邮电与信息工程学院
岩土工程课程设计计算书
课题名称：换土垫层法设计
学生学号：0944510108
专业班级：09建筑工程技术01班
学生姓名：李宜
学生成绩：
指导教师：张晓敏
课题工作时间：2011年12月19日至2011年12月28日
武汉工程大学邮电与信息工程学院
岩土工程课程设计计算书
一、地基处理方案论证
由于建筑地基大部分在暗滨区域，因此必须进行处理。若打钢筋混凝土短桩，费用比较昂贵；若采用水泥混凝土搅拌桩，由于暗滨土中有机物含量较高，因此处理效果可能不好；若采用基础梁跨越低，则因暗滨宽度太大而不可能，故采用砂垫层处理，置换暗滨填土，则既可满足建筑物对地基水载力的要求，又可达到改善排水途径及控制下卧层压力的目的。因此，对各种地基处理方案进行技术经济比较，决定采用砂垫层处理方案。
二、计算垫层厚度
对于砂垫层厚度的确定，可先假设一个垫层的厚度，然后再根据下卧层地基承载力，按公式进行验算，若不符合要求，则改变厚度，重新再验算，直到满足要求为止。
由于暗滨深度为2.8m，基础埋深d=1.3m，因此砂垫层厚度假设为1.5m,其干密度要求大于1.6t/m2
1．计算基础底面平均压力P k:
基础自重和基础以上的土重G k=γG Ad-γw Ah w
=20×1.3×1.3—9.8×1.3×（1.3—0.5）
=27.3kN
故荷载效应标准组合时，基础底面平均压力P k=(F k+G k)/A
=(145+27.3)÷1.3
=132.6kPa
2．计算基础底面处土的自重压力P c:
P c=∑γi h i=18.5×0.8+（18.5—9.8）×0.5=19.2kPa
3．计算垫层底面处土的自重压力P cz:
P cz=∑γi h i=(18.6—9.8)×2.0+18.5×0.8
=32.2kPa
4．计算垫层底面处的附加压力P
:
z
由砂石垫层厚度z=1.5m ，基础宽b=1.3m ，得
z/b=1.5/1.3=1.15＞0.5
取压力扩散角θ=30°，则
垫层底面处的附加应力P z =b(P K —P C )/(b+2ztan θ)
=1.3×（132.6—19.2）/(1.3+2×1.5×tan30°) =40.87kPa
5．计算下卧层地基承载力设计值
由表1可得砂垫层底面处淤泥质粉质粘土的地基承载力特征值F ak =68kPa,再经深度修正后可得下卧层地基承载力设计值为： f az =f ak +ηb γ(b —3)+ ηd γ
m (d+z —0.5)
=68+0+1×[（18.5—9.8）×2+18.5×0.8×（2.8—0.5）]/2.8=94.5kPa 6．下卧层承载力验算
垫层的厚度应满足作用在垫层底面处土的自重压力与附加压力之和不大于下卧层地基承载力的要求,即：
P z + P cz =48.7+32.2=80.9＜f az =94.5kPa ，满足设计要求
故砂石垫层厚度取1.5m
四、确定垫层宽度
垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。宽度计算通常可按扩散角法。
b ’=b+2ztan θ=1.3+2×1.5×tan30°=3.0m,按1:1.5边坡开挖
五、沉降计算
换土垫层后建筑物的地基沉降由垫层自身的变形量s 1和下卧层的变形量s 2两部分组成，其中：
s
E h
P P s 2)(1α+=
式中 h —砂垫层厚度(m)。
对条形基础，压力扩散系数α可按下式计算：
θαh t g
b b
2+=
=1.3/（1.3+2×1.5×tan30°）=0.429
(1)对砂垫层压缩模量E s 可取20MPa ，则砂垫层自身的变形S 1为：
s
E h
P P s 2)(1α+=
=(132.6+0.429×132.6)×1.3×103/(2×20×103)
=6.16mm
（2）下卧层土的变形量s 2可按分层总合法分层总和法规范修正公式计算,
S 2=S 's ?=????
? ??--
---=∑1110i i i i n
i si s Z Z E P αα? 垫层底面处的附加压力P 0=P z =48.7，因而，可计算i S '?： Z=0～2m （第二层土）：
i
S '?=()m m Z Z E P i i i i i 4.343672.1287.37.48110=?=????
? ??--
---αα Z=2～7.7m （第三层土）：
i
S '?=()672.312268.60.773.127.48110?-?=????
? ??-----i i i i i Z Z E P αα
=47.8mm
确定Zn ：
由表2知，Z=13m 深度范围内的计算变形量∑'?S =99mm ，相应于Z=12.4~13m 的土层的计算量2.1／99=0.0021≦0.025，满足要求，故可确定地基变形量的计算深度Zn=13m 。 确定s ?：
由公式∑∑?=
n i
si
i
i i
E
A A
/E n
s _
确定Zn 的深度范围内的压缩模量的当量值s _
E ：
sn
n n n n s s E Z Z P E Z Z P E Z P ??
? ??-++??? ??-+??? ???-??? ???-=--
-------
-110211*********n n 0S _
..........00Z P E αααααααα =
?
