第7讲 换土垫层法(第四章)

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第4章

置换

换土垫层法

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基底换填 0.6m

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灰土垫层施工检验

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铺设砂垫层

天津港开发区

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抽检砂垫层

路 基 填 土 砂垫层

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地下室底板下的砂垫层、砼垫层、防水层及砼保护层 地下室底板下的砂垫层、砼垫层、

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基础灰土垫层施工 阶段( 杨凌) 阶段(陕西 杨凌)

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4.1 概述

置换法：是指应用物理力学性质较好的 置换法：置换天然地基中的部分或全部软弱 岩土材料置换 岩土材料置换天然地基中的部分或全部软弱 土体或不良土体，形成双层地基或复合地基， 土体或不良土体，形成双层地基或复合地基， 双层地基或复合地基 以达到提高地基承载力，减少沉降为目的的 以达到提高地基承载力，减少沉降为目的的 提高地基承载力 一类地基处理方法。 一类地基处理方法。

特点： 特点：以置换为主 种类：换土垫层、石灰桩、强夯置换、 种类：换土垫层、石灰桩、强夯置换、EPS超轻质料填土、挤淤置换、褥垫、碎石桩置 EPS超轻质料填土、挤淤置换、褥垫、 超轻质料填土 砂桩置换、 换、砂桩置换、气泡轻质料填土8

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4.2.1 加固机理和适用范围

4.2 换土垫层法定义： 定义：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， 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， 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，压缩性能好的岩土材料( 后分层换填强度较大，压缩性能好的岩土材料(砂、 碎石、矿渣、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰) 碎石、矿渣、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(土工格栅),并压 它性能稳定、无侵蚀性等材料(土工格栅),并压 ), (碾、夯、振)实至要求的密实度，并形成垫层。 实至要求的密实度，并形成垫层。

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

加固机理：换填、振密、应力扩散。 加固机理：换填、振密、应力扩散。 种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、 种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉

煤灰垫层、 灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工 合成材料加碎石垫层等。 合成材料加碎石垫层等。

适用范围： 适用范围：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 处理。 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002) 建筑地基处理技术规范》(JGJ79-

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

垫层的作用有哪些？ 垫层的作用有哪些？(1)提高地基承载力。 (1)提高地基承载力。 提高地基承载力 (2)减少沉降量 减少沉降量。 (2)减少沉降量。 (3)加速软弱土层的排水固结 加速软弱土层的排水固结。 (3)加速软弱土层的排水固结。 (4)防止冻胀 防止冻胀。 (4)防止冻胀。 (5)消除膨胀土的胀缩作用 消除膨胀土的胀缩作用。 (5)消除膨胀土的胀缩作用。

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4.2 换土垫层法 垫层的作用： 垫层的作用：

4.2.1 加固机理和适用范围

(1)提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。 (1)提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。 提高地基承载力 如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土， 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。 的承载力，避免地基破坏。 (2)减少沉降量。 (2)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是 减少沉降量 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 比较大的。以条形基础为例， 量约占总沉降量50%左右。 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 50%左右 就可以减少这部分的沉降量。 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， 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。 土的沉降量。

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

(3)加速软弱土层的排水固结。 (3)加速软弱土层的排水固结。建筑物的不透水基础直接与 加速软弱土层的排水固结 软弱土层相接触时，在荷载的作用下， 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， 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， 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。 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， 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， 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。 的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

(4)防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料孔隙大， (4)防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生 防止冻胀 毛细管现象， 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。 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。 (5)消除膨胀土的胀缩作用 在膨胀土地基上可选用砂、 (5)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、 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， 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， 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。 垫层相同的材料回填。

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

振密机理当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大， 当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在 一定的外部压实功能作用下， 一定的外部压实功能作用下，如还不能有效地克服引力而 使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。 使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。当增大土样含 水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力， 水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压 实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。 实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。 但当土样含水量增大到一定程度后， 但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了 自由水，结合水膜的扩大作用就不大了， 自由水，结合水膜的扩大作用就不大了，因而引力的减少 就不显著，此时自由水填充在孔隙中， 就不显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土 粒移动的作用，所以压实效果又趋下降， 粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选 择一个”最优含水量”。 择一个”最优含水量”15

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

Gs ρ w Gs ρ w = = ρd = Gs w 1+ w 1+ e 1

+ 击实曲线 S

ρ

ρd =

ρ1+ w

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4.2 换土垫层法 特点： 特点：

4.2.1 加固机理和适用范围

峰点所对应的纵坐标值为最大干密度ρ (1) 峰点所对应的纵坐标值为最大干密度ρdmax, 对应的横坐标值为最优含水量wop。 对应的横坐标值为最优含水量w (2) 人工压实不是挤出土中水而是挤出土中气来 达到压实目的的。 达到压实目的的。 (3) 当含水量低于最优含水量时，干密度随含水 当含水量低于最优含水量时， 量不同的变化较大， 量不同的变化较大，即含水量变化对干密度的影响 在偏干时比偏湿时更加明显。因此， 在偏干时比偏湿时更加明显。因此，击实曲线的左 段(低于最优含水量)比右段的坡度陡。 低于最优含水量)比右段的坡度陡。

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4.2 换土垫层法

4.2.1 加固机理和适用范围

土的压实度(或压实系数λ 土的压实度(或压实系数λc),定义为土压实时要求达到 的干密度ρ 与室内击实试验所得到的最大干密度ρ 的干密度ρd与室内击实试验所得到的最大干密度ρdmax之 比值，可由下式表示： 比值，可由下式表示： =ρ λc =ρd /ρdmax在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。要求压实度 在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。 越接近于1 表明对压实质量的要求越高。 越接近于1,表明对压实质量的要求越高。根据工程性质及填土的 受力状况，所要求的压实度是不一样的。 受力状况，所要求的压实度是不一样的。 在工地上对压实度的检验，一般可用环刀法 灌砂(或水) 环刀法、 在工地上对压实度的检验，一般可用环刀法、灌砂(或水) 法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定土的干密度和含水量， 湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定土的干密度和含水量， 等来测定土的干密度和含水量 具体选用哪种方法，可根据工地的实际情况决定。 具体选用哪种方法，可根据工地的实际情况决定。

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4.2 换土垫层法 4.2.2 (垫层)设计 垫层)

1. 垫层材料 2. 垫层厚度 3. 垫层宽度 4. 沉降验算

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