面为正方形，边长l=b=4.0m，上部结构传到基础顶面上的荷载为1440KN，基础埋深d=1.0m。地基土为粉质黏土，土的天然重度=16.0KN/m3，地下水位埋深为3.4m，地下水位以下的土的饱和重度为18.2KN/m3。土的压缩系数：地下水位以上Es1=5.5MPa；地下水位以下Es1=6.5MPa，地基承载力标准值fak=94KPa，计算其沉降量S2。,计算图,地面,基底,Z12.4,Zn7.8,d1.0,2.4垫层施工,垫层所采用的换填材料不同，垫层的施工方法和施工机械也有所不同。一、施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用振动碾；粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。,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,2.4垫层施工,二、垫层施工方法 1机械碾压法、2重锤夯实法、3平板振动法1机械碾压法机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土，常用的压实机械见表211（p35）。此法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的工程。,2.4垫层施工表211垫层的每层铺填厚度及压实遍数,二、垫层施工方法,1机械碾压法在工程实践中，对垫层碾压质量进行检验时，要求获得填土的最大干密度。当垫层为砂性土或粘性土时，其最大干密度宜采用击实试验确定。为了将室内击实试验的结果用于设计和施工，必须研究室内击实试验和现场碾压的关系（图2-2）(p21)。,二、垫层施工方法 1机械碾压法,图22(p21)工地试验与室内击实试验的比较a碾压6遍；b碾压12遍；c碾压24遍；d室内击实试验,2.4垫层施工二、垫层施工方法,1机械碾压法最优含水量：能够获得填土最大干密度的含水量称为最有含水量。含水量较小时颗粒间引力较大阻止颗粒移动；而含水量较大时，空隙中有自由水出现阻止颗粒移动。在合适的含水量时，结合水膜较厚，颗粒引力较小，在相同压实条件下，颗粒较易移动，有较好的压实效果。,2.4垫层施工二、垫层施工方法,1机械碾压法压实系数：工地试样的干密度与击实试验获得的最大干密度的比值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op2%的范围内；粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在op4%的范围内最优含水量可通过击实试验确定，也可按当地经验取值,二、垫层施工方法,1机械碾压法所有施工参数（如铺筑厚度，碾压遍数与填筑含水量等）都必须由现场试验确定。在施工现场相应的压实功能下，现场所能达到的垫层最大干密度一般都低于击实试验所得到的最大干密度。由于现场条件毕竟与室内试验的条件不同，因而对于现场施工效果应以压实系数及施工含水量作为控制标准。,1机械碾压法 在不具备试验条件的场合，也可以按照表4.2.6（下页）中的参数（压实系数）对施工质量进行预控。由于碾压机械的行驶速度对垫层的压实质量及施工工作效率有很大影响，为保证垫层的压实系数及有效压实深度能达到设计要求，对机械碾压时机械的行驶速度进行控制是完全必要的。按照建筑地基处理技术规范（JGJ7991）规定，几种机械的碾压行驶速度不应超过以下标准：平碾，2.0km/h；羊足碾，3.0km/h；振动碾，2.0km/h；振动压实机，0.5kmh。,2.4垫层施工,二、垫层施工方法,2重锤夯实法重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，不断重复夯击以加固地基。经夯实后地基表面形成一层比较密实的土层，从而提高地基表层土的强度；或者减少黄土表层的湿陷性；对于杂填土则可以减少其不均匀性。重锤夯实法一般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、杂填土和分层填土地基。重锤夯实法的主要施工设备为超重机械：夯锤、钢丝绳相吊钩等。当直接采用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起重力一般应大于锤重的三倍。当采用自动脱钩夯锤时，起重力应大于夯锤重量的5倍。夯锤宜采用圆台形状，锤重宜大于2T，锤底面单位静压力15kPa20kPa。夯锤落距宜大于4m。,2重锤夯实法,当对条形基槽和面积较大的基坑进行夯击时，宜按照一夯挨一夯的顺序进行；而在面积较小的独立柱基基坑内夯击时，宜按照先外后里的跳打顺序夯击。累计夯击10次20次，最后两击的平均夯沉量，对砂土不应超过5mm10mm,对细颗粒土不应超过10mm21mm。随着夯击遍数的增加，土的每遍夯沉量会逐逝减小，当达到一定的夯击遍数后，继续夯打的效果已不大。因此，重锤夯实的现场试验成确定最少的夯遍数，最后两遍的平均夯沉量和有效夯实深度等。一般重锤夯实的有效夯实深度约为锤底直径的一倍左右，并且可以消除1.0m1.5m厚土层的湿陷性。