?? ??+++++?93.10830.093.10442.093.13400.0.093.14473.013.23595.287
.37492.17.48023
.57.48
=2.5Mpa
表1： 下卧层土的变形量S 2的计算结果（一）
查表6-4（土力学教材）P 0≦0.75f ak 的1.1s =?,因而地基的沉降量S 2： ?='?=∑=1.1S S 1i S 2n
i ?99=108.9mm
所以综上地基的最终沉降量：
S=115.1mm 6.2108.9S S 21=+=+'﹤[]mm S 200=
六、施工设计
1．垫层材料
垫层材料为砂石垫层，应选用级配良好，质地坚硬的中砂材料，材料中不得含有植物质残体、垃圾等杂物质，且含泥量不超过5％（排水砂石垫层不应超过3％），该垫层的总厚度为1.5m 2．施工机具
垫层施工应根据不同的换填材料选择合适的机具，此工程中为砂石垫层，宜采用平板振动器、蛙式夯、平碾或插入式振动器
3．含水量要求
为获得最佳夯实效果，宜采用垫层材料的最优含水量，作为施工的控制含水量。对于砂石垫层，当使用平板振动器时，含水量可取15％~20％；当使用平碾或挖夯时，含水量可取8%~12%；当使用插入式振动器时，砂石材料则宜为饱和。
4．分层厚度
砂石垫层的分层铺填厚度以及每层压实的遍数宜根据垫层材料、施工机械设备及设计要求等通过现场试验确定。一般情况下垫层的分层厚度可取200~300mm ，
在不具备试验条件的场合可按下表选用：
5.垫层施工
基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，可保留约200mm 厚的土层暂不挖去，侍铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏。受冻或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150～300mm 厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。
换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水撼法施工砂垫层外，不得在浸水条件下施工，必要时应采用降低地下水位的措施。
垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填
七、质量控制与检验
砂垫层的质量必须分层控制及检验，并且以满足设计要求的最小密度控制为标准。质量的检验方法主要有环刀法和贯入测定法；另外对于垫层的填筑工程竣工质量验收还可用：动测法、静立触探法和标准贯入法等其中的一种方法检验。
垫层底面应铺设在同一标高上，各分层搭接的位置应错开0.5—1.0m,施工时应按先深后浅的顺序进行。
垫层施工前应验槽，浮土应清除，边坡必须稳定，如发现孔、洞、沟、穴或软弱土层，应挖除后填实。
在本工程中的砂垫层中，对于中砂，要求最小干密度;对于粗砂，要求最小干密度；检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。
采用环刀法检验垫层的施丁质量时，取样点应位于每层厚度的2/3 深度处。检验点数量，对大基坑每50～100m2 不应少于1 个检验点；对基槽每10～20m 不应少于1 个点；每个独立柱基不应少于1 个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。
垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。
竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3 点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的l%，且不应少于3 点。
八、主要参考文献
1．郑俊杰．地基处理技术．武汉：华中科技大学出版社，2004；
2．叶书麟，叶观宝．地基处理．北京：中国建筑工业出版社，2003；
3．袁聚云等．土木工程专业毕业设计指南（岩土工程分册）．北京：中国水利水电出版社，1999；
4．《地基处理》编写委员会．地基处理手册．北京：中国建筑工业出版社，2000；
5．中华人民共和国行业标准．建筑地基处理技术规范（JGJ79－2002）．北京：中国建筑工业出版社，2000；
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7．祝龙根等．地基基础测试新技术．北京：机械工业出版社，2002；
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9．龚晓南．地基处理新技术．西安：陕西科学技术出版社，1997；
10．周景星等．基础工程．北京：清华大学出版社，2000；
11．赵明华．基础工程．北京：高等教育出版社，2003；
12．吴湘兴．土力学及地基基础．武汉：武汉大学出版社，2000。
换填垫层法定义： 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填土垫层来处 理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层 夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。 换填垫层法主要作用： 换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。 具体表现为： (1)置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。 (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)加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。 (4)防止冻胀。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。 (5)均匀地基反力与沉降作用。对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧 基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。 因此，换填的目的就是：提高承载力，增加地基强度；减少基础沉降；垫层采用透水材料可加速地基 的排水固结。 1概念 换填法又称换土法。 所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。 浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小，而且在更大程度上与地基土的物理力学性质有关。