换填垫层

换填垫层（精选3篇）

换填垫层 篇1

我国是一个地质条件比较复杂的国家, 因此, 多数道路工程在施工中面临的环境和条件也是较为复杂的。当建筑物基础下的持力层相对比较软弱、无法较好的满足上部结构荷载对地基的要求的时候, 换填垫层法就成为一种比较简单且易于操作的施工方法, 在实际工程得到广泛的应用, 取得了良好的效果。

一、换填垫层法的概念

换土垫层法是将地基浅层中一些较浅的软弱土层予以清除, 随后选取一些材料来源广泛、强度比较大、压缩性比较小、价格比较便宜且耐腐蚀的砂、素土、碎石、矿渣、石渣、灰土等性能比较稳定的材料作为持力层, 一次达到增强承载力、减小地基沉降量的效果。

二、换填垫层法的适用范围

换填垫层法比较适合处理一些浅层软弱地基与不均匀的地基, 这些地基的土层厚度一般比较厚, 一般没发全部挖除进行换填时, 因此可以在对地基变形与下卧层的承载力等数值进行验算后, 适时采取换填垫层法;而对于一些土层较深且较软弱, 基坑开挖的也比较深的时候。这时候就必须考虑地下水的水位, 采取必要的降水措施, 同时在坑壁或边坡等地方还需采取支护措施;对于那些体型较为复杂、整体刚度相对较差、对差异变形都比较敏感的建筑, 一般情况下都主张不要采用浅层局部置换的处理方法;另外, 换填垫层法应当控制使用面积。在施工中如果遇到地基压缩变形量较大, 变形时间延续的比较长等与换填垫层法浅层处理地基的特点有很大的不同的时候, 就必须另外考虑其他方案按照国家相关规范予以执行。

三、换填垫层法的主要作用

前文已经说过, 换填法一般比较在处理浅层地基问题时使用, 处理深度一般在2~3米左右。其主要作用与表现在以下几个方面: (1) 置换作用:将地基底部以下的软弱土全部或部分挖出, 将一些较为密实的材料换填进去, 能够进一步对地基的承载力和地基的稳定性进行提高; (2) 加速作用:在垫层的时候, 如果遇到地基中存有大量的水分, 那么可以采用透水性较大的材料进行换填, 这样地基中的多余的水分就可以通过这些吸水性较强的材料进行排除, 其效果就可以快速软土的固结程度, 缓解建筑物在工程结束后的沉降程度; (3) 均匀地基反力与沉降作用:对那些属于建筑施工管理范围内存在大的暗沟、暗塘、沟渠或拆除旧基础时遗留的土坑, 可以采取局部换填的方式, 这样能够保证建筑施工管理范围内土层压缩性和反力趋于均匀。总体来说, 换填垫层法的主要作用为提高地基承载力, 减少基础沉降, 增加地基强度的作用。

四、换填垫层法设计思路分析

1、垫层材料的选择

在实际选择垫层材料的时候, 应当选择那些含泥量小于3%, 卵砾石等骨架颗粒与砂粒含量比例在7:3到6:4之间, 其中没有有机质及植物根茎的材料。在使用机械分层压实的时候应当将卵石最大粒径控制在150~200mm以内, 在使用插入式或平板振动器分层振实的时候应当将卵石最大粒径控制在100mm以内, 其中的粉砂含量尽量控制在10%以内;

另外, 也可以采用一些来源广泛、经济环保、易于寻找的材料, 如粉煤灰和矿渣。可以将这些材料用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。在使用这些材料的时候要注意它们是否符合国家相关放射性安全标准的要求, 要避免它们对建筑物周边的地下水和土壤造成不必要的环境破坏或者影响到周围居民的生活和工作。

2、垫层厚度的确定

垫层的厚度应当根据实际施工现场的软弱土的深度或其承载力进行确定。通常应当按照同一标高处软弱土层的容许承载力要尽量小于垫层底面处土的应力与附加应力之和的数值来确定垫层的厚度。按照这一准则, 实际施工中的垫层厚度通常要尽量小于3m, 但也不要太小, 至少要在0.5m以上。

