墊層法的作用、分類、設計及施工技術軟土層墊層

墊層法是將基礎底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后分層填入強度較大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料，并夯實（或振實）至要求的密實度。

墊層法適用條件：適用于淤泥、淤泥質(zhì)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，且建筑物荷載不太大的地基。換填法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)較為經(jīng)濟合理，但不應小于0.5m。

§3－1墊層法分類1.按墊層材料分類：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、粉煤灰墊層、加筋土墊層等。

2.按墊層所起作用分類：換土墊層、排水墊層、加筋土墊層。§3－2墊層的作用1.換土墊層(1)提高地基承載力

地基中的剪切破壞是從基礎底面開始的，并隨著基底壓力的增大而逐漸向縱深發(fā)展。因此，若以強度較大的砂或其它填筑材料代替軟弱土層，就可提高持力層承載力，從而避免地基破壞。

在各類工程中，墊層所起的主要作用有時是不同的，如建筑物基礎下的墊層主要是起換土作用；而在路堤和土壩等工程，主要是利用墊層起排水固結作用。（2）減少地基沉降量

基礎下地基淺層部分的應力較大，其沉降量一般在地基總沉降中所占的比例也較大，若以密實的砂或密實填筑材料代替淺層軟弱土，就可減少地基的大部分沉降量。另外，由于密實墊層對應力的擴散作用，使作用在下臥土層上的壓力較小，因此也相應減少了下臥土層的沉降量。

（3）加速軟弱土層的排水固結

由于砂或碎石等墊層材料的透水性大，當軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎下面的孔隙水壓力得以迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結，從而提高地基土強度。（4）防止地基土凍脹

由于粗顆粒墊層材料的孔隙較大，不易產(chǎn)生毛細管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中結冰所造成的凍脹。

2.排水墊層

排水墊層是指軟土地基上堤壩或大面積堆載基底等所鋪設的水平排水層，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要時在墊層底和上表面增設具有反濾性能的土工合成材料，防止砂石墊層被淤堵和拉裂。其主要作用為：

（1）作為水平排水層和下臥軟土層的排水通道，加速地基的排水固結，提高淺層地基的抗剪強度，配合砂井，加固深部軟土層；（2）約束軟弱下臥層的側向變形，提高地基的穩(wěn)定性，并改善其變形性質(zhì)。3.加筋土墊層

加筋土墊層是指由砂、石和素土墊層中增設各種類型加筋材料組成的復合墊層。如加筋土墊層、土工格室墊層等。其主要作用有以下三個方面：（1）擴散應力，使壓縮應力分布均勻；（2）增強砂石墊層的整體性和剛度，減小不均勻沉降；（3）約束軟弱土的側向變形?！?－3換土墊層的設計一、砂墊層的設計墊層的設計不但要滿足建筑物對地基變形及穩(wěn)定的要求，而且應符合經(jīng)濟合理的原則。

設計內(nèi)容:確定墊層斷面合理的厚度和寬度。對于有排水要求的墊層來說，除要求有一定厚度和寬度外，還需形成一個排水面，即在基礎底面下設置厚度為30cm的砂、砂石或碎石等透水性大的墊層，促進軟弱土的固結，提高強度，以滿足上部結構的要求。表達式為：σcz＋σz≤fazfaz——

墊層底面處軟弱土層經(jīng)深度修正后的承載力特征值；

σcz——墊層底面處土的自重應力；

σz——

墊層底面處土的附加應力。1.墊層厚度的確定p0zθσczσzd

墊層厚度一般是根據(jù)墊層底面處軟弱土層的承載力而確定的。墊層土的類別ηbηd淤泥和淤泥質(zhì)土01.0人工填土，或e或者大于等于0.85的粘土01.0紅粘土含水比大于0.8