地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的 工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料。 2适用范围 换填法(Replacement Method、Cushion)就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，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、素土、灰土、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。 换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小等优点。 按换填材料的不同，将垫层分为砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。 换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、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，用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用，用于湿陷性黄土地 基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力 和防止冻胀损坏等。
换填垫层法定义
换填垫层法定义： 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。 换填垫层法主要作用： 换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。 具体表现为： (1)置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。 (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)加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。 (4)防止冻胀。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。 (5)均匀地基反力与沉降作用。对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。 因此，换填的目的就是：提高承载力，增加地基强度；减少基础沉降；垫层采用透水材料可加速地基的排水固结。 1概念 换填法又称换土法。 所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。 浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小，而且在更大程度上与地基土的物理力学性质有关。地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料。 2适用范围
重庆开县康园自行车厂厂房工程卵石换填垫层计算和处理方法根据重庆宏源勘测设计有限公司提供的重庆开县康园自行车有限公司厂房工程地勘报告，本工程基础采用卵石垫层法对地基进行处理，即在基础底面影响范围内（每边宽出柱下独立基础基底各范围内），挖除素填土层及及局部的冲洪积层，换填厚的4：3：3 的级配卵石层，在卵石层之上做独立基础。换填卵石层置于粘土层上，粘土层地基基础承载力特征值不小于160 kPa。 具体要求及计算： 一、卵石填料的标准要求： 要求采用级配卵石，其配比关系宜为4：3：3 即： 卵石4（砾径50≥d≥20mm）:圆砾3（砾径20≥d≥2m）m:中粗砂3（砾径2≥d≥）。最大粒径不超过50mm，含泥量﹙＜颗粒含量﹚不超过3%。 二、施工参数： ①、使用18-24吨振动压路机； ②、压路机行驶度≤50m/min ； ③、毎层压实填料虚铺厚度≤40cm； ④、毎层先静压2 遍，再振压8 遍。 三、卵石垫层承载力特征值f ak 的确定 由静载荷试验确定或由N120 超重型动力触探试验确定。由灌水、灌砂法确定其压实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表确定：当压实系数在时，对于地基基础设计等级为丙级的建筑，其承载力特征值可取250kPa。 四、卵石垫层的计算： 1、依据JGJ79-2002规范第条，垫层的厚度Z 应根据下卧层的承载力确 定，并符合下式： Pz+Pc≤z f az
式中：Pz-垫层底面处的附加压力Pcz-垫层底面处土的自重压力f az-垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。 2、灰土垫层的承载力卵石垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，本工程的地基础设计等级为丙级，当4:3:3 卵石垫层的压实系数不小于时，其承载力特征值 f a 可采用250kPa。 3、计算基础底面面积A：卵石垫层的地基承载力特征值﹙不做深度修正﹚ f a=250kPa，单柱荷重标准值F k=2400kN，基础埋深d=，基础及上覆土的平均重度γ =20kN/m3。 F k 2400 代入矩形基础面积计算公式： A=lb f d = 250 2.5*20 = 基础宽度b=L ≥ f a d =，取b=L= 4、卵石垫层强度f ak 的验算卵石 垫层的强度要滿足GB5007-2002 规 范中式： f ak≥p k 求基础底面处的平均压力值p k：按GB5007-2002 规范中公式：P F K G K PK A 式中：F K -- 上部结构传至基础顶面的竖向压力=2400kN G K---基础自重和基础上的土重；矩形基础G K= （式中: L、b、d 分别为基础础的长度、宽度和埋深；γ 为基础和上伏土的平均重度取20kN/m3）
