1、第一節第一節 墊層的作用及適用范圍墊層的作用及適用范圍 又稱換填法，是淺層處理方法一、墊層處理概念： 當軟弱（缺陷）土地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟弱（缺陷）土層的厚度又不是很大時，將基礎底面下處理范圍內的軟弱（缺陷）土層部分或全部挖去，然后換填密度大、壓縮性低、強度高、水穩性好的天然或人工材料,并分層夯 (振、壓)實至要求的密實度,達到改善地基應力分布、提高地基穩定性和減少地基沉降的目的，這種地基處理方法稱為墊層處理,也叫換填法。二、處理對象：軟土軟土墊層墊層 淤泥、淤泥質土、濕陷性土、膨脹土、凍脹土、雜填土地基三、墊層材料： 砂礫土、碎（卵）石土、灰土、素土（壤土）、中砂、粗砂、

2、礦渣等四、分類： 按回填不同材料形成的墊層(Cushion)進行分類，如砂墊層、砂石墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、礦渣墊層、粉煤灰墊層等。五、換填法加固機理： 換填法的加固原理是據土中附加應力分布規律，讓墊層承受上部較大的應力墊層承受上部較大的應力，軟弱層承擔較小的應力軟弱層承擔較小的應力，以滿足設計對地基的要求。六、墊層的作用：1、提高持力層的承載力 通過擴散作用使傳到墊層下軟弱層的應力減小。2、減少沉降量 一般地基淺層部分的沉降量在總沉降量中所占的比例是比較大的。如條形基礎，在相當于基礎寬度深度范圍內的沉降量約占總沉降的50%左右，如以密實砂代替軟弱土層，就可減少這部分沉降。由于砂墊

3、層或其它墊屋對應力的擴散作用，使作用在下臥層土的壓力較小，這樣也會相應減少下臥層土的沉降量。六、墊層的作用：3、加速較弱土層的排水固結 不透水基礎直接與軟弱上層相接觸時，在荷載的作用下，軟弱土地基中的水被迫繞基礎兩側排出，因而使基底下的軟弱土不易固結，形成較大的孔隙水壓力，還可能導致由于地基強度降低而產生塑性破壞的危險，砂墊層和砂石墊層等墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結和提高其強度。六、墊層的作用：4、防止凍脹 因為粗顆粒的墊層材料孔隙大，不易產生毛細管現象，因此可以防止寒冷地區土中的冰所造成的凍脹，墊層應滿足當

4、地凍結深度的要求。5、消除膨脹土的脹縮作用七、換填法適用范圍： 規范表述：適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。 課本表述：適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。 分類及適用范圍見表2-1。八、討論：1、大面積填土設計按照建筑地基基礎設計規范（GB50007-2002）設計3、不同墊層可按照砂墊層設計4、換填法的“壓實”與“固結”的不同本節完本節完1、查明地層土性及不良地質2、查明處理場地的地形、地質構造及物理力學性質3、查明地下水情況4、查明地下管線、障礙物等5、查明換填土料的來源、種類、規格、價格等 根據工程地質、建筑要求、材料來源等進行綜合比較，提

5、出合理的換填方案，尤其需提供換填土料的最優含水量、最大干密度、壓實系數、施工機械、碾壓要求、監理標準等施工參數。本節完本節完一、土的壓實機理(Compaction Mechanics)：1、含水量小時2、含水量增大時，最優含水量3、含水量繼續增大wopCAB二、室內擊實試驗(Compaction Test)： 墊層施工質量檢驗控制需要得到最大干密度，可通過擊實試驗得到。( (一一) )、擊實試驗、擊實試驗1、土料風(烘)干、攪拌均勻2、測土料含水量，按塑限估計最優含水量，依次相差2%計算每份土料需水量3、制備預定含水量的試樣二、室內擊實試驗(Compaction Test)：( (一一) )、

6、擊實試驗、擊實試驗4、按標準方法擊實土樣修整土樣推出土樣5、從擊實后的土樣中取出土測含水量、干密度6、繪出擊實曲線7、求出最大干密度和最優含水量二、室內擊實試驗(Compaction Test)：( (二二) )、壓實功能與最大干密度、最優含水量關系、壓實功能與最大干密度、最優含水量關系 壓實功能增大更易克服粒間吸引力，故干密度更大二、室內擊實試驗(Compaction Test)：( (三三) )、土性與最大干密度、最優含、土性與最大干密度、最優含水量關系水量關系 粘粒越多顆粒間引力越大，相同壓實功能下，只有較大含水量下才能達到更大干密度。三、現場壓實控制：( (一一) )、擊實試驗與現場壓