含水比小于等于0.800.151.21.4填土壓實系數(shù)大于0.95、粘粒含量大于10％的粉土最大干密度大于2.1t/m3的級配砂石001.52.0粉土粘粒含量大于10％的粉土粘粒含量小于10％的粉土0.30.51.52.0e及IL均小于0.85的粘性土粉砂、細砂(不包括很濕與飽和時的稍密狀態(tài))中砂、粗砂、礫砂和碎石土0.32.03.01.63.04.4地基承承載力力修正正：條形基基礎矩形基基礎墊層底底面處處的附附加應應力σz，按計計算得得：式中p——基礎底底面平平均壓壓力(kPa)；σc——基礎底底面標標高處處的自自重應應力(kPa)；l、b——基礎底底面的的長度度和寬寬度(m)；z——墊層的的厚度度(m)；θ——墊層的的應力力擴散散角，，按下下表選選取。。墊層材料z/b中砂、粗砂、礫砂、碎石類土、石屑粘性土和粉土（8<Ip<14）灰土0.2520o6o28o≥0.5030o23o2.墊層寬寬度的的確定定墊層頂頂面寬寬度：：底寬確確定后后，可可從墊墊層底底面兩兩側向向上，，按基基坑開開挖期期間保保持邊邊坡穩(wěn)穩(wěn)定的的當?shù)氐亟?jīng)驗驗放坡坡確定定，墊墊層頂頂面每每邊超超出基基礎底底邊不不宜小小于300mm。墊層底底面寬寬度：：需滿足足應力力擴散散和防防止墊墊層向向兩側側擠出出的要要求。。3.墊層承承載力力的確確定墊層承承載力力宜通通過現(xiàn)現(xiàn)場試試驗確確定；；當無無試驗驗資料料時，，可參參考下下表確確定。。施工方法換填材料壓實系數(shù)λc承載力特征值（kPa）碾壓、振密或夯實碎石、卵石0.94~0.97200~300砂夾石（其中碎石、卵石占全重的30%～50%）200~250土夾石（其中碎石、卵石占全重的30%～50%）150~200中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫150~200粉質(zhì)粘土130~180各種墊墊層的的承載載力特特征值值施工方法換填材料壓實系數(shù)λc承載力特征值（kPa）碾壓、振密或夯實石屑0.94~0.97120~150灰土0.95200~250粉煤灰0.90~0.95120~150礦渣——200~300重錘夯實土或灰土0.93~0.95150~200續(xù)表注：礦礦渣墊墊層的的壓實實指標標為最最后二二遍壓壓實的的壓陷陷差小小于2mm。4.沉降計計算式中s——基礎沉沉降量量；s1——墊層自自身變變形量量；s2——壓縮層層厚度度范圍圍內(nèi)（（自墊墊層底底面算算起））各土土層壓壓縮變形之之和。。對于碎碎石、、卵石石、砂砂夾石石、砂砂和礦礦渣等等粗粒粒換填填材料料的墊墊層由由于在在施工工期間間墊層層自身身的壓壓縮變變形已已基本本完成成，且且量值值很小小，因因而在在地基基變形形計算算中，，可以以忽略略該部部分；；但對對于細細粒材材料，，尤其其是厚厚度較較大的的換填填墊層層，則則應計計入墊墊層自自身的的變形形。s1計算中，應力可取取墊層頂面和底面面壓力的平均值。。一般砂墊層Es=2030MPa；粉煤灰則Es=820MPa，碎石、卵石為3050MPa。無論是地基還是是墊層，其沉降計計算均可傳統(tǒng)分層層總和法計算。某磚混結結構辦公公樓，承承重墻下下為條形形基礎，，寬1.2m，埋深1.0m，承重墻墻傳至基基礎的荷荷載F=180kN/m；地表為為1.5m厚的雜填填土，γ=16kN/m3，γsat=17kN/m3；下面為淤淤泥層，γsat=19kN/m3，地基承載載力特征值值fak=67kPa，地下水埋埋深1.0m。