16#东头基础承载力计算书 地勘报告采用的标高与总图标高不一致，差值为0.7米，总图上标注16#楼±标高为29.80米，对应地勘报告为30.50米，设计室内外高差0.3米，即设计室外地面对应地勘报告为30.20米，16#东头在地勘剖面上对应第20-20轴的117点。117点处现状地面为29.56米。 现场挖坑的坑底标高为25.0米，从地勘剖面看已深入第3层粘土层约0.5米。分层铺填级配砂石垫层总厚度为1.20米， 1、按照《建筑地基处理技术规范》4.2.2条复核中间轴基础尺寸 式4.2.2-1 z cz ae p p f +≤ 承载力修正用的埋深 5.5d m =，m 1.018，d ηγ==， 01.200.25,0.25=20， 取，查表z z m b θ=> 110 1.018(5.50.5)200ae f kPa =+??-= =5.51899cz p kPa ?= 故20099101z ae cz p f p kPa ≤-=-= 根据公式4.2.2-3 ()(2tan )(2tan ) k c z bl p p p b z l z θθ-=++且b l =，()2100k c bl p p kN -= 2ztan 4.56b m θ+== 4.562ztan 4.562 1.2tan 20 3.69b m θ=-=-??= 2、按照《建筑地基处理技术规范》4.2.2条复核南北边轴基础尺寸 式4.2.2-1 z cz ae p p f +≤ 承载力修正用的埋深 5.2d m =，m 1.018，d ηγ==， 01.200.25,0.25=20， 取，查表z z m b θ=> 110 1.018(5.20.5)194.6ae f kPa =+??-=
重庆开县康园自行车厂厂房工程 卵石换填垫层计算和处理方法 根据重庆宏源勘测设计有限公司提供的重庆开县康园自行车有限公司厂房工程地勘报告，本工程基础采用卵石垫层法对地基进行处理，即在基础底面影响范围内（每边宽出柱下独立基础基底各范围内），挖除素填土层及及局部的冲洪积层，换填厚的4：3：3的级配卵石层，在卵石层之上做独立基础。换填卵石层置于粘土层上，粘土层地基基础承载力特征值不小于160 kPa。 具体要求及计算： 一、卵石填料的标准要求： 要求采用级配卵石，其配比关系宜为4：3：3即： 卵石4（砾径50≥d≥20mm）:圆砾3（砾径20≥d≥2mm）:中粗砂3（砾径2≥d≥）。最大粒径不超过50mm，含泥量﹙＜颗粒含量﹚不超过3%。二、施工参数： ①、使用18-24吨振动压路机； ②、压路机行驶度≤50m/min； ③、毎层压实填料虚铺厚度≤40cm； ④、毎层先静压2遍，再振压8遍。 三、卵石垫层承载力特征值f ak的确定 由静载荷试验确定或由N120超重型动力触探试验确定。由灌水、灌砂法确定其压实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表确定：当压实系数在时，对于地基基础设计等级为丙级的建筑，其承载力特征值可取250kPa。 四、卵石垫层的计算： 1、依据JGJ79-2002规范第条，垫层的厚度Z应根据下卧层的承载力确
定，并符合下式： Pz+Pcz ≤f az 式中：Pz-垫层底面处的附加压力 Pcz-垫层底面处土的自重压力 f az -垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。 2、灰土垫层的承载力 卵石垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，本工程的地基础设计等级为丙级，当4:3:3卵石垫层的压实系数不小于时，其承载力特征值f a 可采用250kPa 。 3、计算基础底面面积A ： 卵石垫层的地基承载力特征值﹙不做深度修正﹚f a =250kPa ，单柱荷重标准值F k =2400kN ，基础埋深d=，基础及上覆土的平均重度γ=20kN/m 3。 代入矩形基础面积计算公式：A=lb γd f F a k -=2400250 2.5*20-= 基础宽度b=L ≥d f F a k γ-=，取b=L= 4、卵石垫层强度f ak 的验算 卵石垫层的强度要滿足GB5007-2002 规范中式： f ak ≥p k 求基础底面处的平均压力值p k ：按GB5007-2002 规范中公式： A G F P K K K += 式中：F K----上部结构传至基础顶面的竖向压力=2400kN G K---基础自重和基础上的土重；矩形基础G K = (式中: L 、b 、d 分别为基础础的长度、宽度和埋深； γ 为基础和上伏土的平均重度取20kN/m 3)
换填垫层法地基处理设计 [摘要] 从土的压实机理出发，介绍了换填垫层法地基处理的设计方法。 [关键词] 软弱土地基换填垫层 1.概述 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，软弱土层的厚度又不大时，将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层的地基处理方法称为换填垫层法。 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换土深度一般不宜小于0.5m，也不宜大于3m。填料以渗水材料为佳。 垫层可选用下列材料：砂石、粉质粘土、灰土、矿渣、粉煤灰、其他工业废渣、土工合成材料等。 2.压实机理 当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，还不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果比较差，当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，结合水膜的扩大作用就不明显了，因而引力的减少就不显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个“最优含水量”，这就是土的压实机理。 在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，要求能获得填土的最大干密度max,其最大干密度可用击实试验确定。在标准的击实方法的条件下，对于不同含水量的土样，可得到不同的干密度，从而绘制干密度和制备含水量w的关系曲线，在曲线上的峰值即为最大干密度max，与之对应的制备含水量为最优含水量wop。 垫层的压实标准可按表1选用： 表1 各种垫层的压实标准 施工方法换填材料类别压实系数 碾压、振密或夯实碎石、卵石 0.94～0.97 砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%～50%）
1 砂垫层厚度的计算 实际上砂垫层厚度的计算就是垫层底部下卧层承载力的验算。计算方法有多种，目前我国常用的方法是按应力扩散角进行计算，即认为砂垫层以“θ”角向下扩散基底应力，到砂垫层底面(下卧层顶面)处的压应力σh与砂垫层的自重应力之和σH应小于或等于该处下卧层顶面地基的容许承载力，即： σH≤(σ)H。① 在施工中，涵洞、挡土墙等构造物多为矩形基础，在基底的平均附加应力σ作用下，压应力按扩散角θ通过砂垫层向下扩散到下卧层顶面，假定此处产生的压应力平面呈梯形分部，如图所示。 图 根据力的平衡条件可得：lbσ=((b+hstgθ)l+bhstgθ+4/3*(hstgθ)2)σh 则该处下卧层顶面的附加应力为：σh=lbσ/ [lb+(l+b+4/3* hstgθ)hstgθ]②
