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1、地 基 处 理地 基 处 理2第九讲第九讲置换法置换法3一、概述置换法：置换法：置换法：置换法：指应用物理力学性质较好的岩土材料置换天 然地基中的部分或全部软弱土体或不良土体，形成双 层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉 降目的一类地基处理方法。处理方法主要有换土垫层法 挤淤置换法 褥垫法 强夯置换法 碎石桩置换法 砂桩置换法 石灰桩法 气泡轻质料填土法 EPS超轻质料填土法4下面主要介绍换土垫层法、强夯置换法、石灰桩法 和EPS超轻质料填土法。二、换土垫层法1. 1. 加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围 换土垫层法就是将基础底面以下不太深的一定
2、范围 内软弱土层挖去，然后用强度高、压缩性能好的岩 土材料，如砂、碎石、矿渣、灰土、土工格栅加砂 石料等材料分层填筑，采用碾压、振密等方法使垫 层密实。通过垫层将上部荷载扩散传到垫层下卧层 地基中以满足提高地基承载力和减少沉降的要求。换土垫层法适用于软弱土层分布在浅层且较薄的各 类不良地基的处理。5设计内容垫层材料的选用 垫层铺设范围 厚度的确定 地基沉降计算（1）垫层材料选用）垫层材料选用2.2.设计计算设计计算设计计算设计计算 采用换土垫层法处理地基，垫层材料可因地制宜 地根据工程的具体条件合理选用下述材料： 砂、碎石、或砂石料； 灰土； 粉煤灰或矿渣；二、换土垫层法6（2）确定垫层铺设范
3、围）确定垫层铺设范围垫层铺设范围应满足基础底面应力扩散的要求。 对于条形基础，垫层铺设宽度B可根据当地经验确定， 也可按下式计算：2 tanBbz+式中：B 垫层宽度，m；b 基础底面宽度，m； z 垫层厚度，m； 压力扩散角，可按表9.1采用；当z/b0.25 时，仍按表9.1中z/b=0.25。(9-1)二、换土垫层法7表表9.1 压力扩散角（）压力扩散角（） 整片垫层的铺设宽度可根据施工的要求适当加宽。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，按当地开挖基坑经验放坡。二、换土垫层法8（3）确定垫层厚度）确定垫层厚度图图9.1 垫层内压力的分布垫层内压力的分布
4、1-垫层；2-回填土；3-基础一般情况下，一般情况下，0.5m垫层厚度垫层厚度3m。 垫层铺设厚度根据需要置换软弱土层的厚度确定，要求 垫层底面处土的自重应力与荷载作用下产生的附加应力 之和不大于同一标高处的地基承载力特征值，如图9.1 所示。其表达式为：zczazppf+(9-2)式中： pz 荷载作用下垫层底面 处的附加应力，kPa； paz 垫层底面处土的自重压力，kPa； faz 垫层底面处经深度修正后的地基承载 力特征值，kPa。二、换土垫层法9（4）沉降计算）沉降计算 一般垫层地基的沉降中仅考虑下卧层的变形，但对沉降 要求较严或垫层较厚的情况，还应计算垫层自身的变 形，垫层的模量可
5、参见表9.2。表表9.2 垫层模量（垫层模量（MPa）采用垫层法加固地基可采用分层总和法计算沉降量。二、换土垫层法103.施工开挖换土 铺填垫层4.质量检验灰土 粉煤灰 砂石垫层环刀法 贯入仪 静力触探 轻型动力触探 标准贯入试验砂石、矿渣垫层重型动力触探二、换土垫层法11三、强夯置换法1.1.加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围图图9.2 强夯置换碎石墩强夯置换碎石墩 复合地基示意图复合地基示意图 强夯置换法：强夯置换法：强夯置换法：强夯置换法：利用强夯施工方法，边夯边填碎石在地基 中设置碎石墩，在碎石礅和墩间土上铺设碎石垫层形成 复合地基以提高地基承载力
