第2章换填法.

第二章换填法换填法（ReplacementMethod），浅层软弱土层厚度不是很大，可将基础底面下处理范围内的软弱土挖除，然后换填工程特性良好的材料，分层压实至设计密实度。换填法常用于低洼区域填筑、路基高填法，公路挡土墙、涵洞地基处理等。浅层软弱土层主要指淤泥质土、松散填土、杂填土、滨填土以及冲填土地基。换填材料主要有砂、碎石、高炉干渣和粉煤灰等，应具备强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性等良好工程特性。可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。主要作用：提高地基承载力、有利于基础底面排水和减小基础沉降。换填法垫层作用1.提高持力层的承载力附加应力2.减小沉降浅层沉降占总沉降的50％3.加速软弱土层的排水固结砂垫层和砂石垫层4.防止冻胀毛细水5.消除膨胀土的胀缩作用•击实原理SaturatedsoilunsaturatedsoilSoilisaporous,permeablematerial!•公路路堤、土坝以及建筑场地的回填土等，都是以土作为建筑材料。土体由于经过开挖、搬运及堆筑，原有结构遭到破坏，含水量发生变化，堆填时必然造成土体中留下很多孔隙，如不经人工压实，其均匀性差、抗剪强度低、压缩性大、水稳定性不良，往往难以满足工程的需要。•土的压实是在动荷载作用下得到的，提高了土的密实度，从而土的强度得到提高，土的压缩性减低和透水性变小。•Compaction,ingeneral,isthedensificationofsoilbyremovalofair,whichrequiresmechanicalenergy.•Whenwaterisaddedtothesoilduringcompaction,itactsasasofteningagentonthesoilparticles.•ThedegreeofcompactionofasoilismeasuredintermsofitsdryunitweightDegreeofsoilcompaction•Beyondacertainmoisturecontentw=w2,anyincreaseinthewatercontenttendtoreducethedryunitweight.thisphenomenonoccursbecausethewatertakesupthespacesthathavebeenoccupiedbythesolidparticles.•ThelaboratorytestgenerallyusedtoobtainthemaximumdryunitweightofcompactionandtheoptimummoisturecontentiscalledProctorcompactiontest(Proctor,1933)•ThelaboratorytestgenerallyusedtoobtainthemaximumdryunitweightofcompactionandtheoptimummoisturecontentiscalledProctorcompactiontest(Proctor,1933)Standardproctortest(ASTMD-698)击实曲线wd1SwGGeGwswswsd111Foragivenmoisturecontent,thetheoreticalmaximumdryunitunitweightisobtainedwhennoairinthevoidspaces,thatisS=100%.Themoisture–densitycurveapproachesbutdoesnotoverlapthezero-air-viodscurve饱和线•反映土的压实特性如下：•(1)峰点所对应的纵坐标值为最大干密度dmax，对应的横坐标值为最优含水量wop。•(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。•(3)当含水量低于最优含水量时，干密度随含水量不同的变化较大，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，击实曲线的左段（低于最优含水量）比右段的坡度陡。土的压实度•土的压实度或压实系数c，定义为工地压实时要求达到的干密度d与室内击实试验所得到的最大干密度dmax之比值，可由下式表示：•c=d/dmax•在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。要求压实度越接近于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。•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，具体选用哪种方法，可根据工地的实际情况决定。Fieldcompaction:1.平碾2.羊足碾3.振动碾实4.