7、實的差別、擊實試驗與現場壓實的差別1、有無側向約束2、土料顆粒級配等差別三、現場壓實控制：( (二二) )、現場控制參數、現場控制參數1、壓實系數：即壓實度，c= d/dmax2、施工含水量：最優含水量/2%3、碾壓遍數：達到設計的壓實度時的碾壓遍數本節完一、砂一、砂( (砂石、碎石砂石、碎石) )墊層墊層(Sand Cushion)(Sand Cushion)設計：設計： 對砂墊層的設計，既要求有對砂墊層的設計，既要求有足夠的厚度足夠的厚度以置換可能以置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要求有被剪切破壞的軟弱土層，又要求有足夠的寬度足夠的寬度以防止以防止砂墊層向兩側擠出。砂墊層向兩側擠出。 設計

8、時需要確定墊層的設計時需要確定墊層的厚度、寬度、承載力厚度、寬度、承載力和和沉降沉降量。量。一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定1、基本要求： 滿足承載力和變形要求2、計算公式： 當下臥土層的承載力確定時，應滿足下式(2-1):pz-墊層墊層底面處的底面處的附加壓力值附加壓力值pcz墊層墊層底面處土的底面處土的自重壓力自重壓力faz經深度修正后經深度修正后墊層墊層底面處軟弱下臥層的底面處軟弱下臥層的地基承載力地基承載力zzazcppfPzPcz一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂

9、墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(1)求求pz：a. 墊層墊層底面處的底面處的附加壓力值附加壓力值pz可按壓力擴散角法進行簡化計算可按壓力擴散角法進行簡化計算:()2kczb pppbztg()(2)(2)kczbl pppbztglztg條形基礎條形基礎(2-2)矩形基礎矩形基礎(2-3)b回填土回填土其中：其中：b、l 矩形基礎地面的寬和長一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(1)求求pz：b. pk為為基礎基礎底面的底面的平均壓力平均壓力，為上部結構荷載為上部結構荷載(地表面以上地表面以

10、上)和基礎底面以上基礎及土的自重：和基礎底面以上基礎及土的自重：b回填土回填土AbdFpGkFdd- 為基礎埋深為基礎埋深GG-為基礎及基礎上土的平均有為基礎及基礎上土的平均有效容重效容重(即：有地下水應扣浮力即：有地下水應扣浮力)一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(1)求求pz：c. pc為為基礎基礎底面處原地基土底面處原地基土的的自重壓力自重壓力(若有若有地下水地下水則水則水下用浮容重下用浮容重)：b回填土回填土21ddpcd-為地下水以上原地基土濕容重為地下水以上原地基土濕容重d1d2-為地下水以下

11、原地基土浮容重為地下水以下原地基土浮容重一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(1)求求pz：d. 可以看出，式可以看出，式(2-2)(2-3)中的中的pk -pc的實際上為考慮了的實際上為考慮了土回彈后的基底凈壓力。土回彈后的基底凈壓力。pz 為凈壓力擴散后在墊層底面形成的附加應力為凈壓力擴散后在墊層底面形成的附加應力b回填土回填土dd1d2pk -pcpz一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(1)求求pz：e. 墊層的

12、壓力擴散角墊層的壓力擴散角取值取值b回填土回填土一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(2)求求pcz：墊層底面處土的自重壓力值：墊層底面處土的自重壓力值：按按原地基處土原地基處土的自重壓力計算，的自重壓力計算，地下水位以下采用地下水位以下采用浮容重浮容重。b回填土回填土dd1d2zz1z2.2211zzppccz一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (一一) )、砂墊層厚度的確定、砂墊層厚度的確定2、計算公式：(3)求求faz： 地基承載力的修正見地基承載力的修正見建筑地基基礎設計規

13、范建筑地基基礎設計規范GB50007-2002一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (二二) )、砂墊層寬度的確定、砂墊層寬度的確定1、墊層底面的寬度應滿足基礎底面應力擴散的要求，可按下式確定： 2、 取值： 當z/b0.25時，仍按表中 z/b0.25取值。3、整片墊層底面的寬度可根據施工的要求適當加寬。4、墊層頂面寬度可從墊層底面兩側向上，按基坑開挖期間保持邊坡穩定的當地經驗放坡確定。墊層頂面每邊超出基礎底邊不宜小于300mm。ztgbb2一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (三三) )、砂墊層承載力的確定、砂墊層承載力的確定1、墊層的承載

