换填法

第二章换填法第一节概述第二节垫层设计第三节换填法施工换填法(ReplacementMethod)：把基础底面下一定范围内的软弱地基土挖除，然后回填以工程性能好的土，压密后作为地基持力层。换填法作用提高地基承载力；减少基础沉降量；加速软土的固结排水；防止地基冻胀；减少地基的湿陷和胀、缩应用范围1.土层：淤泥、湿陷性黄土、膨胀土、杂填土、冻土等2.建筑物基础：中、小型建筑物为主3.深度：一般3米以下。垫层材料中粗砂、卵石、砾石、素土、灰土、矿渣换填法(ReplacementMethod)换填法换填法返回土的压实性：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表示击实试验《土工试验方法标准》（国家标准）轻型：d5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层25击，落高30.5cm重型：d40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5层56击，落高47.7cm土的压实性击实仪换填法a-碾压6遍；b-碾压12遍；c-碾压24遍；d-室内击实试验垫层设计一、垫层厚度二、垫层宽度换填法垫层厚度(z)垫层厚度计算可采用基础作用在软弱下卧层的附加应力计算公式zczzppf2cozbppbztg22cozlbppbztglztg条形基础：pz：垫层底面处的附加压力设计值（kPa）；pcz：垫层底面处土的自重压力标准值（kPa）；fz：垫层底面处土层的地基承载力设计值（kPa）矩形基础：p：基础底面压力设计值（kPa）；σco：基础底面处土的自重压力标准值（kPa）；b：基础底面宽度（m）；l：矩形基础底面长度（m）；θ：垫层压力扩散角。换填法返回换填材料z/b中、粗砂、砾石、卵石、碎石粘性土和粉土(8Ip14)灰土0.2520630=0.503023压力扩散角θ(单位：度)注：当时z/b0.25，除灰土取θ=30o外，其余材料θ=0；当0.25z/b0.5时，θ可由内插法求得。换填法垫层宽度'b'''200(0~0.26)120200(0.6~1.0)120(1.6~2.0)kkkfkPabbzkPafkPabbzfkPabbz'2bbztg计算值经验参考值换填法设计值的计算f：地基承载力设计值，kPa：fk：地基承载力标准值，kPa；γ：基础底部以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重，kN/m3；γo：基础底部以上土的加权平均容重，kN/m3；地下水位以下用浮容重，kN/m3；ηb，ηd：相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，按土类不同可查表得到；b：基础宽度，m。宽度小于3m按3m计算；大于6m按6m计算；d：基础埋深，m。(3)(0.5)kbdoffbd绪论GB50007-2002返回例:某楼房为四层砖石混合结构，其承重墙传至设计地面(0.00)的载荷为F=200kN/m。地基表层土为厚1.2m的杂填土，γ=17.2kN/m3，其下层为厚约8m的淤泥质土，γ=17.8kN/m3，承载力标准值fk=65kPa。地下水位为1.2m。试设计墙基的砂垫层。解题步骤：(1)垫层材料选择：(2)垫层承载力修正：(3)确定基础宽度：(4)确定垫层厚度：(5)确定垫层宽度：换填法8m1.2mγ=17.2kN/m3γ=17.8kN/m3fk=65kPa杂填土淤泥质土载荷F=200kN/m0.00(3)确定基础宽度：2001.44158.6201.0cFbmfd其中：γc=20kN/m3是基础与台阶上土的平均重度。基础宽度取b=1.5m。解：(1)垫层材料选择：垫层选择粗砂，根据表2-2(Slide4)，取垫层的承载力标准值fk=150kPa。基础埋深取d=1.0m。(2)垫层承载力修正：因为基础埋深d=1.00.5m，砂垫层承载力需要根据GB50007-2002有关条款进行修正：查表可知：ηb=0；ηd=1.0；则垫层承载力设计值为：(0.5)kdoffd　=150+1.017.2(1.0-0.5)=158.6kPa换填法(4)确定垫层厚度：试取垫层厚度z=2.0m。软弱下卧层(淤泥质土层)以上土的加权平均重度为：317.21.2(17.810.0)1.811.6/1.21.8okNm垫层下淤泥承载力(根据GB50007-2002查表可知：ηb=0；ηd=1.0)：(0.5)651.011.6(1.02.00.5)94.0()11.6(1.02.0)34.8zkdoczoffdkPapdzkPa基础底面处的压力为：1.01.02001.01.51.0201.01.5153.3cFbdpbkPa换填法Pcz查表砂垫层的压力扩散角θ=30o，所以：()21.5(153.311.61.0)1.522.03055.8ozobpdpbztgtgkPa于是：34.855.890.6czzzppf(5)确定垫层宽度：'21.522.0303.8obbztgtgm取垫层宽度'4.0bm根据，GB50007-2002该建筑物不须做地基变形验算。