6、和减小沉降一种地基处理方 法。采用强夯置换法形成的复合地基示意图如图9.2所 示。 强夯置换法适用于加固粉土 地基、粘性土地基等。 强夯置换法常应用于堆场、 高等级公路地基处理，有时 也应用于多层住宅地基处 理。122.2.设计设计设计设计内容设计设计内容置换材料选用：置换材料选用：级配良好的块石、碎石、矿 渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大 于300mm的颗粒含量不宜超过30%。墩体设置深度：墩体设置深度：由设计承载力、地基土质条 件和单击夯击能量决定。 夯锤和落距的选用：夯锤和落距的选用：通过试验确定。 置换点范围：置换点范围：大于荷载作用范围。 置换点布置：置换点布置：采用等边三角形和
7、正方形布置， 置换点距离一般可取夯锤直径 的23倍。 垫层：垫层：厚度不小于300mm。 检验方法：检验方法：可通过现场载荷试验测定墩体和复 合地基承载力。三、强夯置换法13四、石灰桩法1.1.加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围加固机理和适用范围采用石灰桩法加固地基的机理有以下几个方面：采用石灰桩法加固地基的机理有以下几个方面： (1)置换作用 (2)吸水、升温使桩间土强度提高 (3)胶凝、离子交换和钙化作用使桩周土强度提高； 石灰桩法适用于加固杂填土、素填土和粘性土地基， 有经验时也可用于淤泥质土地基加固。石灰桩桩体：石灰桩桩体：石灰桩桩体：石灰桩桩体：先用机械或人工的方
8、法在地基中成孔，然后 灌入生石灰块，或灌入掺有粉煤灰、炉渣等掺合料的生石 灰混合料，并进行振密或夯实形成石灰桩桩体。石灰桩法：石灰桩法：石灰桩法：石灰桩法：石灰桩桩体与桩间土形成石灰桩复合地基， 以达到提高地基承载力、减小沉降的目的，称为石灰桩 法。142.2.设计设计设计设计设计内容桩孔直径选用 填料的选用 桩位布置和桩距设计 桩长设计 布桩范围的确定（1）桩孔直径选用）桩孔直径选用一般选用300500的较多。（2）填料的选用）填料的选用选用新鲜的生石灰，也可掺加粉煤灰、矿渣、水泥 等掺加料，其掺合比通过试验确定。四、石灰桩法15（3）桩位布置和桩距设计）桩位布置和桩距设计 桩位布置一般选用
9、等边三角形布置，也可采用正方形或 矩形布置。桩间距一般选用桩孔直径的2.53.5倍。具 体尺寸可根据复合地基承载力公式计算。 在石灰桩复合地基中，桩间土强度与距石灰桩桩体距离 有关。随着到桩周距离增大，由于桩体的物理化学作用 引起桩间土强度的提高减弱，桩间土强度降低。四、石灰桩法16（4）桩长设计）桩长设计（5）布桩范围的确定）布桩范围的确定 若需加固的软弱土层不厚，可考虑加固软弱土层底面， 也就是石灰桩穿透软弱土层。 若软弱土层较厚，则根据加固区下卧层承载力要求和建 筑沉降控制确定加固深度。 石灰桩桩长还取决于施工机具及施工工艺水平，一般小 于8m。 石灰桩加固范围宜大于基础宽度，当大面积满
10、堂布桩 时，一般在基础外缘增布12排石灰桩。四、石灰桩法173.3.施工施工施工施工4.4.质量检验质量检验质量检验质量检验检验内容：桩位布置、填料质量、桩体密实度。 在地基中设置石灰桩通常有四种方法：(1) 沉管法成孔提管投料压实法；(2) 沉管法成孔投料提管压实法；(3) 挖孔填料夯实法；(4) 长螺旋钻施工法。四、石灰桩法18五、EPS超轻质料填土法岩土工程中应用的EPS材料具有下述特点：（1）超轻质性 （2）耐压缩性 （3）摩擦特性 （4）耐水性 （5）化学热性：耐热、不受侵蚀、在紫外线作用下 会产生老化。 （6）施工方便EPS超轻质料填土法主要用途、适用范围以及适用 优点见表9.3所示。19表表9.3 EPS超轻质料填土法主要用途一览表超轻质料填土法主要用途一览表五、EPS超轻质料填土法20续表续表9.3 EPS超轻质料填土法主要用途一览表超轻质料填土法主要用途一览表五、EPS超轻质料填土法21图图9.3 放坡土提和放坡土提和EPS材料 填筑的路堤材料 填筑的路堤(a) 放坡土堤；(b)EPS材料路堤 采用EPS超轻质填料筑路堤不仅可大大减小作用在地 基上的荷载，而且由于EPS超轻填料自立性好，可减 小填筑路堤的占地面积，如图9.3所示。 从图中可以看出节省用地明显。五、EPS超轻质料填土法22思考题