3、垫层承载力设计

考虑垫层侧面软土强度作用, 垫层承载力应当根据其自身的强度减除土体自重应力进行确定, 采用两者中间较小的作为换填垫层承载力。

4、垫层沉降的计算

垫层地基的沉降通常来自垫层自身的沉降和软弱下卧层的沉降两方面。在实际施工中我们发现下卧层的模量通常要小于垫层材料的模量, 因此通常情况下软弱下卧层的沉降量就占了全部沉降量的大部分。垫层下卧层的沉降量应当按照国家标准《建筑地基基础设计规范》 (GB50007) 的相关规定进行确定, 进而保证垫层的加固效果和建筑物的安全性能。

5、垫层施工的要点

开挖基坑铺设砂石、煤渣等材料作为垫层的时候, 必须注意不要扰动软弱土层的表面;基坑开挖之后应当及时迅速的回填, 避免出现因为暴露过久引起坍塌或者基坑浸水等情况的发生;铺设砂石、煤渣等材料作为垫层底面的时候, 如果在同一标高上铺设, 如果此时的深度不同, 基坑面就应当挖成踏步或斜坡搭接, 每层之间最好错开500~800mm左右, 且必须按先深后浅的顺序进行施工;在此过程中, 还要注意当下层的密实度达到要求后, 才能开始上层的施工作业。砂石、煤渣等垫层施工结束之后, 需要马上对混凝土隔离垫层进行施工, 进而有效地防止地基的扰动。

6、施工质量的检验

在垫层施工的过程中以及施工结束后都应当严格控制垫层的施工质量。通常情况下, 对换填垫层施工的质量检验都采用分层检验法, 在每一步都应当有纯砂检验点。检验方法也分为环刀取样法和钢筋贯入法。其中最为简单实用的是钢筋贯入法。这种方法取材简单, 易于操作。钢筋贯入的工具的直径一般在20mm左右, 长为I250mm的平头钢筋, 这种方法测试方便, 检测效果明显, 且易于掌握。

参考文献

[1]胡知华、庄芸:《换填垫层地基强度与设计研究》, 《土工基础》, 2010年10月。

[2]刘小伟、王青娟:《换填法地基处理相关问题讨论》, 《矿山机械》, 2011年2月。

[3]陈宏宇:《换填垫层法在浅层淤泥质地基中的应用》, 《科技论坛》, 2010年第15期。

换填垫层 篇2

1. 换填垫层法的适用范围

换填垫层法主要适用于淤泥、淤泥质土、沉陷性黄土、素填土、杂填土及暗河、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

2. 换填垫层法的作用

其主要有以下几方面作用:

2.1 提高地基承载力

浅基础的地基承载力与基础下卧层的抗剪强度有关, 以抗剪强度较高的材料置换较软弱的土层, 可提高地基的承载力。另外, 置换后的垫层密实度大、强度高、可将建筑物基底压力扩散传递到其下卧的软弱土层, 使其下卧层中所受应力减小到该软弱地基土容许承载力范围, 从而满足强度要求, 避免地基破坏。

2.2 减少沉降量

地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例是较大的, 以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱土层, 可以减少这部分的沉降量。另外, 由于垫层的应力扩散作用, 使作用在下卧层土上的压力较少, 这样也会相应减少下卧层土的沉降量。

2.3 加速软弱层排水固结

砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大, 软弱土层受压后, 垫层可用为良好的排水面, 可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散, 加速垫层下软弱土的固结和强度提高, 避免地基土塑性破坏。

2.4 防止冻胀

因为垫层材料孔隙大, 不易产生毛细管现象。因此, 可防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。

3. 换填垫层法的分类

换填垫层法根据选用材料不同可分为灰土垫层、素土垫层、砂或砂石垫层、碎石屑垫层及矿渣垫层等。

3.1 灰土垫层

灰土垫层是将基础底面下一定范围内的软土层挖去, 用按一定体积配合比的灰土在最优含水量情况下分层回填夯实或压实, 一般适用于处理1～4m厚的软弱土层。其原材料为生石灰和粘土按一定比例混合的复合材料, 由于原料的比例及选用材料不同, 其承载力的取值不一, 其施工受地下水位及天气影响较大。灰土垫层适用于地下水位较深及雨水较少的地区。

