回填土地基换填法及强夯置换法地基处理施工技术总结

'目录目录………………………………………………………………2一、引言………………………………………………………………3二、方法探讨…………………………………………………………32.1、换填法.…………………………………………………………32.1.1、换填法的加固机理.…………………………………………32.1.2、换填法加固地基的适用范围.………………………………32.2、静力排水固结法.………………………………………………72.3、强夯和强夯置换法.……………………………………………8三、选择回填土地基处理方法时应考虑的因素……………………103.1、地基状况.………………………………………………………103.2、性质.……………………………………………………………103.3、施工条件.………………………………………………………103.4、周围环境.………………………………………………………11四、结束语……………………………………………………………11-11- 一、引言XX民族职业技术学院新校区位于XX经济开发区开元大道南侧，其原始地形为东西为丘陵、南北为洼地，由于场平时南北方向需回填1～10m，材料为碎石、粘土，任意堆填，回填土时间2年，未经分层压实，结构松散。且在上面布有教学楼，层数6F，回填土由于具有压缩性大、强度低和变形稳定所需时间长等工程特性，一般不能直接作为天然地基使用，需经过加固处理。地基沉降是导致路基变形、破坏的主要原因，因此对回填土地基处理恰当与否，不仅影响工程的投资．而且将直接影响道路的使用性能和工程质量。对回填土地基的处理对策很多，但不管采用何种方法，处理后的地基必须满足强度、变形、动力稳定性和透水性要求，从而达到减小建筑物地基在荷载作用下引起沉降过大或不均匀沉降的目的。应建设单位委托，我公司对回填土地基提出处理方法。二、方法探讨回填土地基处理方法较多，分类也各有不同，常用的处理方法主要有：2.1换填法2.1.1、换填法的加固机理换填法就是将基础地面以下不太深的一定范围内的回填土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素上、灰上、煤渣、矿渣等材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基-当地基回填土层较薄．而且上部荷载不大时，也可直接以人工或机械方法(填料或石填料)进行表层压、夯、振动等密实处理．同样可取得换填加固地基的效果。2.1.2、换填法加固地基的适用范围换填法适用于浅层地基处理．包括淤泥、淤泥质上、松散素填上、杂填土、已完成自重同结的回填土等地基处理以及暗塘、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑：换填法还适用于一些地域性特殊土的处理：用于膨胀上地基可消除地基上的胀缩作用．用于湿陷性黄土地基可消除黄上的湿陷性，用于山区地基可用于处-11- 理岩面倾斜、破碎、高低差，回填硬不匀以及岩溶与土洞等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。1、基本知识当建筑物基础下的持力层比较松散，不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填垫层来处理回填土地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填土以强度较大的砂、砂石或灰土等，分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。换填法适用于浅层地基处理，处理深度可达2～3m。在饱和回填土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀加速回填土排水固结的作用。工程实践表明，在合适的条件下，采用换填垫层法能有效地解决中小工程的地基处理问题。本法的优点是：可就地取材，施工方便，不需要特殊的机械设备，既能缩短工期，又能降低造价。2、适用范围换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等回填土地基及不均匀地基的浅层处理。但在用于消除黄土湿陷性时，尚应符合国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定。换填时要根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，并结合施工机械设备车当地材料来源等综合分析，进行换填垫层的设计，选择换填材料和夯压施工方法。3、加固机理（1）置换作用。将地基底面以下回填土全部或部分挖出，换填为较密实材料，从而提高地基承载力，增强地基稳定性。（2）应力扩散作用。基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，从而减小基础沉降量，并使下卧层满足承载力的要求。（3）加速地基的排水固结，用透水性较大的材料作垫层，可成为下卧饱和回填-11- 土的排水面，使回填土上部的孔隙水压力容易消散，从而加速回填土的固结和回填土抗剪强度的提高。（4）均匀地基反力与沉降作用1、设计砂垫层的设计，主要是决定砂垫层的厚度和宽度。1.垫层材料（1）砂石。宜选用碎石、卵石、角砾、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），应级配良好。当使用粉细砂或石粉（粉径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。（2）粉质黏土。土料中有机质含量不得超过5%，也不得用含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm，用于湿陷性黄土或膨胀土地基的垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。（3）灰土。体积配合比宜为2：8或3：7。