换填地基

换填地基一、灰土地基灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量情况下，充分拌合，分层回填夯实或压实而成。灰土地基具有一定的强度、水稳性和抗渗性，施工工艺简单，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。适于加固深1~4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。1．材料要求（1）土料采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4的粉土，土内有机质含量不得超过5%。土料应过筛，其颗粒不应大于15mm。（2）石灰应用III级以上新鲜的块灰，含氧化钙、氧化镁愈高愈好，使用前1~2d消解并过筛，其颗粒不得大于5mm，且不应夹有未熟化的生石灰块粒及其他杂质，也不得含有过多的水分。2．施工工艺方法要点（1）对基槽（坑）应先验槽，消除松土，并打两遍底夯，要求平整干净。如有积水、淤泥应晾干；局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。（2）灰土配合比应符合设计规定，一般用3：7或2：8（石灰：土，体积比）。多用人工翻拌，不少于3遍，使达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手握成团，两指轻捏即散为宜，一般最优含水量为14%~18%；如含水分过多或过少时，应稍晾干或洒水湿润，如有球闭应打碎，要求随拌随用。（3）铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度可参见表1，夯实机具可根据工程大小和现场机具条件用人力或机械夯打或碾压，遍数按设计要求的干密度由试夯（或碾压）确定，一般不少于4遍。灰土最大虚铺厚度表1 夯实机具种类 重量（t） 虚铺厚度（mm） 备注 石夯、木夯 0.04~0.08 200~250 人力送夯，落距400~500mm，一夯压半夯，夯实后约80~100mm厚 轻型夯实机械 0.12~0.4 200~250 蛙式夯机、柴油打夯机，夯实后约100~150mm厚 压路机 6~10 200~300 双轮（4）灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝，上下两层的接缝距离不得小于500mm，接缝处应夯压密实，并作成直槎。当灰土地基高度不同时，应做成阶梯形，每阶宽不少于500mm；对作辅助防渗层的灰土，应将地下水位以下结构包围，并处理好接缝，同时注意接缝质量，每层虚土从留缝处往前延伸500mm，夯实时应夯过接缝300mm以上；接缝时，用铁锹在留缝处垂直切齐，再铺下段夯实。（5）灰土应当日铺填夯压，入槽（坑）灰土不得隔日夯打。夯实后的灰土30d内不得受水浸泡，并及时进行基础施工与基坑回填，或在灰土表面作临时性覆盖，避免日晒雨淋。雨季施工时，应采取适当防雨、排水措施，以保证灰土在基槽（坑）内无积水的状态下进行。刚打完的灰土，如突然遇雨，应将松软灰土除去，并补填夯实；稍受湿的灰土可在晾干后补夯。（6）冬期施工，必须在基层不冻的状态下进行，土料应覆盖保温，冻土及夹有冻块的土料不得使用；已熟化的石灰应在次日用完，以充分利用石灰熟化时的热量，当日拌合灰土应当日铺填夯完，表面应用塑料面及草袋覆盖保温，以防灰土垫层早期受冻降低强度。3．质量控制（1）施工前应检查原材料，如灰土的土料、石灰以及配合比、灰土拌匀程度。（2）施工过程中应检查分层铺设厚度，分段施工时上下两层的搭接长度，夯实时加水量、夯压遍数等。（3）每层施工结束后检查灰土地基的压实系数。压实系数λc为土在施工时实际达到的干密度ρd与室内采用击实试验得到的最大干密度ρdmax之比，即：λc＝ρd/ρdmax（1）灰土应逐层用贯入仪检验，以达到控制（设计要求）压实系数所对应的贯入度为合格，或用环刀取样检测灰土的干密度，除以试验的最大干密度求得。施工结束后，应检验灰土地基的承载力。（4）灰土地基的质量验收标准如表2所示。灰土地基质量检验标准表2 项 序 检查项目 允许偏差或允许值 检查方法 单位 数值 主控项目 1 地基承载力 设计要求 载荷试验或按规定方法 2 配合比 设计要求 按拌合时的体积比 3 压实系数 设计要求 现场实测 一般项目 1 石灰粒径 mm ≤5 筛分法 2 土料有机质含量 % ≤5 试验室焙烧法 3 土颗粒粒径 mm ≤15 筛分法 4 含水量（与要求的最优含水量比较） % ±2 烘干法 5 分层厚度偏差（与设计要求比较） mm ±50 水准仪二、砂和砂石地基砂和砂石地基（垫层）采用砂或砂砾石（碎石）混合物，经分层夯（压）实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。