14、力決定于填筑料的性質、施工機具能量大小及施工質量的優劣等，宜通過現場試驗確定。 2、墊層的承載力尚必須對軟弱下臥層的承載力驗算后再確定。3、墊層的承載力也可通過取土分析、標貫實驗、動力觸探等實驗資料綜合分析確定。4、無試驗資料時可參見表24。一、砂(砂石、碎石)墊層(Sand Cushion)設計：( (四四) )、沉降計算、沉降計算1、原則： 建筑物基礎沉降總量S=墊層變形Sc+下臥土層變形Sp2、墊層： 粗顆粒墊層一般可忽略變形，需計算時方法：szckcEzpppS2)(Es-墊層壓縮模量3、下臥土層： 土力學分層總和法，建筑地基基礎設計規范建筑地基基礎設計規范GB50007-GB5000

15、7-20022002二、砂(砂石、碎石)墊層施工：( (一一) )、砂、砂( (砂石、碎石砂石、碎石) )料料 要求級配良好，質地堅硬，有機質、泥等的限制( (二二) )、施工參數、施工參數 最大干密度、最優含水量、壓實系數c、現場碾壓干密度 二、砂(砂石、碎石)墊層施工： ( (三三) )、施工要點、施工要點1、施工方法： 按密實方法分類，施工機械包括：機械碾壓法和平板振動法。(1)機械碾壓法： 常用于基坑面積大、開挖土方量大的工程。 平碾、羊角碾、振動碾振動壓路機振動壓路機18T自行式振動壓路機自行式振動壓路機 18T拖式振動5邊凸塊壓路機振動平胎碾礫石羊足碾粘性土或粉土二、砂(砂石、碎石

16、)墊層施工： ( (三三) )、施工要點、施工要點1、施工方法：(2)平板振動法： 用來處理無粘性土或粘粒含量少、透水性較好松散雜填土等地基。二、砂(砂石、碎石)墊層施工： ( (三三) )、施工要點、施工要點2、砂石料宜采用振動碾壓密實3、墊層底部存在軟硬不均部位時，應先清理、再砂石回填密實，合格后再進行上層施工。4、嚴禁擾動下臥軟土5、墊層底部盡量在同一標高，若不同應合理連接6、墊層應分層鋪筑、碾壓，參數現場試驗定7、填筑材料應拌和均勻8、注意排水、降水、邊坡穩定三、砂(砂石、碎石)墊層質量檢驗： 檢驗方法：環刀法、貫入測定法1、環刀法：測定干密度2、貫入法：鋼筋貫入深度3、檢驗點數量：參

17、考規范 4、竣工質量驗收：載荷試驗、標貫、觸探等。本節完一、粉煤灰墊層(Flyash Cushion)適用范圍： 適用于廠房、機場、港區陸域和堆場等工程大面積填筑。（廢料資源化） 按粉煤灰排放系統不同可分為干排灰、濕排灰、調濕灰；按含鈣量不同可分為高鈣灰、低鈣灰。我國大多為水排低鈣灰。 按照土工規范粉煤灰屬于：砂質粉土二、粉煤灰的工程特性及其對環境影響：(一)自重輕： 輕型擊實后干密度3(二)擊實性能好： 擊實曲線峰值段比天然土具有相對較寬的最優含水量區間。4%，施工質量易保證。(三)抗剪強度： 固結不排水剪：c=530kPa，=23300。二、粉煤灰的工程特性及其對環境影響：(四)壓縮性：

18、壓實系數為0.90.95時，Es=820MPa，為低壓縮性(五)承載力： 壓實系數為0.90.95時的浸水墊層，承載力特征值可采用120150kPa。(六)滲透性： 顆粒類似砂質粉土，滲透系數10-310-5cm/s。隨著時間增加，因為火山灰反應使得墊層強度增加、滲透系數減小，后期形成一個相對隔水層。二、粉煤灰的工程特性及其對環境影響：(七)抗液化性： 因火山灰反應，強度增長，顆粒形成具有膠凝能力的化合物，實驗證明不會發生液化。(八)對環境的影響： 粉煤灰中微量有害元素會對環境造成一定程度的影響，建設時需充分論證，并采取相應的工程措施。三、粉煤灰墊層的設計和施工：1、設計方法同砂石墊層。2、施