試設計基基礎的墊層層?！窘狻竣艍|層材料選選中砂，并并設墊層厚厚度z=1.5m，則墊層的應應力擴散角角θ=30°°。例題題（2）墊層厚度度的驗算基礎底面平平均壓力設設計值p為：基底處的自自重應力：：σc=16×1.0=16kPa墊層底面處處的附加應應力墊層底面處處的自重應應力:經(jīng)深度修正正得地基承承載力設計計值faz（查表得深深度修正系系數(shù)ηd=1.1）:故滿足強度度要求，墊墊層厚度選選定為1.5m合適。（3）確定墊層層底寬b′取b′為3m，按1：1.5邊坡開挖。。二、土墊層層設計素土、灰土土、二灰土土總稱土墊墊層。適于于處理1~3m厚的軟弱土土層?；彝粒菏焓遗c粉粉質(zhì)粘土按按2：8或3：7比例拌和。墊層層強度隨灰量的的增加而提高。。2：8的灰土：當時，其容許承載力也可達300kPa。3：7灰土,當時，其容許承載力可達300kPa以上?；A灰土墊層施施工軟土地基上土墊墊層厚度的確定定與砂墊層相同同。（1）對非自重濕陷性性黃土地基上的墊墊層厚度應保證天天然黃土層所受的的壓力小于其濕陷陷起始壓力值。（2）對自重濕陷性黃黃土地基上，墊層層厚度應大于非自自重濕陷性黃土地地基上墊層的厚度度，或控制剩余濕濕陷量不大于20cm才能取得好的效果果。1.厚度確定2.寬度確定按照處理范圍素土土墊層或灰土墊層層可分為局部墊層層和整片墊層。式中b——灰土頂面基礎砌體體寬度；z——灰土厚度?；彝翂|層的寬度可可取（1）局部墊層：一般設置在矩形（（或方形）基礎或或條形基礎底面下下，其平面處理范范圍，每邊超出基基礎底面的寬度不不應小于墊層厚度度的一半。（2）整片墊層：一般設置在整個建建筑物（跨度大的的工業(yè)廠房除外））的平面范圍內(nèi)。。每邊超出建筑物物墻基礎外緣的寬寬度不應小于墊層層的厚度，并不得得小于2m。1.化學性質(zhì)粉煤灰和天然土中中的化學成分具有有很大的相似性，，具有火山灰的特特性，在潮濕條件件下具有凝硬性，，與二氧化硅，三三氧化二鋁等物質(zhì)質(zhì)進行水化反應，，生成水化產(chǎn)物，，使碾壓密實的粉粉煤灰顆粒膠結固固化形成塊狀結構構，可提高粉煤灰灰的強度，降低壓壓縮變形，增強抗抗?jié)B性和水穩(wěn)定性性。2.物理性質(zhì)粉煤灰的壓實曲線線與粘性土相似，，具有相對較寬的的最優(yōu)含水量區(qū)間間，其干密度對含含水量的敏感性比比粘性土小，最優(yōu)優(yōu)含水量易于控制制。三、粉煤灰墊層墊層分類適用范圍砂墊層多用于中小型工程的局部處理，適用于一般飽和、非飽和的軟弱土和水下黃土地基處理。不適宜用于濕陷性黃土地基。素土墊層適用于中小型工程及大面積回填、濕陷性黃土地基的處理灰土墊層適用于中小型工程，尤其適用于濕陷性黃土地基的處理粉煤灰墊層適用于廠房、機場、港區(qū)陸域和堆場等大、中、小型工程的大面積填筑墊層分類及適用范范圍§3－4墊層施工一、土的壓實機理理土一般由固體顆粒粒、水、空氣組成成。土中固、液、、氣三相組成的比比例反映干濕、密密實程度，對評價價土的工程性質(zhì)有有重要意義，是墊墊層壓實參數(shù)選擇擇的依據(jù)。實踐證明，要使土土的壓實效果最好好，其含水量一定定要適當。對過濕濕的土進行碾壓會會出現(xiàn)“橡皮土”，不能增大土的密密實度。