3.2 素土垫层

素土垫层是先挖去基坑下的部分或全部的软弱土, 然后回填素土分层夯实而成。素土垫层常用于处理湿陷性黄土和杂填土地基。素土垫层的土料一般为粘性土, 施工时要求基坑无水, 干燥最好。进行夯 (压) 实施工时, 应使素土的含水量接近于最优含水量, 最优含水量一般通过室内击实试验确定, 也可以采用Wop±2%作为施工控制含水量 (Wop为土的最优含水量) 。

3.3 砂和砂石垫层

砂和砂石垫层是先挖去基坑下的部分或全部软弱土层, 然后将良好级配的砂或砂石分层夯实回填而成。适用于淤泥、淤泥质土、杂填土及暗河、暗塘。由于砂及砂石有透水性, 因此不适用于湿陷性黄土地基。砂和砂石垫层一方面因砂和砂石材料透水性大, 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, 加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度, 避免地基上塑性破坏;另一方面, 因其材料孔隙大, 不易产生毛细管现象, 因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。砂垫层厚度控制在1m～2m左右为宜。

3.4 碎石石屑垫层

一般将软弱土层挖到需要深度, 若垫层下卧层仍为淤泥或淤泥质土时, 且地下水位较高时, 则将地下水抽干, 全部用毛石混凝土先浇筑20cm厚, 然后用1∶1 (体积比) 碎石石屑分层铺设和压实。碎石石屑垫层具有足够的强度, 变形模量大, 稳定性好, 而且垫层本身远可以起到排水层作用, 并加速下部软弱土层的固结。碎石石屑垫层尤其适用于地下水位较高的软土地区。

3.5 矿渣垫层

矿渣垫层具有碎石垫层相同的优点, 设计与施工均同碎石石屑垫层, 且矿渣的利用已经成为我国环境保护、变废为宝的一项长期政策。矿渣虽为很好的换填材料, 但使用前须经过结构稳定性试验, 满足设计要求后方可使用。

换填垫层法中砂、石料源最为丰富。工程实践中最为常用, 并取得了良好的社会效益和经济效益。

4. 工程实践

垫层的厚度、承载力的取值必须结合上部结构荷重情况及工程地质条件确定。

某民用建筑小区, 小区内上部沉积了较厚软弱土层, 淤泥质粘土层厚度4m、fk=60k Pa、Es=2.47MPa, 为高压缩性土。区内综合楼 (二层、混合结构) 墙下钢筋混凝土条基, 采用砂石垫层处理地基, 基础深埋-1.00m, 预设计垫层厚度为1.5m, 垫层底面处的地基承载力fz经过修正后取82kpa, 垫层底面处的自重应力Pcz为36kpa, 上部结构传给基础的线荷载为180k N/m2。

垫层厚度、宽度应根据需置换软弱层土的深度或下卧层的承载力确定。现参照《建筑地基处理技术规范》作如下设计验证:

Pz+Pcz≤fz[2] (1)

Pz=b· (Pk-Pc) / (b+2z·tgθ) [2] (2)

其中Pz—垫层底面处的附加压力 (k Pa)

Pcz—垫层底面处土的自重压力 (k Pa)

fz—垫层底面处经修正后的地基承载力特征值 (k Pa)

b—条基宽度 (m)

Z—基础底面下垫层的厚度 (m)

Pk—基础底面处的平均压力值 (k Pa)

Pc—基础底面处土的自重压力值 (k Pa)

由 (1) 式得Pz≤46k Pa

由 (2) 式得 (b×180/b) (b+2×1.5tg30°) =46b=2.17m

实取2.20m

实际上基底压力Pz+Pcz=180/2.2+36=118kPa, 因此当垫层的下卧层为软弱土层时, 垫层承载取值120kPa较为适宜。

通过加强基础的整体性和上部结构的刚度, 避免因软弱下卧层厚度不一而造成不均匀沉降, 工程已竣工使用多年, 情况良好。

5. 砂石垫层施工质量检测

砂石垫层施工质量检测可分为2个阶段进行:

