换填法处理模板

地基处理2换填单位体积内干土的质量，亦即ρd=ms/V，干密度与土中水的含量无关，只取决于土的矿物成分与空隙度。如果土中的矿物成分固定，则干密度只取决于土的空隙度。因此可以说干密度愈大，土愈密实。第二章换填法处理第一节概述一、换填法的概念换填法又称做置换法、垫层法。将基础下一定深度范围内的天然软弱土层挖除，然后分层填入性能稳定、强度和模量相对较高、无侵蚀性的垫层，并夯(振、压、碾)实到所要求的干密度(密实度)，形成一个较好的持力层，达到提高承载力和减少变形的目的一种地基处理方法。［什么是干密度？］软土层垫层二、垫层材料换填的垫层材料可以是中、粗砂；卵、砾、碎石，素土、灰土、矿渣等无侵蚀性的低压缩性散体材料，以及其它性能符合要求的散体材料。注意：垫层材料虽然不同，但它们在承载力和沉降度这两个主要参数指标上，性能特征基本相近，因此，基本设计方法一致。三、换填处理的主要作用及适用范围1、提高地基的承载力(一)主要作用较弱天然地基土被人工处理垫层取代之后，其地基的抗剪切强度显著提高，承载力显著增大。垫层还将建筑物的基底压力分散到垫层之下面积更大范围的下卧的软土层之中，大大减少了下卧软土层所受的应力，并使其降低到允许的承载力范围之内基底压力结构荷载(1)变形模量值高、压缩性低的垫层可以减少原有软土垫层的这部分沉降量(浅层软土在总沉降量中占很大比例，其模量一般仅在1～1.5(最大4.5)Kpa，而垫层之模量值可达30Kpa；(2)垫层下卧的软土层所受应力的大大下降，故其沉降量也相应减少。2、减少基础的沉降量：在上部荷载作用下，软弱地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下面的软土不易固结，形成较大的孔隙压力，可能导致地基强度降低而破坏。3、加速软土层的排水固结进程：不透水基础与软弱土层接触时存在的问题：而当使用透水性好的砂，碎石类材料做垫层时，上面的垫层可以形成良好的排水面，大大促进基础下面软土中孔隙水的排水速度，加速垫层下面软土层的固结进程，提高地基强度。垫层材料的选取，要针对不同地区、不同土性而定4、防止地基冻胀：采用粗颗粒、大孔隙垫层材料，可大大消除毛细管水上升现象，这样一般可防止寒冷区土中结冰所造成的冻胀，此时，垫层底面当然应满足当地冻结深度要求。5、消除膨胀土的胀缩作用:对于厚度大的膨胀土，可用垫层直接将其换掉，消除因膨胀土的高胀缩性给建筑物造成的危害。6、隔水作用:对湿陷性黄土区，设置不透水垫层可有效防止地面水渗入到深部湿陷性黄土层中而造成的地基过大沉降。三、换填处理的主要作用及适用范围(二)适用范围换填法主要适用于对浅层地基的处理，一般深度不超过3m，且不小于0.5m，而在湿陷性黄土区或土质较好的场地，当坑壁可直立或边坡稳定时，处理深度可放宽到5m。各类垫层的工程适用范围及条件换填处理的地基土对象：应用范围广包括淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、素填土、杂填土、季节性冻土，以及暗沟、暗塘、洞、墓穴等的浅层地基土。四、换填处理施工方法将回填材料由开挖基坑中自深到浅分层填入压实到所要求的干密度，具体施工方法有：机械碾压法、平板振动压实法、重锤夯实法。第二章换填法处理第二节压实机理及压实参数的确定一、压实机理图2-1砂土和粘土的压实曲线压实过程实际上是排除空气、降低孔隙度的过程，其强度自然会提高，压缩系数相应下降。试验表明，在一定的压(振)实能量作用下，不论是粘性还是砂性土类，其压实结果均与其颗粒和水的相对含量有关，通常用干密度rd与含水量(w)的关系曲线来表达(图2-1)VaVwVsMsVMs土的总体积土粒质量干密度d(Vs、Vw、Va分别是土粒体积，土中水体积和空气体积)一、压实机理%100swMMw含水率）；MMw土粒质量土中水的质量s(VsVaVw（Vs）Vve土粒体积孔隙体积孔隙比孔隙总体积孔隙中水体积饱和度%100VvVwSr%100VVvn孔隙度（密度与g之乘积）ggVM..