對很干的的土進行碾壓，也也不能把土充分壓壓實。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)dmax=1.86wop=12.11.最優(yōu)含水量在干密度——含水量曲線上干密密度的峰值即為最最大干密度，與之之對應的含水量即即為最優(yōu)含水量。。（1）當粘性土的含水水量較小時，水化化膜很薄，以結合合水為主，顆粒間間引力大，在一定定的外部壓實功作作用下，還不能克克服這種引力而使使土粒相對移動，，壓實效果差，土土的干密度較??；；（2）當增加土的含水水量時，結合水膜膜逐漸增厚，顆粒粒間引力減弱，土土粒在相同的壓實實功能下易于移動動而擠密，壓實效效果提高，土的干干密度也隨之提高高；2.干密度——含水量曲線的物理理意義（3）當土中含水量增增大到一定程度后后，孔隙中開始出出現(xiàn)自由水，結合合水膜的擴大作用用并不明顯，顆粒粒間引力很弱，但但自由水充填在孔孔隙中，阻止了土土粒間的移動，并并隨著含水量的繼繼續(xù)增大，移動阻阻力逐漸增大，壓壓實效果反而下降降，土的干密度隨隨之減少。3.土的壓實實系數(shù)λc式中ρd——現(xiàn)場土的的實際控控制干密密度；ρdmax——土的最大大干密度度。機械碾壓壓法、重重錘夯實實法和振振動壓實實法三種種。（一）機機械碾壓壓法機械碾壓壓法是采采用壓路路機、推推土機、、羊足碾碾、振動動碾或其其它壓實實機械來來壓實軟軟弱地基基土或分分層填土土墊層。。常用于于基坑面面積寬大大和開挖挖土方量量較大的的工程。。二、墊層層施工方方法粘性土等軟弱土雜填土砂土、碎石土、濕陷性黃土狹窄場地、邊角平碾或羊足碾平碾振動碾或振動壓實機蛙式夯實機土類和場場地對碾碾壓設備備選用的的影響壓路機振動壓路路機多邊輪振振動壓路路機輪胎碾羊足碾－－粘性土土或粉土土Sheepsfootroller蛙式打夯夯機平板夯施工步驟驟:1.將擬建范范圍內(nèi)一一定深度度內(nèi)的軟軟弱土挖挖出至設設計要求求；2.將底部土土體碾壓壓加固；；3.分層填筑，逐逐層加密。施工參數(shù)：如施工機械、、鋪筑厚度、、碾壓遍數(shù)與與填筑含水量量等由工地試試驗確定。為保證有效壓實質(zhì)質(zhì)量，碾壓速度要要有所控制，平碾碾控制在2.0km/h，羊足碾控制在3.0km/h，振動碾控制在2.0km/h。施工設備每層鋪填厚度mm每層壓實遍數(shù)平碾（8~12t）200~3006~8（礦渣10~12）羊足碾（5~6t）200~3508~16蛙式夯（200kg）200~2503~4振動碾（8~15t）600~13006~8插入式振動器200~500平板式振動器150~250墊層每層鋪填厚度度及壓實遍數(shù)施工中，隨層檢驗驗平均干密度、含含水量。采用環(huán)刀刀法或貫入測定法法。每個基坑或100~500m2設一個檢驗點。質(zhì)量檢驗：碾壓法對表層地基基加固深度一般可可達2~3m。一般粘性土經(jīng)表表層壓實處理，其其地基承載力可達達80~100kPa。重錘夯實法是用起起重機械將夯錘（（15~30kN）提升到一定高度度（2.5~4.5m），然后自由落錘錘，不斷重復夯擊擊以加固地基。（二）重錘夯實法法1.施工順序重錘夯實宜一夯挨挨一夯順序進行。。在獨立柱基基坑坑內(nèi)，宜按先外后后里的順序夯擊。。同一基坑底面標高高不同時，應按先先深后淺的順序逐逐層夯實。