砂和砂石地基具有应用范围广泛；不用水泥、石材；由于砂颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响；能在施工期间完成沉陷；用机械或人工都可使地基密实，施工工艺简单，可缩短工期，降低造价等特点。适于处理3.0m以内的软弱、透水性强的粘性土地基，包括淤泥、淤泥质土；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透系数小的粘性土地基。1．材料要求（1）砂宜用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂，当用细砂、粉砂时，应掺加粒径20~50mm的卵石（或碎石），但要分布均匀。砂中有机质含量不超过5%，含泥量应小于5%，兼作排水垫层时，含泥量不得超过3%。（2）砂石用自然级配的砂砾石（或卵石、碎石）混合物，粒级应在50mm以下，其含量应在50%以内，不得含有植物残体、垃圾等杂物，含泥量小于5%。2．构造要求垫层的构造既要求有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度，以防止垫层向两侧挤出。（1）垫层的厚度垫层的厚度z应根据垫层底部软弱土层的承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和大于软弱土层经深度修正后的地基承载力标准值（图1），并应符合下式要求：pz＋pcz≤faz（2）图1垫层内应力的分布1-基础；2-砂垫层；3-回填土式中pz——垫层底面处的附加压力值（kPa），可根据基础不同形式分别按以下简化式计算：条形基础 （3）矩形基础 （4）b——条形基础或矩形基础底面的宽度（m）；l——矩形基础底面的长度（m）；p——基层底面压力（kPa）；pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）；z——基础底面下垫层的厚度（m）；θ——垫层的压力扩散角，可按表3采用；pcz——垫层底面处土的自重压力值（kPa）；faz——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。压力扩散角θ（°）表3 换填材料z/b 中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石，碎石 粘性土和粉土（8＜Ip＜14） 灰土 0.25 20 6 30 ≥0.50 30 23 注：1．当z/b＜0.25时，除灰土仍取θ＝30°外，其余材料均取θ＝0°；2．当0.25＜z/b＜0.5时，θ值可内插求得。按公式（2）确定垫层厚度时，需要用试算法，即预先估计一个厚度，再按式（2）校核，如不能满足要求时，再增加垫层厚度，直至满足要求为止。垫层的厚度一般为0.5~2.5m，不宜大于3.0m，否则费工费料，施工比较困难，也不够经济，小于0.5m则作用不明显。（2）垫层的宽度垫层的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算：b'≥b＋2ztgθ（5）式中b'——垫层底面宽度；θ——垫层的压力扩散角，可按表3采用；当z/b＜0.25时，仍按表中z/b＝0.25取值。其他符号意义同上。垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层底面两侧向上按当地经验的要求放坡。大面积整片垫层的底面宽度，常按自然倾斜角控制（图2）适当加宽。图2砂或砂石垫层（a）柱基础垫层；（b）设备基础垫层1-柱基础；2-砂或砂石垫层；3-回填土；4-设备基础α-砂或砂石垫层自然倾斜角（休止角）；b-基础宽度垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表4选用，并验算下卧层的承载力。各种垫层的承载力表4 施工方法 换填材料 压实系数λc 承载力fK（kPa） 碾压或振密 碎石、卵石 0.94~0.97 200~300 砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%） 200~250 土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%） 150~200 中砂、粗砂、砾砂 150~200 粘性土和粉土（8＜Ip＜14） 130~180 灰土 0.93~0.95 200~250 重锤夯实 土或灰土 0.93~0.95 150~200注：1．