19、工時分層壓實。3、運輸需含水量1525%。4、施工壓實參數可依據輕型擊實實驗得到。5、填筑應分層鋪筑與碾壓，設置排水、泄水溝。6、虛鋪厚度和碾壓遍數需實驗確定。7、鋪設方式：人工和機鋪。三、粉煤灰墊層的設計和施工：8、當天鋪筑、當天碾壓。9、控制碾壓含水量為最優含水量4%。10、施工氣溫大于0，防凍脹。11、施工時防塵。12、施工質量檢驗可采用環刀法、鋼筋貫入法。13、施工質量驗收可采用載荷板試驗等。本節完一、礦渣(Cinder)及礦渣墊層適用范圍：1、礦渣： 也稱高爐重礦渣或干渣，是高爐冶煉生鐵過程中所產生的固體廢渣經自然冷卻而成。2、礦渣分類： 經破碎、篩分的礦渣稱為分級礦渣，未破碎、篩分

20、的稱為原狀礦渣，經破碎而未篩分的稱為混合礦渣。一、礦渣(Cinder)及礦渣墊層適用范圍：3、礦渣墊層及適用： 礦渣取代天然砂石等作為墊層，是廢物利用，資源化。 適用于中、小型建筑工程，尤其適用于地坪和堆場等工程大面積地基處理和場地平整。二、礦渣墊層的工程特性：1、穩定性： 需注意其硅酸鹽分解、石灰分解和鐵錳分解。2、松散密度：3。3、變形模量： 變形模量可達3570MPa4、礦渣力學特點： 壓密實時荷載與變形具有直線變形體特性，壓實不佳時會有顯著變形。設計時應了解礦渣成份、級配、密度、場地條件、施工機械條件，以確定合理設計參數。三、礦渣墊層的設計和施工要點：1、按砂石墊層設計2、墊層承載力和

21、變形模量宜通過現場試驗確定3、礦渣墊層材料根據工程情況選用4、礦渣墊層材料的基本要求：3、泥土和有機質含量應小于5%5、采用分層壓實法6、墊層質量檢驗要求本節完本節完一、素土墊層(Plain Soil Cushion)和灰土墊層 (Lime Soil Cushion)及適用范圍：1 1、素土墊層：、素土墊層： 指土中不摻入其他成分以改變土性的墊層。2 2、灰土墊層：、灰土墊層： 石灰和土按照一定比例摻合形成的墊層，常用石灰和土的體積比為2:8或3:7。一、素土墊層一、素土墊層(Plain Soil Cushion)和灰土墊層和灰土墊層 (Lime Soil Cushion)及適用范圍：及適用范

22、圍：3 3、適用范圍：、適用范圍： 素土墊層和灰土墊層常用來處理濕陷性黃土，處理素土墊層和灰土墊層常用來處理濕陷性黃土，處理深度深度13m。當只需處理濕陷性時，宜采用素土墊層；。當只需處理濕陷性時，宜采用素土墊層；當還需要提高承載力和水穩性時，宜采用灰土墊層。當還需要提高承載力和水穩性時，宜采用灰土墊層。4 4、分類：、分類： 可分為可分為局部墊層局部墊層和和整片墊層整片墊層。局部墊層局部墊層一般處理矩一般處理矩形和條形基礎，超出基礎底邊的形和條形基礎，超出基礎底邊的寬度不小于其厚度一寬度不小于其厚度一半半；整片墊層整片墊層超出基礎底邊超出基礎底邊外緣不小于外緣不小于2m。二、素土墊層和灰土墊

23、層設計和施工：二、素土墊層和灰土墊層設計和施工：1 1、局部墊層的平面范圍：、局部墊層的平面范圍： 每邊超出基礎底邊寬度按公式計算，并不小于前述每邊超出基礎底邊寬度按公式計算，并不小于前述規定規定（不小于其厚度一半）（不小于其厚度一半）；2 2、整片墊層：、整片墊層： 整片墊層超出基礎底邊整片墊層超出基礎底邊外緣不小于外緣不小于2m。3 3、墊層的承載力：、墊層的承載力： 易現場易現場載荷試驗載荷試驗得到。參考值：得到。參考值：素土墊層不超過素土墊層不超過180kPa，灰土墊層不超過，灰土墊層不超過250kPa。二、素土墊層和灰土墊層設計和施工：二、素土墊層和灰土墊層設計和施工：4 4、土料要求：、土料要求： 素土有機質少于素土有機質少于5%；不含凍土、膨脹土、磚石塊，；不含凍土、膨脹土、磚石塊，碎石粒徑不大于碎石粒徑不大于5cm。 灰土的石灰和土的體積比宜為灰土的石灰和土的體積