式中：l—基础的长度(m)；b—基础的宽度(m)；hs—砂垫层的厚度(m)；σ—基底处的附加应力(KPa)；θ—砂垫层的压应力扩散角，一般取35～45°，根据垫层材料选用。σh是由基础传来的附加应力，而砂垫层底面下卧层同时还受到垫层本身及回填土的重力，因此 σH=σh+rshs+rh ③ 式中：rs—砂垫层的容重(kN/m3)；r—回填土的容重(kN/m3)；h—基坑回填土的厚度(m)。 由①、②、③式即可求得砂垫层所需厚度(m)。 2 砂垫层平面尺寸的计算 如上图，根据几何关系得砂垫层底部平面尺寸为： L=l+2hstgθ④ B=b+2hstgθ⑤ 式中：L—砂垫层底平面的长度(m)； B—砂垫层底平面的宽度(m)。
为防止砂垫层受力后向两侧软土挤动，大多数情况下砂垫层顶面尺寸也按④、⑤两式确定。 3 示例 某座小桥桥台为刚性扩大基础，尺寸为8m(长)×2m(宽)×1m(厚)，基础埋置深度1m，地基土为流塑性粘性土，IL=1，e=0.8，r=18kN/m3，基底平均加应力为160KPa，现采用砂垫层(rs=20kN/m3)进行地基加固处理，请确定砂垫层厚度及平面尺寸。计算过程如下： ⑴计算砂垫层厚度hs。由资料可知，l=8m，b=2m，h=1m，r=18kN/m，rs=20kN/m3，σ=160KPa，根据IL=1，e=0.8，从一般粘性土地基容许承载力(σ0)(KPa)表查得σH=150KPa， 将数据代入②式σh=lbσ/[lb+(l+b+4/3*hstgθ)hstgθ]中得到150=8*2*160/(8*2+(8+2+1.33*hs*tgθ)*hstgθ) 取θ=45°，整理得：19.95hs2+150hs-16=0 由上式可得：hs=0.46(m) ⑵计算砂垫层长度L、宽度B。 L=l+2hstgθ=8+0.46=8.46(m)
4 换 填 垫 层 法 4. 1 一 般 规 定 4．1．1 换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 4．1．2 应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法。 4. 2 设 计 4．2．1 垫层的厚度z 应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求： az cz z f p p ≤+ (4.2.1-1) 式中 z p ——相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压 力值(kPa)； cz p ——垫层底面处土的自重压力值(kPa)； az f ——垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa)。 垫层底面处的附加压力值z p 可分别按(4.2.1-2) 和(4.2.1-3)式计算： 条形基础 ()θztg b p p b p c k z 2+-= (4.2.1-2) 矩形基础
() )2)(2(θθztg l ztg b p p bl p c k z ++-= (4.2.1-3) 式中 b ——矩形基础或条形基础底面的宽度(m)； l ——矩形基础底面的长度(m)； k p ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压 力值(kPa)； c p ——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( o)，宜通过试验确定，当无试 验资料时，可按表4 .2 .1采用。 表4.2.1 压力扩散角θ( o) 2 当0.25 换填垫层法案例计算分析 发表时间：2016-05-31T15:02:27.990Z 来源：《基层建设》2016年3期作者：张锡辉 [导读] 广东城协建筑规划设计院有限公司东莞分公司换填法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，然后以质地坚硬、强度较高。 张锡辉 广东城协建筑规划设计院有限公司东莞分公司 摘要：主要介绍换填垫层法的概念，适用范围，并结合具体工程进行垫层承载力计算和垫层下软弱土层的沉降变形验算。 关键词：垫层承载力计算；沉降变形验算 1.引言 换填法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去，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、素土、灰土、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。 2.适用范围 换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、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，用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。 3.工程案例 本工程位于某市工业园，结构体系为轻型门式刚架结构，建筑高度10.0m，最大跨度为30.0m，柱距为8.0，基本风压为0.30KN/m2，本工程建筑抗震设防类别为丙类.抗震设防烈度为六度；设计基本加速度为0.05g，所在场地设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。 3.1、垫层承载力计算 （1）根据岩土工程勘察报告，土层分布分别为：（1）素填土、（2）淤泥质粉质黏土、（3）黏土、（4）粉质黏土、（5）黏土。（2）根据工程勘察报告，室外地面以下存在较厚软弱层（淤泥质粉质黏土），本层土工程性能差，力学强度低，承载力较低，不能作为持力层。鉴于轻型门式刚架结构竖向轴力不大，本工程采用换填垫层法进行地基处理，垫层的承载力特征值fak=100Kpa，垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定。 （3）基础的尺寸为2600X2600，基础埋深为1.0m，砂垫层厚度为1.5m，竖向轴力标准值为286KN，砂垫层剖面示意图详图1。 ◆2．I．3换填垫层法适用范围 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002，以下简称地基处理规范)中规定：换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。工程实践表明，换填垫层法主要用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。 换土垫层法的处理深度常控制在3～5 m范围以内。若换土垫层太薄,其作用不甚明显，因此处理深度也不应小于0.5 m。换填法各种垫层的适用范围见表2.1。 ◆2．2．i垫层的作用 换土垫层处理软土地基，其作用主要体现在以下几个方面： I)提高浅层地基承载力 浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。