第5讲换土垫层法讲课-

彭李晖2021/10/10星期日1第5讲换土垫层法换填垫层法土的填筑土的压实2021/10/10星期日2

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，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填法。定义：§2.1换填垫层法2021/10/10星期日3《建筑地基处理技术规范》JGG79-2019中规定：4.1.1换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

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，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换填法。适用性：§2.1换填垫层法2021/10/10星期日4通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需要采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多等因素，从而使处理费用增高，工期延长，因此换填法的处理深度通常宜控制在3米以内。但也不应小于0.5米，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著。在湿陷性黄土地区或土质较好场地，一般坑壁可直立或边坡稳定时，处理深度可限制在5米以内。“软弱土层的厚度又不很大”与“浅”----到底是多少米？在实际工程中，什么情况下优先选用该法？适用性：§2.1换填垫层法2021/10/10星期日52垫层设计

（掌握）1、垫层的厚度的确定2、垫层宽度的确定3、垫层承载力的确定4、沉降计算软基换填路段（2米片石垫层+砂砾换填+土工格栅）2021/10/10星期日6通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需要采取降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护，以及施工土方量大、弃土多等因素，从而使处理费用增高、工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控制在3m以内，也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著。处理深度2021/10/10星期日7砂垫层的厚度设计

（砂石、碎石）垫层

砂垫层厚度z应根据砂垫层底面下卧层的承载力及建筑物对地基变形要求确定。按下卧层的承载力确定

b

回填土B

=b+2ztgdzPZ+pCZfz

填z

pCZpCD2021/10/10星期日8各参数的计算砂（砂石、碎石垫层）PZ+pCZfz条形基础矩形基础,平面分布fz-经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值2021/10/10星期日92021/10/10星期日102021/10/10星期日112.4垫层施工（掌握）1砂和砂石垫层1.1材料要求：1级配良好，不均匀系数不小于10；2以中粗砂为主，可添置少量碎卵石但要分布均匀，最大粒径不大于50mm；2021/10/10星期日121.2施工要点1施工中关键将砂加密到设计要求的密实度2021/10/10星期日132021/10/10星期日142铺筑前，应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土；3人工级配的砂石垫层，应将砂石拌和均匀后，再进行铺填捣实；4捣实砂石垫层时，应注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度。因此，对基坑下灵敏度大的地基上，在垫层最下一层宜先铺设一层15~20cm的松砂，只用木夯夯实，不得使用振动器，以免破坏基底土的结构。2021/10/10星期日151.2灰土垫层1.2.1材料要求：1石灰与土体积2:8或3:7，宜用粉质粘土；2石灰采用熟石灰不得含有过多水分，粒径不得大于5mm；3一定范围内，灰土强度随石灰增大而增大；4二灰垫层强度更高。2021/10/10星期日161.2.2施工要点1施工时，应将灰土拌和均匀，控制含水量，如土料水分过多或不足时，应晾干或洒水润湿，一般可按经验在现场直接判断，其方法为手握灰土成团，两指轻捏即碎。这时，灰土基本上接近最优含水量；2夯实后灰土3d内不得受水浸泡；3掌握分层虚铺厚度2021/10/10星期日171.3碎石矿渣1碎石和矿渣有足够的强度，变形模量大，稳定性好;2垫层本身还可以起排水层的作用，并加速下部软弱土层的固结。2021/10/10星期日181.4粉煤灰垫层1虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若元试验资料时，可选用铺筑厚度200~300mm，压实厚度150~200mm;2施工时宜当天铺筑，当天压实。若压实时呈松散状，则应洒水温润后再压实。若出现"橡皮"土现象，则应采取开槽、翻开晾晒或换灰等方法处理；3压实后粉煤灰垫层防水，防冻。2021/10/10星期日19粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，每年排放量与日俱增。粉煤灰是电厂在煤粉燃烧过程中，当煤通过炉膛高温时绝大部分矿物杂质在高温下熔化，在被送到低温区时固化成球状颗粒的玻璃体。粉煤灰的处理与利用已为我国一个比较突出的经济和社会效益问题注意2021/10/10星期日20粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响自重轻对工程来讲是好还是不好？粉煤灰比重比粘性土小得多，一般松散重度在６－７kN/m3间，经轻型击实试验后干密度为0.92~1.35t/m3;比土要轻的多，产生差别的原因在于粉煤灰主要是以硅，铝为主的非晶态玻璃球体组成，结晶矿物含量较少。而粘性土矿物都由石英、长石和粘土矿物等晶体组成。2021/10/10星期日21粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响粉煤灰的颗粒组成特点，使它具有可振实或碾压的条件，击实试验曲线峰值段比天然土具有相对较宽的最优含水量区间。粉煤灰的最优含水量变动幅度是±４％，大于土的２％的变动幅度。因此，粉煤灰在回填过程中达到设计密实度要求的含水量容易控制，施工质量容易得到保证。2021/10/10星期日22粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响