夯实FactorsaffectingcompactionThemoisturecontenthasastronginferenceonthedegreeofcompactionachievedbyagivensoil.Besidesmoisturecontent,theotherimportantfactorsthataffectcompactionaresoiltypeandcompactioneffortStructureofcompactedclaysoilEffectofsoiltypeEffectofcompactioneffortCompactioneffortincreases,themaximumdryunitweightincreases.EffectofsoiltypeLeeandSuedkmap(1972)observedfourtypeofcompactioncurves2.3DESIGN:thickness,width2.4CONSTRUCTIONCONTROL换填法设计主要是垫层厚度t（3m）和宽度bm各种材料垫层设计，近似按砂垫层计算方法进行设计砂垫层垫层厚度t，要求有足够深度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层垫层上、下平面尺寸，要满足应力扩散要求和砂垫层不发生水平挤出砂垫层厚度的确定pbDbmtpzpczpcb+2ttanpz砂垫层设计示意图式中pz－垫层底面处的附加压力（kPa）pcz－垫层底面处的自重压力（kPa）fz－垫层底面处地基承载力（kPa）垫层厚度t，可根据下卧土层承载力确定，应符合地基承载力验算要求zczzfpp各种垫层承载力施工方法材料压实系数容许承载力kPa碾压或者振密碎石、卵石0.94-0.97200-300砂夹石200-250土夹石150-200中砂、粗砂、砾砂150-200粘土和粉土（IP＝[8,14]）130-180灰土0.93-0.95200-250重锤夯实土或灰土0.93-0.95150-200地基承载力修正)5.0()3(dbffmdbaka土的类别bd淤泥和淤泥质土01.0人工填土e或者IL大于等于0.85的粘土01.0红粘土含水比大于0.8含水比小于等于0.800.151.21.4填土压实系数大于0.95、粘粒含量大于10％的粉土最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石001.52.0粉土粘粒含量大于10％的粉土粘粒含量小于10％的粉土0.30.51.52.0e及IL均小于0.85的粘性土粉砂、细砂中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.32.03.01.63.04.4条形基础：矩形基础：式中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）；p－基础底面接触压力（kPa）；pc－基础底面自重应力（kPa）；θ－垫层材料的压力扩散角，在缺少资料时，可参照表选用。tan2)(tbppbpcz按均匀分布，条形基础和矩形基础下垫层底面处附加压力pz的简化计算)tan2)(tan2()(tltbppblpcz垫层材料压力扩散角θ（°）换填材料t/b砂、碎石灰土粉煤灰粘性土或粉土8IP140.252030226≥0.530302223注：①当t/b0.25时，除灰土仍取θ=30°外，其它材料均取=0；②当0.25t/b0.50时，砂石垫层的θ值可内插求得；梯形分布计算，在公路规范中，垫层底面附加应力pz的分布沿扩散角呈现梯形分布，根据静力平衡推出梯形分布pz最大值，此时扩散角=3545。对于条形基础，垫层底面宽度bm，可按下式计算或上海市标准《地基处理技术规范》（DBJ08-40-94）中，bm确定计算方法对于矩形基础，垫层底面长度lm的确定与bm的确定相同。防止垫层水平挤出，整片垫层平面尺寸适当加宽垫层顶面（基础底面）每边宜超出基础边缘不少于30cm或从垫层底面两侧向上，按当地基础开挖经验放坡垫层平面尺寸确定砂垫层t确定后，垫层平面尺寸可按基础底面应力扩散的要求或按当地经验确定。tan2tbbmtan2tllmtbtbbm245tan2tbtbbm245tan2重要建筑或垫层下存在软弱下卧层，垫层法应计算地基沉降S，包括垫层本身压缩沉降Sm和垫层下地基土沉降Sg，即Sm计算中，应力可取垫层顶面和底面压力的平均值。一般砂垫层Es=1224MPa；粉煤灰则Es=820MPa。无论是地基还是垫层，其沉降计算均可传统分层综合法计算。沉降计算gmSSS（1）垫层材料应有良好压实性，不均匀系数应大于5，有机质、含泥量等小于3%，不宜掺有大块石（2）加密方法有加水震动、水撼法、碾压法，控制含水量成为关键，分层厚度20~30cm（3）避免基坑扰动，即挖即填（4）碎石垫层施工应先铺砂，避免碎石刺入施工要点某挡土墙，条形基础，宽1.2m，埋深1.0m，作用于基础底面上的荷载为120kN/m，基础及基础上土的平均重度为20kN/m3，土层为：第一层粉质粘土，层厚1.0m，重度17.5kN/m3，第二层为淤泥质粘土，层厚15.0m，重度为17.8mkN/m3，含水量为65％，第三层为密实砂砾层。地下水位距地表1.0m。采用垫层换填处理垫层设计实例(1)假定砂垫层厚度为1.0m，要求分层碾压夯实，干密度要求大于1.6t/m2。(2)基础底面压力平均值P＝（120+1.2*1×20）/1.2=120kPa(3)砂垫层底面处附加应力与自重应力Pz＝b*(P-Pc)/[b+2*z*tan()]=52.2kPaPcz=17.5+(17.8-10)*1=25.3kPa垫层设计实例(4)淤泥质土含水量65%，其地基承载力基本值fp＝50kPa，回归修正系数为f＝0.9，承载力标准值为fk＝50×0.9＝45kPa。(5)深度宽度修正fz＝fk＋d0（d－0.5）＝45+1×（17.5×1+7.8×1）/2×（2-0.5）＝64.0kPaPz+Pcz=52.2+25.3=77.5fz=64kPa(6)取垫层厚度为3.0m，重新计算，满足要求。垫层设计实例基本值、特征值、标准值、设计值•基本值规范推荐某一类土的承载力值•特征值某个试验承载力值•标准值多个试验统计得到承载力值•设计值经过深度和宽度修正后承载力值