第一阶段为施工跟踪检测, 主要进行含水量试验、含泥量试验、砂石比试验和填筑密度试验 (灌砂法或灌水法) , 检测每一层填料的含泥量是否超标, 级配是否良好, 砂石比是否合适, 填筑干密度及压实系数等是否满足设计要求。

第二阶段为质量验收检测, 主要进行静载荷试验, 测定垫层总沉降量及沉降量差是否符合有关规定, 垫层承载力是否达到设计要求。

6. 垫层施工需注意事项

6.1 换填垫层法浅层处理的深度一般在3m以内较为经济合理。

6.2 实际工程中垫层法比较适用于条基, 十字交梁下的地基处理。

6.3 换填垫层法因综合造价、施工等因素, 不能处理得太深, 对沉降要求高的建筑物下不宜使用, 触变性显著的软土也不宜使用换填垫层法。

6.4 基础处理中, 应用砂石垫层的工程实践经验表明, 要使砂石垫层具有较高的压实密度和承载力, 填料应满足以下几条要求:

6.4.1 砂石垫层的填料, 应选用质地坚硬的粒料, 不应混入风化料、软岩破碎料或其它有机杂物。

6.4.2 对于一般建筑物基础, 砂、石材料含泥量 (<0.1mm颗粒含量) 不应超过5%, 碎卵石最大粒径可放宽至70mm;对于用作排水固结地基或高层建筑物基础的砂、石材料, 含泥量不宜超过3%, 碎砾石最大粒径不宜大于50mm。

6.4.3 当采用天然级配的砂砾石时, 应级配良好, 其颗粒的不均匀系数不小于10, 曲率系数Cu=1～3。当采用人工级配砂、砾 (碎) 石混合料时, 应通过相对密度试验对不同的砂、石比例进行试验, 优化级配, 找出最佳的砂石比。

6.4.4 砂石垫层中的砂, 应为洁净的中、粗砂, 避免使用细砂。

换填垫层 篇3

1 工程概况

运城某新建家属楼具有典型盐渍土地质特征,该工程位于运城盆地之腹部,运城盐池北岸,俗称四十里长岗。经钻探并对各土层进行易溶盐分析试验,持力层岩土易溶盐含量大于0.5%,属于盐渍土,并具有溶陷,腐蚀性等工程特性,按照含盐量成分对盐渍土进行分类,该场地土表层0.9 m以下属于强、超硫酸盐渍土。

该工程1号～3号楼分别为8层,10层,12层,基础埋深4.4 m。设计要求对盐渍土地基进行处理。处理方案为:1号楼换填灰土垫层;2号,3号楼为CFG(水泥粉煤灰碎石)桩,采用长螺旋挤压钻孔,有效桩长13 m,桩径400 mm。

2 施工措施

2.1 CFG桩施工措施

2.1.1 施工措施

针对2号楼钻机难以钻入的情况,采取的主要方法是停止钻进,提升钻头,对钻头进行降温,在钻入的孔内一次少量注水和及时更换钻头的方法。由于本工程采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩,所以在成孔后应适当放慢提拔钻杆的时间和速度,常规CFG桩提拔钻杆的速度一般控制在1.2 m/min～1.5 m/min左右,但本工程需要控制在0.8 m/min～1.2 m/min左右。从桩检测结果看并不会影响桩基承载力。同时由于盐渍土正常状态下强度高、且由于地下水位较低,桩长度内盐分全部属于结晶状态,所以在钻入过程中钻头摩擦发热,磨损较严重,所以在施工过程中发现钻头空钻时及时停止、降温和及时更换钻头同样重要。在2号楼施工期间曾更换5个合金钻头。由于盐渍土在自然状态下强度较大,钻头难以钻入,在施工过程中容易出现桩机移动,可能出现打桩机钻杆不垂直和穿桩现象,针对这种情况,对每一根桩用经纬仪进行全过程垂直监控,保证钻杆垂直,并且采用跳桩的施工方法,既可以防止强度较低的新桩不受水平力的挤压而产生断桩现象,又可以防止对已打桩的穿桩现象,由于与已打桩距离增大,即使发生斜桩也能有效的降低穿桩现象。