土料宜用黏性土及塑性指数大于4的粉土，不得使用块状黏土和砂质粉土，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜消石灰，其颗粒不得大于5mm。（4）粉煤灰。可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.3～0.5m。（5）矿渣。垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5%。（6）土工合成材料。由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和地基土条件，按现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》（GB0290-1998）的要求，通过设计并进行现场试验后确定。作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高、受力时伸长率不大于4%～-11- 5%、耐久性好胜、抗腐蚀的土工格栅、土工格室、土工垫层或土工织物等土工合成材料；垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质黏土等材料。如工程要求具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。1.垫层厚度垫层的厚度应根据下卧层的承载力确定，即作用在垫层底面处的土自重应力与附加应力之和不应大于回填弱下卧层土的承载力特征值，即符合下式要求：pz+pcz≤faz垫层的厚度不宜小于0.5m，如果百度小于0.5m，砂垫层作用不明显；也不宜大于3m，如果厚度大于3m，则施工比较困难，也不经济。2.垫层的宽度垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，并且要考虑垫层侧面土的侧向支承力来确定，因为基础荷载在垫层中引起的应力使垫层有侧向挤出的趋势，如果垫层宽度不足，四周土又比较回填弱，垫层有可能被压溃而挤入四周回填土中去，使基础沉降增大。垫层底面宽度可按下式计算并根据当地经验确定：b′≥b+2ztanθ3.承载力对各种垫层提出了压实标准，换填处的地基承载力宜通过试验，尤其是现场原位试验确定，并应进行下卧层的承载力是否满足要求。4.沉降换填垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成。对粗粒换填材料，由于在施工期间垫层的自身压缩变形已基本完成，且变形很小，因此，对碎石、卵石、砂夹石、矿渣和砂垫层，当换填垫层厚度、宽度及压实系数均满足设计要求后，一般可不考虑垫层自身的压强量而仅计算下卧层的变形。1、施工1.施工机械-11- （1）粉质黏土与灰土：宜采用平碾、振动碾或羊足碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯。（2）砂石：宜用振动碾（3）粉煤灰：宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯。（4）矿渣：宜采用平碾振动器或平碾、蛙式夯。2.分层铺填厚度及含水量控制一般情况下，垫层的分层铺填厚度可取200～300mm，为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。3.填料含水量的控制粉质黏土和灰土垫层施工含水量宜控制在最优含水量wop±2%范围内，粉煤灰垫层最优含水量控制在wop±4%范围内。最优含水量可通过击实实验确定，也可以按当地经验取用。4.其他施工要点（1）当垫层底部存在古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等回填硬不均的部位时，应根据建筑对不均匀沉降的要求来处理，并检验合格后，方可铺设垫层。（2）基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖。严禁扰动垫层下卧层的淤泥或淤泥质土，防止其被践踏、受冻或浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150～300mm厚的砂垫层或铺设一层土工织物，以防止淤泥或淤泥质土层表面的局部破坏。（3）垫层底面宜设在同一标高上，如深浅不同，基坑底上面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。（4）粉质粘土及灰土分段施工时，不得在桩基、墙角及承重窗间墙下接缝。上下两层的缝距不得小于500mm。接缝处应夯压密实。（5）灰土应拌和均匀并应在当日铺填夯实。灰土夯压密实后3d不得受水浸泡要。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，每层验收后应及时铺填上层或封层，防止干燥后松散起尘污染，同时禁止车辆通行。-11- （6）铺设土工合成材料时，下铺地基土层顶面应平整，防止土工合成材料被刺穿、顶破。铺设时应把土工合成材料张拉平直、绷紧，严禁有褶皱；端头应固定或回折锚固；切忌暴晒或裸露；连接宜用搭接法、缝接法的胶结法，并均应保证主要受力方向的粘结强度不低于所采用材料的抗拉强度。2.2、静力排水固结法静力排水固结法地对天然地基．或先在地基中设置砂井等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载．或是在建筑物建造以前．在场地先堆载预压．使上整体的孔隙水排出．逐渐同结，地基发牛沉降．同时强度逐步提高的方法。静力排水固结法可以解决以下两个问题：（1）沉降问题：使地基沉降在加载预压期间，即修筑路面之前沉降大部分或基本完成，路面在使用期间不致产生不利的沉降和沉降差。（2）稳定问题：排水同结法加速地基土的抗剪强度的增长，从而提高地基的承载力和稳定性．