换填法换填法8m1.2mγ=17.2kN/m3γ=17.8kN/m3fk=65kPa杂填土淤泥质土载荷F=200kN/m0.00四层砖石混合结构1.0m2.0m基础垫层4.0m计算结果例:某楼房为四层砖石混合结构，其承重墙传至设计地面(0.00)的载荷为F=200kN/m。地基表层土为厚1.2m的杂填土，γ=17.2kN/m3，其下层为厚约8m的淤泥质土，γ=17.8kN/m3，承载力标准值fk=65kPa。地下水位为1.2m。试设计墙基的砂垫层。换填法施工一、施工方法1.碾压法；2.夯实法；3.振动压实法二、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。该法多用于含水量较低的大面积填土的压实和杂境土地基的处理。换填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低于有效夯实深度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。必须注意，夯击振动对邻近建筑物或其他设施会产生有害影响。必须采取有效预防措施，否则不族采用该法施工。1、主要设备和机具重锤夯实法的主要设备和机具有：起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。2、夯实工艺一般来说，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法施工(一)对材料的要求砂和砂石垫层用料虽不很严格，但一般要求含泥量低(不大于5％)，且不合植物残体、垃圾等有机物或其它异物。宜选质地坚硬的粒料。用于排水固结地基时，含泥量以不超过3％为宜。砂石料粒度构成要求级配良好，颗粒不均匀系数大于10为宜，且以中超砂为好。使用细砂时，应掺入25％一30％的碎石或卵石，其最大粒径不宜大于50mm。换填法颗粒不均匀系数Cu=d60/d10不均匀系数越大，土粒越不均匀。工程上把Cu＜5的土看作是均匀的，级配不好；Cu10的土看作是不均匀的，级配良好。式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10％，30％和60％时所对应的粒径。d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。6010230dddCc曲率系数Cc土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。Cu小，曲线陡；Cu大，易压密；Cc过大，台阶在d10~d30间；Cc过小，台阶在d30~d60间；土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点3％，不连续；纯净砾、砂，Cu=5，且Cc=1~3时，级配良好，否则，不良。换填法施工(二)施工要点(1)对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高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筑及邻近建筑的影响。(2)在地下水位高于基坑底面时．应采取排水或降低地下水位的措施；使基坑保持无积水状态(3)基坑开挖施工时及施工后均严禁扰动下卧软层，防止其被践踏、浸泡或冻结。为此，基坑开挖时应在坑底保留厚约200mm的一层原土．待铺填垫层时再挖至设计标高。(4)垫层铺填前，应做好验槽工作。于地基的孔洞、沟、井、暗塘、墓穴等，应将其挖除并核实。垫层铺筑时，应稳定，防止塌土混人垫层中。换填法(5)用碎石或卵砾石作垫层材料时，基坑底部要先铺填一层厚150一300mm的砂垫层，并用木夯夯实。不得使用振捣器，以防下部软弱土层(特别是淤泥或淤泥质土层)表面受到局部破坏。如果淤泥或淤泥质土层厚度较小，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤处理。即先在软弱土层上堆填块石，然后将其压入以置换和挤出软弱土。(6)垫层底面宜设在同一标高上．如深度不同，基坑底面应挖成阶锑形或斜坡搭接形，备分层搭接位置应错开0.5-1.0m水平距离。搭接处注意夯压密实．并按先探后浅的顺序进行垫层施工。(7)砂或砂石垫层的密实化处理是关键工序之一，直接影响垫层质量。常用的密实处理方法包括：振动法(平振、插振和夯实)、碾压法等。施工时在基坑内分层铺填砂或砂石，并逐层进行密实化处理，在下层密实度经检验合格后，方可进行上层施工。每层铺填厚度主要根据振动能量大小、设备重量和密实化原理的不同确定，一般在150一350mm。换填法施工(二)施工要点换填法垫层质量检验必须分层进行。每压实实系数，达到设计要求后，方可继续铺上层。采用下述两种方法检验。(三)质量检验换填法施工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态时的干土重度为合格，如中砂一般为15.5一16kN／m3。2．钢筋贯入法先将垫层表面的砂刮掉30mm，再将直径20mm，长度1250mm的平头钢筋以700mm的落距自由下落贯入垫层中。钢筋贯入度的合格值，可根据控制压实系数或控制干重度通过现场试验确定。钢筋贯人法检验点的间距应小于4m。换填法工程实例