如果以抗剪强度较高的砂或其他填筑材料代替软弱的土，可提高地基承载力，并将建筑物基础压力扩散到垫层以下的软弱地基避免地基破坏。 2)减少地基的变形量 一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量50％。如以密实砂或其他填筑材料代替上部软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂垫层或其他垫层的应力扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，会相应减少下卧层土的沉降量。 3)加速软土层的排水固结 建筑物的不透水基础直接与软弱土层相接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孑L隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。 用透水材料做垫层相当于增设了一层水平排水通道，起到排水作用。在建筑物施工过程中，孔压消散加快，有效应力增加也加快，有利于提高地基承载力，增加地基的稳定性，加速施工进度以及减小建筑物建成后的工后沉降。 4)防止土的冻胀 因粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。 5)消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性 对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。 在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用，但垫层厚度应依据变形计算确定，一般不少于0.3 m，且垫层宽度应大于基础宽度，而基础两侧宜用与垫层相同的材料回填。 地基处理方法之换填垫层法 垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实(或振实)至要求的密实度。 垫层法分类 1.按垫层材料分类:砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、粉煤灰垫层、加筋土垫层等。 2.按垫层所起作用分类:换土垫层、排水垫层、加筋土垫层。 垫层法适用条件:适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理，且建筑物荷载不太大的地基。换填法的处理深度通常宜控制在3m以内较为经济合理，但不应小于0.5m。 垫层的作用 在各类工程中，垫层所起的主要作用有时是不同的，如建筑物基础下的垫层主要是起换土作用;而在路堤和土坝等工程，主要是利用垫层起排水固结作用。 1. 换土垫层 (1)提高地基承载力 地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，并随着基底压力的增大而逐渐向纵深发展。因此，若以强度较大的砂或其它填筑材料代替软弱土层，就可提高持力层承载力，从而避免地基破坏。 (2)减少地基沉降量 基础下地基浅层部分的应力较大，其沉降量一般在地基总沉降中所占的比例也较大，若以密实的砂或密实填筑材料代替浅层软弱土，就可减少地基的大部分沉降量。另外，由于密实垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧土层上的压力较小，因此也相应减少了下卧土层的沉降量。 (3)加速软弱土层的排水固结 由于砂或碎石等垫层材料的透水性大，当软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力得以迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而提高地基土强度。 (4)防止地基土冻胀 由于粗颗粒垫层材料的孔隙较大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。 2. 排水垫层 排水垫层是指软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设的水平排水层，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要时在垫层底和上表面增设具有反滤性能的土工合成材料，防止砂石垫层被淤堵和拉裂。 其主要作用为: (1)作为水平排水层和下卧软土层的排水通道，加速地基的排水固结，提高浅层地基的抗剪强度，配合砂井，加固深部软土层; (2)约束软弱下卧层的侧向变形，提高地基的稳定性，并改善其变形性质。 3. 加筋土垫层 换填垫层法计算例 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 垫层计算 基底平均压力标准值（包括基础自重）P k=180 kpa 基底处土自重压力标准值P c=dγ=28.8 kpa 垫层宽b'=b+2tgθ= 4.39 m 条基垫层底面处附加压力标准值Pz=[b(P k-P c)]/(b+2ztgθ)=99.91 kpa 独基垫层底面处附加压力标准值Pz=[b l(P k-P c)]/[(b+2ztgθ)(l+2ztgθ)]= 66.02 kpa 地基承载力特征值（垫层底面处经深度修正）f az=f ak+ηdγ[(d+z)-0.5]= 190 kpa 垫层底面处土自重压力标准值P cz=γ(d+z)= 54 kpa 垫层底每边超出基础宽度(不小于0.3)b1=ztgθ=0.74 m 独基计算结果(pz+pcz)-faz=120.02 —190.0 = -69.98 满足要求 条基计算结果(pz+pcz)-faz=153.91 —190.0 = -36.09 满足要求 表4.2.1压力扩散角θ（度） 换填材料中砂.粗砂，砾砂，园砾， 角砾，石宵，卵石，碎粉质粘土，粉煤灰 灰土基础埋深d= 1.6 m 垫层厚度z= 1.4 m 基础宽度b= 2.9 m 基础长度l= 2.9 m 垫层压力扩散角θ =28 度 土容重γ=18 kn/m3 地基承载力特征值：f ak=100 kpa 地基承载力深度修正系数：η d = 2 z/b 石，矿渣 0.25 20 6 28 >=0.50 30 23 注：1.当z/b<0.25,除灰土取θ=28。外,其余材料均取θ=0。，必要时宜由试 验确定。 2.当0.25 换填垫层法 第三讲地基处理技术---换填垫层法、预压法 3.1 换填垫层法 3.1.1 基本概念 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。 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型工程的地基处理问题。本法的优点是：可就地取材，施工方便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能降低造价，因此，得到较为普遍的应用。 