公路是条带状荷载，在横断方向受力面积较小，稳定问题尤为重要：排水固结法是由排水系统和加惩系统两部分共同组合而成的，排水系统有竖向排水体(包括普通砂井、袋装砂井和塑料排水板)和水平排水体(砂垫层)；加压系统包括堆载法、真空法、降低地下水位法、电渗法和联合法，设置排水系统主要在于改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加压系统即是起固结作用的荷载，要使地基土的固结压力增加而产生固结：2.3、强夯和强夯置换法1、基本知识1.强夯法强夯法又称动力固结法或动力压实法。此方法是反复将质量一般为10～40t（最大可达200t）的夯锤提高到一定高度（一般为10～40m），使其自由下落，对地基土进行强力冲击，通过巨大的冲击和振动能量，提高地基承载力并降低其-11- 压缩性，改善地基性能。1.强夯置换法强夯置换法是在强夯形成的夯坑内回填土块石、碎石等粗粒材料，然后用夯锤夯击，重复此规程连续施工，形成一个墩体。对粉土，形成的强夯置换墩可按与桩间土形成复合地基考虑，但在淤泥和其他流塑状态粘性土中，宜按单墩载荷试验确定的单墩承载力除以单墩加固作为加固后的地基承载力，不考虑墩间土的承载力。按强夯置换方式的不同，强夯置换法又可以分为桩式置换和整式置换两种不同的形式。2、适用范围强夯法：适用于碎石土、砂土、砾土、低饱和度的粉土、粘性土、湿陷性黄土、杂填土等地基。强夯置换法：当地变形控制不严时，可用于处理高饱和度的粉土、流塑～回填塑的粘性土等地基。但规范规定强夯置换法在设计前必须通过现场试验确定其适用性。3、加固机理（1）动力固结作用。强夯时在地基中所产生的超孔隙压力大于土粒间的侧向压力，土粒间便可能出现裂隙，形成排水通道。此时土的渗透性增大，孔隙水得以顺利排出，加速了土的固结。（2）动力密实作用。土体中大多数含有微气泡形式出现的气体。强夯时的强大冲击能使气体压缩、孔隙水压力升高，随后气体膨胀、孔隙水排出的同时，孔隙水压力下降，这样一来孔隙水和气体的体积都有所减小，土体得到加密。（3）液化作用。在巨大的冲击应力作用下，土中超孔隙水压力迅速提高，导致局部（部分）土体液化，土体强度消失，土粒通过自由地重新排列而趋密。4、设计工程实践表明，用强夯法加固地基时，必须根据场地的地质条件和工程要求，正确地选用各项强夯参数，才能取得较好的效果。-11- 强夯法和强夯置换法的加固设计包括加固深度H、锤击W、落距h等参数，其中锤重W与落距h的乘积Wh称为夯击能，表示每次冲击施加给土体的冲击能量。1.强夯法加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，地缺少试验资料或经验时可按强夯法的有效加固深度表不确定。强夯的单击夯击能，应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般情况下，对于粗颗粒土可取1000～3000kN/m2；细颗粒土可取1500～3000kN/m2。夯点的夯击次数，应根据现场试夯得到夯击次数和夯击降量的关系曲线确定，且应同时满足下列条件。（1）最后两击的平均夯沉量不大于：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm，当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm；（2）夯坑周围不应发生大的隆起；（3）不因夯坑过深而发生提锤困难;2.强夯处理范围强夯处理范围应大于建筑物基础范围，每边超出基础外缘的宽度宜为基地下设计处深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。夯击点的布置一般为三角形或正方形布置。第一遍夯击点的间距可取5～9m，以后每遍夯击点间距可以与第一遍相同，也可适当减小。对于加固深度较深或单击夯击能较大的工程，第一遍夯击点间距可以适当增大。（1）承载力的确定。强夯地基承载力特征值应通过现场载荷试验确定，具体确定承载力方法见《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A的A0.9。（2）沉降计算。强夯地基包括两个部分，即有效加固深度内的土层变形和其下卧层的变形，可按《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）建议的分层总和法-11- 计算，其中夯后有效加固深度内的土层。三、选择回填土地基处理方法时应考虑的因素3.1、地基状况（1）土质、砂性土：仅对那种可能发生液化的砂性土采用挤实砂桩法或振动压实法进行改善。粘性土：除了压实法外．其他方法均适用。但采取的处理方法对土基的扰动必须尽量小。因为粘上一经扰动，强度降低很多。（2）地基构成。在回填上层浅而薄的情况下，常用简单的表层处理法。重要的构造物基础常用开挖换填法。若回填土层较厚，应使用其他方法配合表层处理法。夹有砂层且厚度较薄（3~4m以下）的回填土层，一般采用表层处理法．荷载压重法等方法．即使是5cm的砂层也是有效排水层，在土质调查中不要遗漏。回填土层厚且无砂层的情况，因排水距离长，固结沉降需很长时间，强度也不增长。因此，沉降处理常用垂直排水法，稳定措施常反压护道法，挤实砂桩法和石灰桩法。在浅层部位堆积有4m以上厚度砂层，以下为回填弱粘土层的情况。一般来说，稳定不成问题，只需沉降处理，常用垂直排水，荷裁压重等方法。3.2、性质建筑物等级愈高，平整度愈重要，愈需要采取有效的沉降处理措施。等级较低时，可先铺简易路面，待沉降结束后，再铺正式路面以节约资金。3.3、施工条件不同的施工条件选用的处理方法不同．经济性也不同。主要有工期、材料、机械的作业条件等。3.4、周围环境（1）施工中对周围环境的影响，如噪音、振动地基及地下水的变化和排出的泥水等．在选择施工方法时必须考虑。（2）当建筑物有斜坡时，周围地基经常发生大的隆起或沉降，应考虑以减小总沉降量且控制剪切变形的方法为主要措施。不能采用这类方法时，应考虑-11- 事先对可能受影响的构造物加以保护，否则应考虑采用机械成孔。四、结束语回填地基规模大，造价高，应注重技术和经济两方面的研究。同时，地基基础是主体工程的一部分，要结合各栋建筑物的具体地质条件综合考虑，如在回填土表层处理后无法满足设计要求，应考虑采用机械成孔桩，持力层选到下伏稳定基岩上。-11-'