c，￠应通过室内土工试验确定。当无试验资料时，可定为当压实系数为0.9~0.95时，￠＝２３～３０，c=5-30kPa2021/10/10星期日23粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响粉煤灰的压缩性能与击实功能、密实度和饱和程度等因素有关。上海规范指出应通过土工试验确定，当无试验资料时，在压实系数为0.9~0.95时，Es＝８～２０Ｍpa2021/10/10星期日24粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响松散粉煤灰垫层具有遇水强度降低的特性，但经压实后承载能力的试验结果可知，遇水后强度降低的特性降低。当无试验资料时，压实系数为0.9~0.95时的浸水垫层，其容许承载力可采用120~200kPa,但尚应满足软弱下卧层的强度和地基变形要求。2021/10/10星期日25粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，压实过程中与压实初期具有较大的渗透系数，但随着龄期的增加，渗透性能逐渐减弱。粉煤灰有火山灰反应—龄期效应2021/10/10星期日26粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响粉煤灰在压实后不会发生液化2021/10/10星期日27粉煤灰垫层粉煤灰简介粉煤灰的工程特性及其对环境的影响

自重轻击实性能好抗剪强度压缩性承载能力渗透性抗液化性对环境的影响粉煤灰的PH值较高，大于土壤本底值，但随着时间的推移，实践证明PH值会衰减到接近土壤本底值，一般能满足有关环境保护的要求。粉煤灰中微量有害元素，特别是其浸出液中，有害元素的溶出对土壤和地下水的影响是又一个环境影响问题。2021/10/10星期日281.5加筋土垫层2021/10/10星期日291.5.1施工要点1垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂，中砂等材料，不宜含有氯化钙、碳酸钠、硫化物等化学物质；2垫层材料具有良好透水性；3下铺地基土层顶面应平整；4土工合成材料连接宜采用搭接法、缝接法和胶结法；5避免暴晒。2021/10/10星期日30工程实例1:拟建场地地貌单元属于洛河河漫滩，ztt层厚0.5~3.5m，土质杂乱；原砾层厚1.0~2.1m，fk=180kpa；粉土厚0.5~2.0m，fk=80kpa；卵石层厚超过6.0m，fk=400kpa，场区地下水位稳定在自然地面3.0m左右，赋水量较大。场地将建立5座相仿的7层住宅楼。工程实例2021/10/10星期日31工程实例2堆箱区总面积14.5万平方米。拟建场地自上而下1填土：灰褐色，可塑，主要为粉质粘土、粉质粘土混碎石为主，局部含中等风化片麻岩碎石，直径20~50cm，厚度1.4~2.0m。2抛石：杂色，松散，主要为强风化~弱风化片麻岩碎石，直径200~1000mm含量大于70%，棱角状，粘性土充填。揭露厚度1.2~2.6m分布广泛。3淤泥：灰色，土质均匀，细腻，偶夹粉砂团块，厚度8m左右，孔隙比大力学强度低。3粉质粘土：灰黄色，可塑，局部软塑，土质不均匀，夹粉土薄层，该层分布广泛厚度2.2~3.7m，承载力特征值200kpa。4粉土：灰黄色，中密，土质不均匀，摇振迅速，承载力140kpa。5粉质粘土：黄灰色，软塑~可塑，层厚分布稳定。145kpa。2021/10/10星期日322021/10/10星期日331