3.1.2 适用范围 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。但在用于消除黄土湿陷性时，尚应符合国家现行标准《湿陷性黄土地区建筑规范》中的有关规定。在采用大面积填土作为建筑地基时，应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定。 换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，并结合施工机械设备与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。 3.1.3 加固机理 (1)置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。 (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)加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。 (4)防止冻胀。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。 (5)均匀地基反力与沉降作用。对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。因此，换填的目的就是：提高承载力，增加地基强度；减少基础沉降；垫层采用透水材料可加速地基的排水固结。 【例题1】换填法处理地基的目的和作用是( )。 A、提高基础底面以下地基浅层的承载力； B、提高基础底面以下地基深层的承载力； C、减少地基沉降量、加速地基的排水固结； D、消除基础底面以下适当范围内地基的湿陷性和胀缩性。 答案：A、C、D 砂石垫层法在建筑地基处理中的应用 发表时间：2019-06-19T11:05:42.400Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：杨艳[导读] 摘要：近年来，建筑行业随着国民经济的进步而不断发展壮大，这一切都与科学管理及技术创新存在密切的联系，一直以来，建筑施工过程中有较多难题存在，例如建筑地基换土问题的出现，逐渐引起人们的广泛关注，因此应不断对地基施工技术进行改进。 山东省淄博建衡工程检测研究中心 255000摘要：近年来，建筑行业随着国民经济的进步而不断发展壮大，这一切都与科学管理及技术创新存在密切的联系，一直以来，建筑施工过程中有较多难题存在，例如建筑地基换土问题的出现，逐渐引起人们的广泛关注，因此应不断对地基施工技术进行改进。本文介绍了砂石垫层法处理地基基础的优点，论述了砂石垫层的适用范围及主要作用，并着重对其设计及施工中的一些注意事项进行探讨。 关键词：砂石垫层法；地基；设计；施工砂石垫层法是地基浅层处理的一种常用方法，属于换填法。其原理是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉下渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，再分层夯实，作为地基持力层。下面，笔者就砂石垫层法在建筑地基处理中的相关技术问题进行阐述，以供同行参考。 一、砂石垫层的适用范围及主要作用 就换填材料的不同而言，砂石垫层是现实施工中最常用换填方法，应用范围广泛，主要适用于中小型建筑工程的塘、浜、沟等的局部处理及一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理，不宜用于地下水位较高，且地下水流量大、流速快的地基处理及大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理。大量工程实践证明，各种换填材料经过压实换填后都可以提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩等作用，是当前地基处理技术中比较经济可行的方法之一。 砂石垫层在浅层地基处理中比由桩体组成的复合地基更快捷、价廉，其作用主要体现在以下三个方面：（1）提高基础底面以下地基浅层的承载力。地基中的剪切破坏是从基础底面下边角处开始，随基底压力的增大而逐渐向纵深发展的，因此当基底面以下浅层范围内可能被剪切破坏的软弱土为强度较大的垫层材料置换后，可以提高承载能力；（2）减少沉降量。一般情况，基础下浅层的沉降量中所占得比例较大。由于土体侧向变形引起的沉降，理论上也是浅层部分占的比例较大。以垫层材料代替软弱土层，可大大减少这部分的沉降量；（3）加速地基的排水固结。用砂石作为垫层材料，由于其透水层大，在地基受压后便是良好的排水面，可使基础下面的空隙水压力迅速消散，避免地基土的塑性破坏，且可加速垫层下软弱土层的固结及其强度的提高。 二、砂石垫层法的设计与计算 1.垫层承载力的确定 以现场载荷试验确定为宜，若是一般工程无试验资料时，可依据压实系数λc，按如下图表进行选择。 各垫层承载力 备注：卵石或碎石的最大干密度可取20～22kN/m3。 2.垫层厚度的确定 根据《砂石垫层受力示意图》可知，其厚度Z应根据地基承载力确定，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）之和不能超过经修正后超挖深度处的地基承载能力。 即：Pz+Pcz≤fz 式中：Pz——附加压力设计值（kPa）； Pcz——垫层底面处土自重压力值（kPa）； Fz——经修正后超挖深度处的地基承载能力。 其中，Pz的简化计算法如下：条形基础Pz=b（p-Pc）/b+2ztanθ 矩形基础Pz=bl（p-Pc）/（b+2ztanθ）（1+2ztanθ）式中：b——矩形基础宽度 l——矩形基础底面长度； P——基础底面压力； Pc——基础底面处土的自重压力； z——基础底面下垫层的厚度； θ——垫层的压力扩散角。θ可按下表进行选取。 备注：当z/b<0.25时，除灰土仍取θ=30°外，其余材料均取θ=0°；当0.25<0.5时，θ值可内插求得。="" <="" p=""> 3.垫层宽度、长度的确定 根据《砂石垫层受力示意图》可知，基础垫层的宽度b'=b+2ztanθ，基础垫层的长度l'=l+2ztanθ。而根据所在土质情况，施工时作业面最好超出基底300～500mm。机械开挖深度大于2m时还考虑宽度b'、长度l'上的放坡系数。 式中：b'——砂石垫层的设计宽度； b——钢筋混凝土筏板基础的设计宽度； l'——砂石垫层的设计长度； l——钢筋混凝土筏板基础的设计长度； z——砂石垫层的厚度； θ——压力扩散角。 4.垫层厚度变化的处理方法 由于土质的变化或为了调整沉降差时，各基础底部的垫层厚度并不相同，当垫层厚度的高差h≤lm时，可做成梯形，其水平长度l与垂直高差h的比值为2：1，当相邻的基础一个采用天然基础，另一个采用砂石垫层时，仍应按上述比例做成阶梯形，或者在此两地基之间做一道砖砌或混凝土的隔墙。 