换填垫层法

组员：童溢芳吴过之金龙涛胡磊磊朱邦杰主要内容一、概述二、垫层设计三、垫层的施工要点四、质量检验一、概述1.换填垫层法（ReplacementandCushion）是指挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。2.适用范围换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，包括淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗塘、暗沟等浅层处理。对回填不同材料形成的垫层，可称之为该垫层材料3.换填垫层的作用：1、提高地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少垫层下天然涂层所承受的压力，从而使地基强度满足要求。2、垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量。3、加速软土层的排水固结。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、膨胀性或冻胀性。1.垫层的厚度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：式中Pz-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)。二、垫层设计(DesignofCushion)垫层底面处的附加压力值可按扩散角计算，如图所示。Pz+Pcz≤faz式中：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）；Pc-基础底面处土的自重压力值（Kpa）；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）；条形基础矩形基础θtan2)-b(PkzbPcPz+=)tan2)(tan()-(zlbPcPkblPzz-基础底面下垫层的厚度（m）；θ-垫层的压力扩散角（°），宜通过试验确定，当无试验资料时，可按下表1采用。表1压力扩散角θz/b中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土粉煤灰灰土0.2520628≥0.503023注：1当z/b＜0.25时，除灰土取θ=28外，其余材料均取0;2当0.25＜z/b＜0.5时，θ值可内插求得。一般情况下，换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。垫层过薄，作用不明显；垫层过厚，需开挖较深，经济、技术上不合理。当地基土较软且厚或基地压力较大时，应考虑其他加固方案。2.垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式确定：式中b´-垫层底面宽度（m）；θ-压力扩散角，可按表1采用；当z/b＜0.25时，仍按表中z/b=0.25取值。整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。垫层顶面的宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。b’≥b+2ztanθ三、垫层材料与垫层压实标准（1）砂石：宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2㎜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0.07㎜的部分不应超过总重的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50㎜。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水性材料。（2）粉质黏土：土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质黏土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。1.垫层材料（3）灰土：体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质黏土，不宜用块状黏土和砂质黏土，不得含有松软杂质，并应过筛，其粒径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的的消石灰，其粒径不得大于5mm（4）粉煤灰：可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填层。粉煤灰垫层上宜履盖厚0.3-0.5米的粘性土，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。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。(5)矿渣：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。矿渣垫层主要用于地坪、道路、堆场和小型建筑、构筑物等地基。选用矿渣的松散重度不小于11KN/m³，有机质及含泥量不超过5%。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程后方可使用。矿渣的稳定性是其是否适用于做换填层材料的最主要性能指标。作为建筑物垫层的矿渣应符合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。（6）其他工业废渣：在有可靠试验结果或成功工程经验时，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。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。2.垫层压实标准垫层的压实标准如图。对于工程量较大的换填垫层，应按所选用的施工机械，换填材料及场地的土质条件进行现场试验，以确定压实效果。三、垫层的施工要点1.垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质黏土，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；沙石等宜用振动碾；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。2.垫层的施工方法，分层铺填厚度，每层压实遍数等通过试验确定。除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备及下卧层土质条件确定厚度外，一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200—300mm。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。3.粉质黏土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含水量±2%的范围内，粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在最有含水量±4%的范围内。最优含水量可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。4.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，待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150—300mm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。四、质量检验1.对粉质黏土，灰土，粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用环刀法，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应对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.垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合实际要求后铺填上层土。3.采用环刀法检验垫层的施工质量时，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50-100平方米必应少于1个检验点；对基槽每10-20平方米不应少于1个检验点；每个独立柱基不应少于1个检验点。采用贯入仪或动力出摊检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。4.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个检验点；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。