填土压实

1.1.1土料要求：

填方土料应符合设计要求，设计无规定时应符合以下规定：⑴碎石类土、砂土和爆破石渣（粒径不大于每层铺厚的2/3），可用于表层以下的填料；1.1填土的要求

⑶碎块草皮和有机质含量大于8%的土，仅用于无压实要求的填方；

⑵含水量符合压实要求的粘性土，可用作各层填料；1填土压实第5讲2021/10/10星期日34⑷淤泥和淤泥质土，一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过含水量处理符合压实要求后，可用于填方中的次要部位。

含有大量有机物的土壤、石膏或水溶性硫酸盐含量大于2%的土壤、冻结或液化状态的土壤不能作填土之用。精细的路基填料1填土压实第5讲2021/10/10星期日351.1.2

最佳含水量

回填土含水量过大过小都难以夯压密实，当土壤在最佳含水量的条件下压实时，能获得最大的密实度。土壤过湿时，可先晒干或掺入干土；土壤过干时，则应洒水湿润以求取得较佳的含水量。回填土翻晒1填土压实第5讲2021/10/10星期日36饱和曲线粘性土砂土粘性土在某种压实功能下（标准压实功能）达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度砂土：①不存在最优含水量；②在完全风干和饱和两种状态下易于击实；③潮湿状态下不易击实§2.2压实原理及压实参数土的压实机理

人们很早就用土作为建筑材料，而且知道要把松土击实。公元前200多年，我国秦朝修筑驰实（行车大道），就有用“铁锥筑土坚实”的记载，说明那时人们已经认识到土的密度和土的工程特性有关。2021/10/10星期日37粘土颗粒-----------------++++引力d水分子阳离子强结合水弱结合水自由水饱和曲线粘性土粘性土在某种压实功能下（标准压实功能）达到最密时的含水量称为最优含水量，对应的干密度称为最大干密度土的压实机理压实原理及压实参数2021/10/10星期日38§2.2压实原理及压实参数击实试验2021/10/10星期日391.1.3

分层厚度

填方工程应分层铺土压实。分层厚度根据压实机具而定：压实机具每层铺土厚度（mm）每层压实遍数平碾200～3006～8羊足碾200～3508～15振动压实机200～3503～4柴油打夯机200～2503～4人工打夯＜2003～41填土压实第5讲2021/10/10星期日401.1.4

填方施工注意事项

●填土应从场地最低部分开始，由一端向另一端自下而上分层铺筑。或由两边向中间压实。●虚铺厚度：人工木夯20(粘性土)～30cm(砂质土)；推土机填土30cm；铲运机或汽车填土30～50cm

；分层铺土逐层压实1填土压实第5讲2021/10/10星期日41

●斜坡上的土方回填应将斜坡改成阶梯形，以防填方滑动；凸块式压路机作业

●填方区如有积水、杂物和软弱土层等，必须进行换土回填，换土回填亦分层进行；1填土压实第5讲2021/10/10星期日42

●回填基坑、墙基或管沟时，应从四周或两侧分层、均匀、对称进行，以防基础、墙基或管道在土压力下产生偏移和变形。管沟须两侧对称分层回填墙基须四周分层均匀回填1填土压实第5讲2021/10/10星期日431.2