筑 龙 网 W W W .Z H U L O N G .C O M 换填垫层法设计方法 1.1.1 基本概念 当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。 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型工程的地基处理问题。本 法的优点是：可就地取材，施工方便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能降低造价，因 此，得到较为普遍的应用。 1.1.2 适用范围 换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基 及不均匀地基的处理。但在用于消除黄土湿陷性时，尚应符合国家现行标准《湿陷性黄土地区建 筑规范》中的有关规定。在采用大面积填土作为建筑地基时，应符合国家标准《建筑地基基础设 计规范》(GB50007)的有关规定。 换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，并结合施工机械设备与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。 1.1.3 加固机理 (1)置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。 (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)加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。 换填垫层法静载荷试验 换填垫层法静载荷试验探讨 徐宜威王加宝 (扬州市开元岩土工程检测有限公司) 摘要对换填垫层法静载试验依据的规范、压板尺寸的选择、承载力特征值的确定、承重墙压 板基准桩 三者距离进行了探讨。 关键词地基处理规范 1、换填垫层法静载试验依据的规范 目前，地基承载力静载试验依据的规范主要有： （1）中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A“复合地基载荷试验要点”，主要针对水泥土搅拌桩、砂石桩等复合地基。采用与原地基土质不同的材料的加筋增强体形成加固后的地基，该地基中的增强体与原地基协同工作共同承担外荷载，称为复合地基，所谓加筋体有竖向增强体、水平向增强体和斜向增强体三种形式，竖向增强全以桩（柱）或墩的形式出现，斜向增加体如土钉、斜加筋等，水平向增强体常常是土工聚合物或其他金属杆和板带。在水平向加筋增加体所加固地基中的土工聚合物、镀锌钢片、铝合金等材料则是充分利用其抗拉性能和与土之间产生的摩擦力承担外荷。按照复合地基的定义，没有任何形式的加筋增强体的地基就不是复合地基，因此换填垫层法所加固的地基不是复合地基，不能依据此规范进行换填垫层 法静载试验。 （2）中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录C“浅层平板载荷试验要点”，主要针对浅层天然地基。换填垫层法是对浅层软弱土层挖除，填筑易于压实的材料静载荷试验检无专门的检验规范，如果软弱土较厚而全部挖除不合理时，可将其部分挖除，填筑密实的垫层材料，但必须进行换填层以下土层的承载力及变形验算。换填垫层法的受力特性相当于上硬（处理深度内）下软（软弱下卧层）双层地基，其承载力和变形特性类似于承载力较高的天然地基，其载荷试验可以参照“浅层平板载荷试验要点”，但在压板的选择及承载力特征值的确定上应有所区别。 2、换填垫层法静载试验压板尺寸的选择 在现场通过一定尺寸的载荷板对地基直接加荷，根据方形荷载（z等值线图1（b），所测得的成果一般能反映相当于1~2倍压板宽度（或直径）的深度以内土体的平均性质。按中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）条文说明4.4.4条，载荷试验压板的边长或直径不应小于垫层厚度的1/3。当压板尺寸满足规范要求，但不太大时，载荷试验压板的边长或直径为垫层厚度的1/3~1/2，如图1b所示，此时载荷试验主要是检验垫层承载力。 换填垫层法静载荷试验探讨 徐宜威王加宝 (扬州市开元岩土工程检测有限公司) 摘要对换填垫层法静载试验依据的规范、压板尺寸的选择、承载力特征值的确定、承重墙压板基准桩 三者距离进行了探讨。 关键词地基处理规范 1、换填垫层法静载试验依据的规范 目前，地基承载力静载试验依据的规范主要有： （1）中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）附录A“复合地基载荷试验要点”，主要针对水泥土搅拌桩、砂石桩等复合地基。采用与原地基土质不同的材料的加筋增强体形成加固后的地基，该地基中的增强体与原地基协同工作共同承担外荷载，称为复合地基，所谓加筋体有竖向增强体、水平向增强体和斜向增强体三种形式，竖向增强全以桩（柱）或墩的形式出现，斜向增加体如土钉、斜加筋等，水平向增强体常常是土工聚合物或其他金属杆和板带。在水平向加筋增加体所加固地基中的土工聚合物、镀锌钢片、铝合金等材料则是充分利用其抗拉性能和与土之间产生的摩擦力承担外荷。按照复合地基的定义，没有任何形式的加筋增强体的地基就不是复合地基，因此换填垫层法所加固的地基不是复合地基，不能依据此规范进行换填垫层法静载试验。 （2）中华人民共和国国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）附录C“浅层平板载荷试验要点”，主要针对浅层天然地基。换填垫层法是对浅层软弱土层挖除，填筑易于压实的材料静载荷 试验检无专门的检验规范，如果软弱土较厚而全部挖除不合理时，可将其部分挖除，填筑密实的垫层材料，但必须进行换填层以下土层的承载力及变形验算。换填垫层法的受力特性相当于上硬（处理深度内）下软（软弱下卧层）双层地基，其承载力和变形特性类似于承载力较高的天然地基，其载荷试验可以参照“浅层平板载荷试验要点”，但在压板的选择及承载力特征值的确定上应有所区别。 2、换填垫层法静载试验压板尺寸的选择 在现场通过一定尺寸的载荷板对地基直接加荷，根据方形荷载（z等值线图1（b），所测得的成果一般能反映相当于1~2倍压板宽度（或直径）的深度以内土体的平均性质。按中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）条文说明4.4.4条，载荷试验压板的边长或直径不应小于垫层厚度的1/3。当压板尺寸满足规范要求，但不太大时，载荷试验压板的边长或直径为垫层厚度的1/3~1/2，如图1b所示，此时载荷试验主要是检验垫层承载力。换填垫层法案例计算分析
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