重度ggVMsdd..干重度minmaxmaxeeeeDr相对密实度流态塑性态坚硬态；；指数为相应土的塑性与液性为粘性土液限及塑限1100/)(,LPPPPLPLPLPPLII、I；Iww相对密实度:Dr定义1(理论表达式)minmax0maxeeeeDr定义2(实用表达式)ddddddrDminmaxmaxminemax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比ρdmax无粘性土的最大干密度ρdmin无粘性土的最小干密度ρd无粘性土的天然干密度或填筑干密度在一定的压实能量作用下，普洛特有如下的压实机理分析：不同类型土的压实机理(a)当含水量很小时，土颗粒表面仅存在结合水，颗粒相互间引力很大，此时土颗粒间相对移动困难，故土的密度增加量很小；（还与干摩擦系数大有关）(b)但是，随水量的增加，土粒表面薄膜水增厚，粒间引力迅速下降，则在外力作用下，颗粒间相互位置容易移动，就更容易达到颗粒间的紧密程度，干密度rd就会增加；1、粘性土(c)而当含水量继续增加时(并达到一定程度后)，孔隙中水量增加，尤其是饱和度达到85～90%后，孔隙中气体被水包围，并以微小的封闭气泡形成出现，并由表面张力而固定，此时，外力的增加反而更加难以挤出这些气体，因而压实效果越来越差；(d)再继续增加含水量时，外力的作用下，仅仅使孔隙水压增加并阻止土粒的移动，因而土体反而得不到压实，干实度下降(这也是形成单峰曲线的原因)。图2-1砂土和粘土的压实曲线2、砂类土对于砂类土而言：粒间水的存在主要起到减小粒间摩阻力的润滑作用。(a)在含水量递增初期，随w的增加，粒间摩阻力减少，土粒易于移动，则随外界压实作用的加强，土体被压实，干密度rd增加；图2-1由于砂土不存在粒间引力与结合水膜，因此，较粘土而言，砂土在含水量w较小的情形下，rd就已出现了最大值。(b)但是，当含水量达到某一值之后，水的减摩阻作用不再明显，而是像粘土一样，因粒间的存在阻止了颗粒的进一步挤密，并有可能在外力作用下(如振动)使砂粒处于悬浮状态，因而干密度下降。图2-1砂土和粘土的压实曲线关键性概念术语：最大干密度；最优含水量把土体在外界能量作用下所能达到的最大密实度称为最大干密度——rdmax;与最大干密度(rdmax)对应的含水量称之为最优含水量——wop二、外界压实能量与dmax、wop关系当外界压(振)实能量改变时，dmax~wop关系曲线基本形态不变，但是dmax的位置会发生改变，能量大，dmax也增加，相应的wop反而减少。为什么？这是因为：能量增加后，即使在较小含水量的条件下，也能使土颗粒发生相对移而使土体密实度增加，因压(振)实能量的改变而产生的不同压实曲线见图2-2图2-2压实功能对压实曲线的影响锤击数三、压实参数的确定压实参数首先通过室内的击实试验初步确定后，再据工程实际修正室内试验参数，进而指导现场施工。具体步骤如下：1室内击实试验操作步聚①样料制备：样品风干或在低于600C的温度下烘干并碾散，过5mm样筛拌匀备用；②估计所需加水量或最优含水量：测定土样风干含水量，按土的塑限(IP)估计最优含水量，依次相差约2%，其中有两个大于和两个小于最优含水量，计算所需的加水量；③样土制备：按预定含水量制备试样。称取土样(每个2.5kg)、喷水浸润（时间12小时～一昼夜）、静置、装袋、封存备用；④样品制备：装桶击实。将制备的试样装入专门击桶(600～800g)，用专用锤(重2.5kg锤底直径5cm)击实，落距46cm自由落击，每层20击(对粉、粘土为30击)，重复填、击第二、三层，击实完成后的余土高度不得高于击实桶之顶面10mm；⑤水量测定：取出击实试样(不扰动)并从中心取2个15～30g的击实土，测定其含水量；⑥不同预制样击实试验：按④、⑤重复进行其它不同预制含水量试样的击实试验；⑦计算与绘图：计算上述5个不同含水量(w)试样的5个相应干密度rd，并绘制出rd-w关系曲线，并获得rdmax、wop(图2-1)。