,二、垫层施工方法,3平板振动法平板振动法是使用振动压实机（图2-9）（p34）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浅层地基处理方法。振动压实机的工作原理是由电动机措动两个偏心块以相同速度反方向转动而产生很大的垂直振动力。其自重为2T，频率为1160转分1180转分，振幅为3.5mm，振动力可达50kN100kN，并能通过操纵机械使它前后移动或转弯。,图2-9振动压实机示意图1操纵机械；2弹簧减振器；3电动机；4-振动器；5振 动机槽轮；6减振架；7振动板,3平板振动法,3平板振动法,振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，基槽两边先振实，中间部分后振，振实标准是以振动机原地振实不再继续下沉为准，并辅以轻便触探试验检验其均匀性和影响深度。振实后的地基承载力应由现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100kPa200kPa 实验证实，处于被扳动状态的土，在适当的上覆压力条件下会达到相当好的压实效果。,三、砂垫层的施工要点,1砂垫层和砂石垫层的材料，宜采用题起级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石，石子的粒径不宜大于50mm，砂、石料中不得含有杂物，含泥量不应超过5。对用作排水固结的砂垫层，其含泥量不宜大于3。粉细砂也可以作为垫层的材料，但因其不易压实，而且强度也不高，此时宜掺入2530的碎（卵）石，以保证垫层的密实度和稳定性。2为了使砂垫层达到设计要求的密实度，施工时需要把握的关键问题是：控制好采用各种夯（压、振）实方法时的分层铺筑厚度及施工时的最优含水量(p20图2-1)和最大干密度。采用何种施工方法，施工时分层铺填的厚度以及每层的压实遍数，宜通过试验确定。采用各种夯（压、振）实方法时，每层铺筑厚度及最优含水量可参考下表2-15。,表2-15砂和砂石垫层的每层虚铺厚度及最优含水量,注：1在地下水位以下的垫层，其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm。2如用振动压路机，则每层铺筑厚度可以提高。,三、砂垫层的施工要点,3在软土层上采用砂垫层时，应注意保护好基坑底部及侧壁士的原状结构，以免降低软土的强度。在垫层的最下面一层，宜先铺设150mmmm厚的松砂，用木夯仔细夯实，不得使用振捣器当采用碎石垫层时，也应该在软土上先铺一层厚度为150mm300mm的砂垫底。4当用细砂作为垫层材料时，不宜使用振捣法和水撼法 5当用人工级配的砂石铺设垫层时，应将砂石拌和均匀后，再进行铺筑和捣实6铺筑前应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土基坑（槽）两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴等，应在未做垫层前加以填实。另外，垫层施工前必须在室内做击实试验。,2.4垫层施工,四、其他施工要点 1.当垫层底部存在古井、古墓。洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应根据建筑对不均匀沉降的要求予以处理，并经检验合格后，方可铺填垫层。2.基坑开挖基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，可保留约200mm 厚的土层暂不挖去，侍铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏。受冻或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150300mm厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。3.基坑排水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，必要时应采用降低地下水位的措施。,2.4垫层施工,（四）、其他施工要点4.垫层分段施工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。粉质粘土及灰土垫层分段施工时，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小于500mm。接缝处应夯压密实，灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压。灰土夯压密实后3d内不得受水浸泡。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，每层验收后应及时铺填上层或封层，防止干燥后松散起尘污染，同时应禁止车辆碾压通行。垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填。,2.4垫层施工,四、其他施工要点5.