压实系数小的垫层，承载力取低值，反之取高值；2．重锤夯实土的承载力取低值，灰土取高值；3．压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρmax的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0~2.2t/m3。3．施工工艺方法要点（1）铺设垫层前应验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。（2）垫层底面标高不同时，土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。分层铺设时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5~1.0m,并注意充分捣实。（3）人工级配的砂砾石，应先将砂、卵石拌合均匀后，再铺夯压实。（4）垫层铺设时，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受冻或受浸泡，降低其强度。如垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥质土层，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采取挤淤处理。先在软弱土面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换和挤出软弱土，再做垫层。（5）垫层应分层铺设，分层历或压实，基坑内预先安好5m×5m网格标桩，控制每层砂垫层的铺设厚度。每层铺设厚度、砂石最优含水量控制及施工机具、方法的选用参见表5。振夯压要做到交叉重益1/3，防止漏振、漏压。夯实、碾压遍数、振实时间应通过试验确定。用细砂作垫层材料时，不宜使用振捣法或水撼法，以免产生液化现象。砂垫层和砂石垫层铺设厚度及施工最优含水量表5 捣实方法 每层铺设厚度（mm） 施工时最优含水量（%） 施工要点 备注 平振法 200~250 15~20 1．用平板式振捣器往复振捣，往复次数以简易测定密实度合格为准2．振捣器移动时，每行应搭接三分之一，以防振动面积不搭接 不宜使用干细砂或含泥量较大的砂铺筑砂垫层 插振法 振捣器插入深度 饱和 1．用插入式振捣器2．插入间距可根据机械振捣大小决定3．不用插至下卧粘性土层4．插入振捣完毕，所留的孔洞应用砂填实5．应有控制地注水和排水 不宜使用干细砂或含泥量较大砂铺筑砂垫层 水撼法 250 饱和 1．注水高度略超过铺设面层2．用钢叉摇撼捣实，插入点间距100mm左右3．有控制地注水和排水4．钢叉分四齿，齿的间距30mm，长300mm，木柄长900mm 湿陷性黄土、膨胀土、细砂地基上不得使用 夯实法 150~200 8~12 1．用木夯或机械夯2．木夯重40kg，落距400~500mm3．一夯压半夯，全面夯实 适用于砂石垫层 碾压法 150~350 8~12 6~10t压路机往复碾压；碾压次数以达到要求密实度为准，一般不少于4遍，用振动压实机械，振动3~5min 适用于大面积的砂石垫层，不宜用于地下水位以下的砂垫层（6）当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时，应加强基坑内及外侧四周的排水工作，防止砂垫层泡水引起砂的流失，保持基坑边坡稳定；或采取降低地下水位措施，使地下水位降低到基坑底500mm以下。（7）当采用水撼法或插振法施工时，以振捣棒振幅半径的1.75倍为间距（一般为400~500mm）插入振捣，依次振实，以不再冒气泡为准，直至完成；同时应采取措施做到有控制地注水和排水。垫层接头应重复振捣，插入式振动棒振完所留孔洞应用砂填实；在振动首层的垫层时，不得将振动棒插入原土层或基槽边部，以避免使软土混入砂垫层而降低砂垫层的强度。（8）垫层铺设完毕，应即进行下道工序施工，严禁小车及人在砂层上面行走，必要时应在垫层上铺板行走。4．质量控制（1）施工前应检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度。（2）施工过程中必须检查分层厚度，分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。