填土的压实方法（了解）1.2.1机械碾压法

适用于大面积的场地平整和路基、堤坝工程，用压路机进行填方压实时，填土厚度不应超过25～30cm，碾压遍数一样，碾轮重量先轻后重，碾压方向应从两边逐渐压向中央，每次碾压应有15～25cm的搭接。全液压轮胎式压路机压路机碾压应“薄填、慢驶、多次”1填土压实第5讲2021/10/10星期日44碾压法要点：1一般粘性土通常用8~10t的平碾碾压8~12遍；2对于饱和性粘土表面压实需加快排水固结；3淤泥及淤泥质土需要挖除或者挤淤充填；4控制碾压土含水量符合最优百分比；5可以添加碎石、石灰、碎砖提高强度；2021/10/10星期日45碾压法施工本次碾压与上次碾压的压痕不得重叠“零沉降”的高铁路基碾压施工三轮压路机（山推）1填土压实第5讲2021/10/10星期日46俗称“打夯”，是利用夯锤自由下落的冲击力来夯实土壤，中国传统的“打夯”方法有木夯、石夯、飞硪等。石夯飞硪1.2.2夯实法四川省委书记杜青林与修水塘的村民打石夯打飞硪已成为民俗表演节目1填土压实第5讲2021/10/10星期日47常用的蛙式打夯机、振动打夯机、内燃打夯机适用于粘性较低的土，常用于基坑(槽)、管沟部位小面积的回填土的夯实，也可配合压路机对边缘或边角碾压不到之处进行夯实。填土厚度不大于25cm，

一夯压半夯、依次夯打。蛙式打夯机蛙式打夯机夯实基底持力层1填土压实第5讲2021/10/10星期日48适用于压实沟槽内的土壤、柱子周围和在狭小空间内施工。又称“跳锤”。

冲击夯HCD75冲击夯1填土压实第5讲2021/10/10星期日49振动平板夯（徐工SR100）整机重100kg.激振力18kN内燃式振动平板夯可压实松散的、粒状的土壤、沙砾及沥青路面，具有体积小，重量轻，能自行前进，机动灵活性强等特点，适于建筑物临近的狭窄地带及管线沟槽等复杂地形的压实作业。

无线电遥控双向振动平板夯（戴纳派克

LH800）整机重820kg.激振力95kN双向振动平板夯（戴纳派克

LH700）整机重780kg.激振力95kN1填土压实第5讲2021/10/10星期日50冲击压路机（厦工三明XG63213C）冲击能量32KJ.压实宽度3m冲击轮为三边弧型结构破碎压实机的强大冲击力可把硬质路面破碎为网块状，并把块状片直接压入、加强路基。主要用于硬质路面的维修、改造施工破碎压实机（厦工三明XG63214C）冲击能量32KJ.破碎宽度1.3m破碎轮为四边弧型结构冲击式压路机主要用于高标准、高填方的压实。1填土压实第5讲2021/10/10星期日51

1.2.3强夯法

是利用起重机械和重锤进行软土地基处理的施工方法，可夯实较厚的土层。

强夯法的内容在前面课程中介绍.1填土压实第5讲2021/10/10星期日521.2.4振动法适用于非粘性土壤的振动夯实。主要施工机械是振动压路机、平板振动器。双钢轮驱动振动压路机压实效果好、影响深度大、生产效率高，适用于各类土壤的压实，是大型土石方压实的首选设备。双钢轮振动压路机单钢轮振动压路机1填土压实第5讲2021/10/10星期日53拖式振动碾（华山）拖式振动碾（徐工YZT16）整机重量16t.激振力373kN手扶式振动碾（徐工XD08）整机重量仅830kg.激振力15.7kN。是一种轻型振动压实机械。适用于基坑边角、井盖周围、管道回填和人行道、路肩、小规模铺装工程，是大型压实机械的辅助平整压实施工机械。1填土压实第5讲2021/10/10星期日54悍马25t单钢轮压路机宝马BMW双钢轮压路机凸块振动碾1填土压实第5讲2021/10/10星期日551填土压实第5讲2021/10/10星期日561.3

填土密实度的检验

填土压实后应达到一定的密实度及含水量要求。检验指标为压实系数（压实度）λC，即：