2.1.2 处理机理

由于盐渍土在干燥时,盐类呈结晶状态,土具有较高的强度,但遇水后易崩解,造成土体失稳,强度降低,压缩性增大。所以在钻头进入土体钻不下去时,注入少量水使其溶解,然后继续向下钻,会减小钻孔的阻力。

2.1.3 防水措施

由于地基处理施工期正是雨季,为了防止盐渍土遇水崩解,在拟建建筑物基槽四周开挖排水明沟,及时将雨水排出施工现场,项目部编写了防水应急预案,在遇到下大雨时,用彩条布等防水材料对基槽进行封闭遮盖,同时准备抽水机,及时将基槽内的水抽出,严格控制将生活用水倒入基槽,在基槽周边划定施工用水区,并且在地基处理施工完毕后应及时进行室外回填和基础施工。

2.2 换填垫层法的施工措施

1号楼地基处理方法为换填垫层法,换填深度为3 m,采用3∶7灰土换填。垫层所用土料严禁用现场挖出的盐渍土,应选用粉质黏土,所用土料应送质检部门进行成分、含水量和土工击实等检测,石灰用新鲜的消石灰,严格控制垫层的分层铺填厚度不大于200 mm,为保证分层压实质量,还应控制机械碾压速度。对基槽进行钎探,发现洞穴、古墓等部位,及时进行处理,采用灰土回填的方法,为保证基底土层不受扰动,在基坑开挖至设计标高以上200 mm厚时暂不挖去,在铺垫层前人工挖至设计标高,为了防止盐渍土遇水崩解,采用了与2号,3号楼一样的防水措施。为保证灰土垫层施工质量,要求每遍进行一次施工不留接缝,并进行分层质量检查,每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土,灰土拌和均匀并当日铺填夯实,铺填夯实后3 d内不得受水浸泡,垫层竣工验收合格后,应及时进行基础施工和基坑回填。

3 盐渍土施工应注意的问题

1)在基础施工期间做好现场排水、防洪工作,防止施工用水、雨水流入地基或基础周围。2)由于无法消除盐渍土的溶陷性、膨胀性和腐蚀性,所以对于基底换填土方、褥垫层、室外回填土、房心回填土等要求严禁使用盐渍土进行回填。3)在主体施工时及时进行室外回填土施工,防止雨水侵入地基。4)基础防腐应在褥垫层上部浇筑沥青混凝土隔离层,基底和地下室外墙采用沥青卷材防腐、防水、防止盐分侵入混凝土结构,造成结构腐蚀。5)桩基础中所用水泥应采用防腐蚀性好的水泥,该工程使用抗硫酸盐水泥。6)应适当加宽楼房散水,散水宽度应不小于1.5 m,同时散水下部应做厚度不小于15 cm的沥青砂垫层或厚度不小于30 cm的灰土垫层,禁止在楼房附近进行绿化。7)换土地基应清除含盐的松散表层,应用不含有盐晶、盐块的土料分层夯实,压实系数不小于0.95,换填范围应超出散水。

4结语

该工程3栋教学楼目前已达到交工条件,经对建筑物进行标高测定,建筑物无明显大的沉降和不均匀沉降,沉降量符合设计和规范要求,并且经相关部门对地基处理承载力进行测定,地基承载力达到设计要求。CFG桩和换填垫层法处理盐渍土地基的成功应用,有效地解决了盐渍土地基处理的难题,也为同类工程在地基处理方面提供了一定的参考和借鉴价值。

摘要：介绍了运城地区盐渍土地质条件下采用CFG桩和换填灰土垫层处理盐渍土地基的方法,并通过工程实例,总结了该法的处理机理、施工工艺及其适用范围,以期为类似的软基处理工程提供参考借鉴。

关键词：盐渍土,地基,处理

参考文献

[1]王遵亲.中国盐渍土[M].北京:科学出版社,1993.