換填法的原理及適用范圍

1、地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍主講人：張力霆（教授）石家莊鐵道大學(xué) ? 換填法 ? 當(dāng)軟弱土層地基的承載力和變形不能滿足建筑物的要求，且軟弱土層的厚度又不很大時(shí)，可將基礎(chǔ)底面以下處理范圍內(nèi)的軟弱土層的部分或全部挖去，然后分層回填強(qiáng)度較高、壓縮性較低且無(wú)腐蝕性的砂石、素土、灰土、工業(yè)廢渣等材料，經(jīng)壓實(shí)或夯實(shí)使之達(dá)到所要求的密實(shí)度，形成良好的人工地基。這種地基處理的方法也稱為換土墊層法或開(kāi)挖置換法。 換填法是最原始，也是比較經(jīng)濟(jì)的地基處理方法之一。其特點(diǎn)：施工簡(jiǎn)單、工期較短、造價(jià)較低。1. 換填法的定義 按材料不同，墊層可分為：砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、二灰墊層、礦渣墊層、粉

2、煤灰墊層等。不同材料的墊層，其主要作用為： 1）提高地基承載力。軟弱土層被挖除，換以強(qiáng)度較高的砂或其它材料，提高地基承載力。如灰土墊層可達(dá)300kPa，碎石墊層可達(dá)200400kPa。地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍 2）減少沉降量。在總沉降量中，地基淺層部分的沉降占比例較大。以條形基礎(chǔ)為例，在相當(dāng)于基礎(chǔ)寬度的深度范圍內(nèi)的沉降量約占總沉降量的50%左右。如以密實(shí)砂或其它填筑材料代替上部軟弱土層，就可以減少這部分土層的沉降量。由于砂墊層或其它墊層對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使作用在下臥層土上的壓力較小，這樣也會(huì)相應(yīng)減少下臥層土的沉降量。地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍 3）加速軟弱土層的排水固結(jié)。墊層材料透水

3、性大，軟弱土層受壓后，墊層作為良好的排水面，可促進(jìn)基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)和強(qiáng)度的提高，避免地基土的塑性破壞。地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍 4）防止凍脹。因粗顆粒的墊層材料孔隙大，能消除毛細(xì)現(xiàn)象，可以防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰造成的凍脹。這時(shí)墊層的底面應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度要求。 5）消除膨脹土的脹縮作用。在膨脹土地基上可選用砂、碎石、塊石、煤渣、二灰或灰土等材料作為墊層以消除脹縮作用。地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍2. 土的壓實(shí)機(jī)理 因換填法在換填后將土層壓實(shí)，從而提高了地基的承載力。為了更好的掌握換填法的機(jī)理，首先應(yīng)了解土的壓實(shí)機(jī)理。壓實(shí)的本質(zhì)壓實(shí)的本質(zhì)土料孔隙率減小

4、，密實(shí)度提高W增大，結(jié)合水膜逐漸增厚，減小了引力，土粒在相同壓實(shí)功能條件下易于移動(dòng)而擠密，所以壓實(shí)效果較好 ，直至wop時(shí)達(dá)到dmaxW繼續(xù)增大，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，此時(shí)自由水填充在孔隙中，產(chǎn)生了阻止土粒移動(dòng)的作用，所以壓實(shí)效果又趨下降，d 反而減小。壓實(shí)機(jī)理W較小時(shí)，其粒間引力較大，在一定的外部壓實(shí)功能作用下，還不能有效地克服引力而使土粒相對(duì)移動(dòng)，這時(shí)壓實(shí)效果就比較差。地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍研究擊實(shí)性的目的： 以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度。研究擊實(shí)性的方法： 擊實(shí)試驗(yàn) 0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/c

5、m3)飽和曲線飽和曲線 dmax=1.86wop=12.1 1）最優(yōu)含水量:在一定壓實(shí)能量下，使土最容易壓實(shí)，并能達(dá)到最大干重度的含水量w wopop，與之相對(duì)應(yīng)的干密度稱為最大干密度dmaxdmax 2）擊實(shí)曲線特點(diǎn)：具有峰值：峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于dmaxdmax和opop。塑限等于土樣風(fēng)干時(shí)的含水量工程中常按opopp p2 2 壓實(shí)法：通過(guò)碾壓、夯擊或振動(dòng)等使土層密實(shí)的地基處理方法。 淺層壓密，一般用做地基表層處理。 處理目的：降低壓縮性，提高強(qiáng)度，減小滲透性。3. 壓實(shí)法地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍4. 置換法 置換法：挖除淺層軟弱土，用砂、石、灰土等強(qiáng)度高的土料代替，分層回填夯實(shí)作為基礎(chǔ)持

6、力層的地基處理方法。 適用于處理淺層軟土、濕陷性黃土、膨脹土和季節(jié)性凍土地基。 軟土軟土墊層墊層地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍置換法的作用1）提高地基承載力 2）減小地基沉降量 3）加速飽和軟粘土的排水固結(jié) 4）防止地基土凍脹 5）減輕膨脹土的脹縮影響 6）防止黃土地基的濕陷 7）消除地基液化現(xiàn)象 地基處理?yè)Q填法的原理及適用范圍5. 墊層分類和適用范圍墊層材料墊層材料天然材料：卵石、碎石、礫石、粗砂、中砂、素土灰土：灰土比 2:8 或 3:7工業(yè)廢料：粉煤灰，礦渣適用范圍適用范圍適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等淺層處理 。 開(kāi)挖基坑后，利用分層回填夯壓也可處理較深軟弱土層，但換填基坑開(kāi)挖過(guò)深，因地下水位高