（3）施工结束后，应检查砂及砂石地基的承载力。（4）砂及砂石地基的质量验收标准如表6所示砂及砂石地基质量检验标准表6 项 序 检查项目 允许偏差或允许值 检查方法 单位 数值 主控项目 1 地基承载力 设计要求 载荷试验或按规定方法 2 配合比 设计要求 检查拌合时的体积比或重量比 3 压实系数 设计要求 现场实测 一般项目 1 砂石料有机质含量 % ≤5 焙烧法 2 砂石料含泥量 % ≤5 水洗法 3 石料粒径 mm 100 筛分法 4 含水量（与最优含水量比较） % ±2 烘干法 5 分层厚度（与设计要求比较） mm ±50 水准仪三、粉煤灰地基粉煤灰是火力发电厂的工业废料，有良好的物理力学性能，用它作为处理软弱土层的换填材料，已在许多地区得到应用。它具有承载能力和变形模量较大，可利用废料，施工方便、快速，质量易于控制，技术可行，经济效果显著等优点。可用于作各种软弱土层换填地基的处理，以及作大面积地坪的垫层等。1．粉煤灰垫层的特性根据化学分析，粉煤灰中含有大量SiO2、A12O3、Fe2O3（表7），有类似火山灰的特性，有一定活性，在压实功能作用下能产生一定的自硬强度。粉煤灰的化学成分（%）表7 项目编号 SiO2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO K2O SO3 Na2O 烧失量 1 51.1 27.6 7.8 2.9 1.0 1.2 0.4 0.4 7.1 2 51.4 30.9 7.4 2.8 0.7 0.7 0.4 0.3 4.9 3 52.3 30.9 8.0 2.7 1.1 0.7 0.2 0.3 3.5注：1．编号1为国内百多个电厂粉煤灰化学成分的平均值；2．编号2为上海地区粉煤灰化学成分平均值；3．编号3为宝钢电厂粉煤灰化学成分。粉煤灰垫层具有遇水后强度降低的特性，其经验数值是：对压实系数λc＝0.90~0.95的浸水垫层，其容许承载力可采用120~200kPa，可满足软弱下卧层的强度与地基变形要求；当λc＞0.90时，可抗地震液化。2．粉煤灰质量要求用一般电厂III级以上粉煤灰，含SiO2、A12O3、Fe2O3总量尽量选用高的，颗粒粒径宜0.001~2.0mm，烧失量宜低于12%，含SO3宜小于0.4%，以免对地下金属管道等产生一定的腐蚀性。粉煤灰中严禁混入植物、生活垃圾及其他有机杂质。粉煤灰进场，其含水量应控制在±2%范围内。3．施工工艺方法要点（1）铺设前，应清除地基土垃圾，排除表面积水，平整场地，并用8t压路机预压两遍，使密实。（2）垫层应分层铺设与碾压，铺设厚度用机械夯为200~300mm，夯完后厚度为150~200mm；用压路机为300~400mm，压实后为250mm左右。对小面积墓坑、槽垫层，可用人工分层摊铺，用平板振动器或蛙式打夯机进行振（夯）实，每次振（夯）板应重叠1/2~1/3板，往复压实，由两侧或四侧向中间进行，夯实不少于3遍。大面积垫层应采用推土机摊铺，先用推土机预压二遍，然后用8t压路机碾压，施工时压轮重叠1/2~1/3轮宽，往复碾压，一般碾压4~6遍。（3）粉煤灰铺设含水量应控制在最优含水量范围内；如含水量过大时，需摊铺晾干后再碾压。粉煤灰铺设后，应于当天压完；如压实时含水量过小，呈现松散状态，则应洒水湿润再压实，洒水的水质不得含有油质，pH值应为6~9。（4）夯实或碾压时，如出现“橡皮土”现象，应暂停止压实，可采取将垫层开槽、翻松、晾晒或换灰等办法处理。（5）每层铺完经检测合格后，应及时铺筑上层，以防干燥、松散、起尘、污染环境，并应严禁车辆在其上行驶；全部粉煤灰垫层铺设完经验收合格后，应及时进行浇筑混凝土垫层，以防日晒、雨淋破坏。（6）冬期施工，最低气温不得低于0℃，以免粉煤灰含水冻胀。4．质量控制（1）施工前应检查粉煤灰材料，并对基槽清底状况、地质条件予以检验。（2）施工过程中应检查铺筑厚度、碾压遍数、施工含水量控制、搭接区碾压程度、压实系数等。（3）施工结束后，应对地基的压实系数进行检查，并做载荷试验。载荷试验（平板载荷试验或十字板剪切试验）数量，每单位工程不少于3点，3000m2以上工程，每300m2至少一点。（4）粉煤灰地基质量检验标准如表8所示。粉煤灰地基质量检验标准表8 项 序 检查项目 允许偏差或允许值 检查方法 单位 数值 主控项目 1 压实系数 设计要求 现场实测 2 地基承载力 设计要求 按规定方法 一般项目 1 粉煤灰粒径 mm 0.001~2.0 过筛 2 氧化铝及二氧化硅含量 % ≥70 试验室化学分析 3 烧失量 % ≤12 试验室烧结法 4 每层铺筑厚度 mm ±50 水准仪 5 含水量（与最优含水量比较） % ±2 取样后试验室确定