土工合成材料垫层的注意事项铺设土工合成材料时，下铺地基土层顶面应平整，防止土工合成材料被刺穿、顶破。铺设时应把土工合成材料张拉平直、绷紧，严禁有折皱；端头应固定或回折锚固；切忌曝晒或裸露；连结宜用搭接法、缝接法和胶结法，并均应保证主要受力方向的连结强度不低于所采用材料的抗拉强度。,2.5垫层质量检验,（一）要求垫层施工过程中和施工完成以后，应进行垫层的施工质量检验，以验证垫层设计的合理性和施工质量。必须首先通过现场试验，在达到设计要求压实系数的垫层试验区内，利用贯入试验测得标准的贯入深度或击数，然后再以此作为控制施工压实系数的标准，进行施工质量检验。（二）.检验方法对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验也可用环刀法、贯入仪、静力触探、轻型动力触探或标准贯入试验检验；对砂石、矿渣垫层可用重型动力触探检验，并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质量。压实系数也可采用环刀法、灌砂法、灌水法或其他方法检验。,2.5垫层质量检验,（1）环刀取样法在夯（压、振）实后的垫层中用容积不小于200cm3的环刀取样，测定其干土重度，以不小于该换填料在中密状态时的干土重度数值为合格。（例如：中砂在中密状态时的干土重度一般为15.5kN/m316.0kN/m3）对砂石或碎石垫层的质量检验，可以在垫层中设置纯砂检查点，在同样施工条件下，按上述方法检验，或用灌砂法进行检查。,2.5垫层质量检验,（2）贯入测定法检验时应先将垫层表面的填料刮去30mm左右，并用贯入仪、钢筋或钢叉等以贯入度大小来检查垫层的质量，以不大于通过试验所确定的贯入度为合格。钢筋贯入测定法是用直径为20mm，长125cm的平头钢筋，举起并离开垫层层面0.7m处自由下落，插入深度根据该垫层的控制干土重度确定。钢叉贯入测定法是采用水撼法使用的钢叉，将钢叉举离垫层层面0.5m处自由落下。同样，插入深度应该根据此垫层的控制干土重度确定。,2.5垫层质量检验,（3）注意要点采用环刀法检验垫层的施丁质量时，取样点应位于每层厚度的2/3深度处。检验点数量，对大基坑每50100m2不应少于1个检验点；对基槽每1020m不应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时，每个单体工程不宜少于3点；对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的面积确定检验点数。,换填法计算实例+,某建筑物矩形基础，长1.2m，宽1.2m，埋深1.0m，上部荷载作用于基础底面的荷载为144kN，允许沉降为25cm，基础及基础上土的平均重度为20kN/m3，地下水埋深1m，场地地层分布如图。采用砂垫层法对地基进行处理，砂垫层的厚度为1m，应力扩散角为25度，承载力为160kPa,压缩模量为20MPa。求：垫层底面处附加应力垫层与下卧层沉降量,2.6工程实例,本节概述 上海机械学院动力馆砂垫层地基处理工程。一、工程概况 上海机械学院动力馆是三层混合结构，建造在冲填土的暗浜范围内，上部建筑正立面与基础平剖面布置如图25和图26所示。二、工程地质条件 建筑物场地系一池塘，冲填时塘底淤泥未挖除，地下水位较高，冲填龄期虽然已达40 年之久但仍未能固结。其主要物理力学性质指标见表25。在基础平面外冲填土层曾做过两个载荷试验，地基承载力标准值为50kPa和70kPa。,图25建筑物正立面,图26基础平剖面,表25地基土主要物理力学指标,三、设计方案选择 设计时曾经考虑过下列方案：1挖除填土，将基础落深，如将基础落深至淤泥质粉质粘土层内，需挖土4m，因而土方工程量大，地下水位又高，塘泥淤泥渗透性差，采甩井点降水效果估计不够理想，且施工也十分困难。2打钢筋混凝土20cm20cm短桩，长度5m8m，单桩承载力50kN80kN。通常以暗浜下有粘质粉土和粉砂的效果较为显著当无试验资料时，桩基设计可假定承台底面下的桩与承台底面下的土起共同支承作用。计算时一般按桩承受荷载的70计算，但地基土承受的荷载不宜超过30kPa。本工程因冲填十尚未固结，需做架空地板，这样也会增加处理造价。3采用基础梁跨越。本工程因暗浜宽度太大，因而不可能选用基础梁跨越方法。4采用砂垫层置换部分冲填土。砂垫层厚度选用0.9m和1.5m两种，辅以井点降水，并适当降低基底压力，控制基底压力为74kPa，经分析研究，最后决定采用本方案。,四、施工情况 1砂垫层材料采用中砂，使用平板振动器分层振实，控制土的干密度为1.6t/m3。2建筑物四周布置井点，开始时井管滤头进入淤泥质粉质粘土层内，但因暗浜底淤泥的渗透性差，降水效果欠佳，最后补打井点，将滤头提高至填土层层底。五、效果评价 1由于纵横条形基础和砂垫层处理起到了均匀传递扩散压力的作用，并改善了暗浜内列，填士的排水固结条件。冲填土和淤泥在承受上部荷载后，孔隙水压力可通过砂垫层排水消散，地基土逐渐固结，强度也随之提高。2实测沉降量约200mm，在规范容许沉降范围以内，实际使用效果良好。,本章练习题,1什么是换土垫层？2换土垫层作用是什么？3砂垫层的设计计算程序？P38 2/3/6/10,