此外，在室内还可以根据不同的锤击数(即不同的压实能量)得到数条rd-w关系数线(图2-2)。图2-1砂土和粘土的压实曲线图2-2压实功能对压实曲线的影响击实试验轻型：粒径小于5毫米重型：粒径小于40毫米3947cmVKgG5.2cmH5.3025mm下，分三层击实32104cmVKgG5.4cmH7.4556mm下，分5层击实击实仪手柄导桶击锤击实桶导杆土样底板击实仪结构示意图图2－1图2-2击实过程实际上就是确定不同击实度下的干密度rd与含水量间的w关系三、压实参数的确定2、依据工程实际修正室内试验参数施工机械，虚铺土厚度、碾压遍数，填筑含水量等都须由工地试验确定。（什么是虚铺土厚度？）图2-3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-室内击实试验实际中，由于土层现场条件与室内试验条件不同，很难得到与室内试验一样的结果，需要与室内试验结果进行比较后适当的修正(图2-3)。对现场的压实，通常以压实系数λc(土的控制干密度rd与rdmax之比)与施工含水量(最优含水量wop±2%)来进行检验。不同结构对土体密实度的要求见表2-1图2-3工地与室内击实试验比较碾压6(a),12(b),24(c)遍;d-室内击实试验表2-1不同结构对土体密实度的要求第二章换填法处理第三节施工方法与砂(碎)石垫层设计一、施工方法对软土地基，虽然不同材料的垫层其应力分布稍有不同，但从试验结果分析，其极限承载力都比较接近。此外，通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似。因此，各种材料的垫层设计计算方法相同，并按砂(砂石、碎石)垫层的计算方法进行。对于特殊土地基，所考虑解决问题的关键不同，故在设计上有所差异。1、机械碾压法•常用机械：平碾、羊足碾、压路机等（注意适用条件）•适用条件：大面积填土和杂填土等土方量较大的工程。•试验与施工：为了将室内实验结果用于设计与施工，必须研究室内击实实验与现场碾压的关系。所有施工参数(包括施工机械、铺筑厚度、碾压遍数、填筑含水量等)，要注意现场对压实系数λc与最优含水量wop的控制。•施工质量控制：a:土的含水量应为最优含水量wop；b:土的分层厚度300mm左右；c:检测压实系数λc与rdmax（由设计确定）。一、施工方法一、施工方法2、振动压实法•常用机械：振动压实机•适用条件：杂填土、炉渣、细砂、碎石土等透水性较好的地基土。•压实效果：压实效果与填土成分、振动时间等因素有关，因此施工前需要作试振，得出下沉量与时间的关系曲线。其关系曲线当然与所用振动机械振幅、频率、重量、振动力有关。•注意：不宜用于地下水位高的地基处理，否则要先采用排水措施降水，并注意边坡稳定，防止塌土混入砂石垫层中。一、施工方法3、重锤夯实法常用机械：由起重机将重锤提至一定高度后自由落下，重复夯击使土密实。施工要求：锤重15-30kN，落距2.5-4.5m，夯打8-12遍，影响深度1.2m左右。二、砂(砂石、碎石)垫层设计垫层设计的基本要求有两个：1）既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两则挤出而增大垫层的竖向变形量。0垫层设计的基本要求因此垫层设计的主要内容是确定垫层合理的厚度和宽度；2）在设计垫层厚度和宽度时，还应当使垫层下卧土层顶面的压力满足不大于下卧层承载力的要求。1垫层厚度的确定图中D为基础深度，垫层厚度z的确定依据是垫层底部软弱土层的承载力。因此，作用于垫层底面处土的自重应力pcz和相应的载荷效应标准组合时的垫层底面处的附加压力pz之和应当不大于垫层底面处经过修正后的地基承载力特征值（亦即下卧层的允许承载力）faz，即:pz+pcz≤faz(2-1)二、砂(砂石、碎石)垫层设计pzD(单位均为kPa)其中的附加应力Pz可利用弹性理论的土中应