（1）現(xiàn)場試夯；（2）夯擊前應檢查坑坑中土的含水量；；（3）施工夯打工藝；；（4）現(xiàn)場有邊坡或鄰鄰近建筑物時，應應當采用必要的防防護措施。3.質(zhì)量檢驗不僅要檢查施工記記錄及試夯最后下下沉量，而且要檢檢查加固質(zhì)量?；勖?0m一點，整片地基每每100m2兩點以上。經(jīng)過重重錘夯實的地基承承載力可達100~150kPa。2.施工要點振動壓實法是利用用各種振動壓實機機，將松散土振壓壓密實。適用于處理無粘性性土或粘粒含量少少，透水性較好的的松散雜填土地基基。振動壓實機的工作作原理是由電動機機帶動兩個偏心塊塊以相同速度反向向轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生很大大的垂直振動力。。壓實效果：一般雜填土經(jīng)振實實后，地基承載力力特征值可達100~120kPa。(三)平板振動法振動壓實的效果與與填土成分、振動動時間等因素有關關，一般振動時間間越長，效果越好好，但振動時間超超過某一值后，振振動引起的下沉基基本穩(wěn)定，再繼續(xù)續(xù)振動就不能起到到進一步的壓實作作用。因此，施工工前需進行試振，，得出穩(wěn)定下沉量量和時間的關系。。參考：對主要由由礦渣、碎磚、、瓦塊組成的建建筑垃圾，振動動時間約在1min以上；對含爐灰灰等細粒填土，，振動時間約為為3~5min，有效振實深度度為1.2~1.5m。振實范圍應從基基礎邊緣放出0.6m左右，先振基槽槽兩邊，后振中中間，其振實的的標準是以振動動機原地振實不不再繼續(xù)下沉為為合格，并輔以以輕便觸探試驗驗檢驗其均勻性性及影響深度。。1.墊層材料砂石：顆粒級配良好、、質(zhì)地堅硬的砂砂石（砂料的不不均勻系數(shù)不能能小于5，以中粗砂為好好，可在砂中摻摻入一定數(shù)量的的碎石，但要分分布均勻），不不得含有草根、、垃圾，含泥量量應小于5％，對具有排水要要求的砂墊層宜宜控制在含泥量量不大于3%?；彝粒和亮弦擞梅圪|(zhì)粘粘土，不宜使用用塊狀粘土和砂砂質(zhì)粉土，石灰灰宜用新鮮的消消石灰。三、砂（砂礫、、碎石）墊層施施工（1）施工機械應根根據(jù)不同墊層材材料進行選擇，，壓實參數(shù)由現(xiàn)現(xiàn)場試驗確定。。（2）不同施工機具具應采用不同的的最優(yōu)含水量，，尤其對素土和和灰土墊層應嚴嚴格控制。粉質(zhì)粘土和灰土土的施工含水量量宜控制在最優(yōu)優(yōu)含水量wop±2%的范圍內(nèi);粉煤灰宜控制在在最優(yōu)含水量wop±4%范圍內(nèi);砂石料，當用平平板式振動器時時可取15%~20%，采用平碾或蛙蛙式夯時可取8%~12%，用插入式振動動器時宜為飽和和；對于碎石及及卵石應充分澆澆水濕透后夯實實。2.施工要點（3）不良地質(zhì)現(xiàn)象象（如墊層下存存在古井、古墓墓、洞穴、舊基基礎、暗塘等）），應先進行清清理，然后再施施工墊層。（4）施工過程中嚴嚴禁擾動墊層下下臥的淤泥和淤淤泥質(zhì)土等軟弱弱土層。為避免免坑底土層受到到擾動，可保留留約200mm厚的土層暫不挖挖去，待鋪筑墊墊層前再挖至設設計標高。對碎碎石或卵石墊層層，其底部宜設設置150~300mm厚的砂墊層或鋪鋪一層土工織物物，以防止軟弱弱土層表面的局局部破壞。（5）墊層的底面宜宜鋪設在同一標標高上，若深度度不同，基坑底底土面應挖成階階梯狀或斜坡搭搭接，