换土垫层法计算及施工要点图片较多

换土垫层法一、换土垫层的概念：当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并夯压（振实）至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法二、换土垫层适用条件：换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等地等地基土的浅层处理．常用于轻型建筑、地砰、堆料场和道路工程等地基处理工程中。

三．换土垫层的作用是：（1）提高地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少垫层下．天然土层所承受的压力。

从而使地基强度满足要求；（2）垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；（3）加速软土层的排水固结；（4）调整不均匀地基的刚度；（5）对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其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。

四．换土垫层的设计1、砂垫层厚度的确定砂垫层的厚度一般是根据砂垫层底部软土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的附加应力与自重应力之和，不大于软弱层的承载力设计值，如图2－1所示，并符合下式要求：式中p z—垫层底面处的附加应力设计值（kPa）；p cz—垫层底面处土的自重应力标准值（kPa）；f z—经深度和宽度修正后垫层底面处土层的基承载力设计值（kPa）。

图2－1垫层内应力分布砂垫层底面处的附加应力，除了可以采用弹性理论的土中应力公式求得外，也可按应力扩散角θ进行简化计算：条形基础：（2－2）矩形基础：（2－3）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）；P—基础底面压力的设计值（kPa）；Pc—基础底面处土的自重应力标准值（kPa）；Z—基础底面下垫层的厚度（m）；θ—垫层的应力扩散角（0）。

各种换填材料的应力扩散角θ值见表（2－1）。

表2－1压力扩散角θ（0）注；当z／b<0.25时，除灰土取θ=30°外，其余材料均取θ=0o；当0.25<÷<0.5时，θ值可内插求得。

第2章换土垫层法2.1换土垫层法的原理与适用范围换土垫层法（Replacement Method）：就是将基础底面下处理范围内的软弱土挖除，然后分层回填强度较大、压缩性较小、材源丰富、价格便宜且无腐蚀性的砂土、碎石、石渣、素土、煤灰、矿渣、二灰（石灰、粉煤灰）以及其它性能稳定的材料，分层夯实至要求的密度为止。

①提高地基承载力②减少沉降变形③加速软弱土层的排水固结；④消除膨胀土地基的胀缩作用；⑤消除湿陷性黄土的湿陷作用；⑥防止季节性冻土的冻胀作用；⑦用于处理暗浜和暗沟的建筑地基。

不同工程中，垫层所起的作用有时是不同的。

如砂垫层可分为换土砂垫层和排水砂垫层：①对路堤和土坝等工程的砂垫层，主要是利用垫层的排水固结作用，提高固结速率，促使地基土地的强度增长；②一般工民建基础下的垫层主要起换土作用，视具体情况，可部分换土、也可全部换土。

当软弱土层较薄时，可全部换土，短期内便可达到设计的效果；当软弱土层很厚时，可对靠近地表附近的进行部分置换，并容许有一定的沉降及变形。

采用换土垫层法的前提条件：挖除的软弱土能搬迁堆放，同时又能获得大量便宜的良质土。

2.2 垫层的设计垫层的设计：既要满足地基的强度和变形要求，又要有足够的宽度，以防止垫层材料侧向挤出而增大垫层的竖向变形量，而且还要经济合理。

垫层的设计主要是确定垫层的厚度、宽度和承载力，必要时进行变形计算。

2.2.1 垫层的厚度垫层厚度z 应根据下卧层的承载力确定，满足：z cz z f p p ≤+式中 Pz ——垫层底面的附加压力设计值，可用弹性理论中应力公式计算，也可按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）中的扩散角法计算：条形基础： θztg b p p b p c z 2)(+-=矩形基础： )2)(2()(θθztg l ztg b p p b p c z ++-=b ——矩形基础或条形基础底面的宽度； l ——矩形基础底面的长度； p ——基础底面的压力；Pc ——基础底面处土的自重压力； z ——垫层的厚度；θ——压力扩散角，按表3-2采用； Pcz ——垫层底面处土的自重压力；fz ——垫层底面处下卧层的地基承载力 实践表明：垫层的厚度太薄（〈0.5m 〉，则换土垫层的效果不太显著，在湿陷性黄土地区，如垫层太薄（〈1.0m 〉，则较难消除湿陷变形，所以垫层的厚度的确定除应满足计算要求外，还应根据当地的经验综合考虑。

教你如何用垫层法处理地基，还不快收藏！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。

3.3 换土垫层法3.3.1 换土垫层法的原理换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实的一种地基处理方法。

常用的垫层有：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。

换土垫层法的作用：①提高浅层地基承载力。

因地基中的剪切破坏从基础底面开始，随应力的增大而向纵深发展。

故以抗剪强度较高的砂或其它建筑材料置换基础下较弱的土层，可避免地基的破坏。

②减少沉降量。

一般浅层地基的沉降量占总沉降量比例较大。

加以密实砂或其它填筑材料代替上层软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。

由于砂层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。

③加速软弱土层的排水固结。

砂垫层和矽石垫层等垫层材料透水性强，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迅速消散，加速垫层下软弱上层的固结和提高其强度，避免地基发生塑性破标。

④防止冻胀。

因为粗颗粒的垫层材料fL隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。

⑤消除膨胀土的胀缩作用。

3．3．2 垫层的设计要点垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。

其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。

对于垫层，既要求有足够的厚度来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。

3．3．2 垫层的设计要点垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。

其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。

对于垫层，既要求有足够的厚度来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。

3．3．2．1 垫层厚度的确定fz—垫层底面处软弱土层承载力特征值 kPa pcz—垫层底面处上的自重应力，kPapz—垫层底面处土的附加应力，kPa。

换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查
换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱(性质差)的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。

垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。

在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。

目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。

只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为垫层材料。

实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。

垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。

换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱（性质差）的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。

垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。

在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。

目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。

只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为
垫层材料。

实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。

垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。

地基换填垫层法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基强度和变形的要求时，常采用换填法进行地基处理。

一般情况下是先将基础下一定范围内承载力低的软弱土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。

主要有以下几种处理方法：（1）挖：就是挖去表面的软土层，将基础埋置在承载力较大的基岩或坚硬的土层上。

此种方法主要用于软土层不厚，上部结构的荷载不大的情况。

（2）填：当软土层很厚，而又需要大面积进行加固处理，则可在原有的软土层上直接回填一定厚度的好土或砂石、矿石等。

（3）换：就是将挖与填相结合，即换土垫层法。

施工时先将基础下一定范围内的软土挖去，而用人工填筑的垫层作为持力层，按其回填的材料不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。

换填法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴等的地基处理。

换土垫层的处理深度应根据建筑物的要求，由基坑开挖的可能性等因素综合决定，一般多用于上部荷载不大，基础埋深较浅的多层民用建筑的地基处理工程中，开挖深度不超过3 m。

一、砂和砂石地基砂和砂石地基是采用级配良好、质地坚硬的中粗砂和碎石、卵石等，经分层夯实，作为基础的持力层，提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结作用。

砂石垫层应用范围广泛，施工工艺简单，用机械和人工都可以使地基密实，工期短、造价低；适用于 3.0 m 以内的软弱、透水性强的黏性土地基，不适用加固湿陷性黄土和不透水的黏性土地基。

1.材料要求砂和砂石地基材料，宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、石屑和碎石、卵石等，含泥量不宜超过5%，且不含植物残体、垃圾等杂质。

若用作排水固结地基的，含泥量不宜超过3%；在缺少中粗砂的地区，若用细砂或石屑，因其不容易压实，而强度也不高，因此在用作换填材料时，应掺入粒径不超过50 mm，不少于总重30%的碎石或卵石并拌和均匀。