换填垫层法计算实例

什么是换填垫层法-换填垫层法计算什么是换填垫层法-换填垫层法计算换填法是将基础地面以下一定范围内的软弱土挖去，然后回填强度高，压缩性较低，并且没有侵蚀性的材料的方法。

那么换填垫层法又是怎么样的呢?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。

1.2 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。

1.3 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。

垫层工程量计算例题
垫层工程量计算例题
垫层工程量计算是在土建工程中常见的一项任务，它用于确定需要多少材料来填充和平整地基，以便为上部结构提供稳定的基础。

以下是一个垫层工程量计算的例题，帮助我们理解如何进行这项计算。

例如，假设我们需要为一座新建筑物的地基提供一个垫层，地基的尺寸为20米长、15米宽、1.5米深。

根据工程要求，我们需要使用C25的混凝土作为垫层材料。

现在我们需要计算需要多少方的混凝土来填充整个地基。

首先，我们需要计算地基的体积。

地基的体积可以通过将地基的长度、宽度和深度相乘得到。

在这个例子中，地基的体积为20米 * 15米 * 1.5米 = 450立方米。

接下来，我们需要计算混凝土的用量。

混凝土的用量可以通过将地基的体积除以混凝土的容重得到。

假设C25混凝土的容重为2400千克/立方米，那么混凝土的用量为450立方米 / 2400千克/立方米= 0.1875吨。

因此，我们需要0.1875吨的C25混凝土来填充整个地基。

除了计算混凝土的用量外，我们还需要考虑其他因素，如垫层的均匀性和厚度的控制。

在实际工程中，我们还需要考虑到混凝土运输、浇筑和压实的过程中的损耗和浪费。

因此，在进行垫层工程量计算时，还需要对这些因素进行合理的估计。

总结起来，垫层工程量计算是土建工程中必不可少的一项任务。

通过计算地基的体积和混凝土的用量，我们可以确定需要多少材料来填充和平整地基。

然而，在进行此类计算时，我们还需考虑其他因素，并对其进行合理估计，以确保工程的顺利进行。

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1.5m范围内），挖除素填土层及及局部的冲洪积层，换填1.2m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≥0.25mm）。

最大粒径不超过50mm，含泥量﹙＜0.1mm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。

的确定三、卵石垫层承载力特征值fak由静载荷试验确定或由N超重型动力触探试验确定。

由灌水、灌砂法确定其压120实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表4.2.6确定：当压实系数在0.94-0.97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4.2.1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≤faz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-垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。

az2、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0.95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=2.50m ，基础及上覆土的平均重度γ=20kN/m 3。

---------------------------------------------------------------------- 计算项目: 地基处理计算 1---------------------------------------------------------------------- [ 计算简图 ]---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]---------------------------------------------------------------------- [ 基本参数 ]地基处理方法：换填垫层法[ 基础参数 ]基础类型：矩形基础基础埋深： 1.400(m)基础宽度： 4.800(m)基础长度： 7.050(m)基础覆土容重： 20.000(kN/m3)基底压力平均值： 220.0(kPa)基底压力最大值： 220.0(kPa)[ 土层参数 ]土层层数： 6地下水埋深： 18.420(m)压缩层深度： 18.000(m)沉降经验系数： 0.400地基承载力修正公式：承载力修正基准深度d0： 0.500(m)序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力鏱鏳(m) (kN/m^3) (kN/m^3) (MPa) (kPa)1 素填土 2.000 19.3 --- 10.780 20.0 0.000 1.0002 粘性土 0.500 18.5 --- 9.140 90.0 0.000 1.6003 粘性土 0.800 18.1 --- 8.920 130.0 0.000 1.6004 粘性土 0.700 18.7 --- 21.300 210.0 0.000 1.6005 粘性土 4.300 18.3 --- 16.990 150.0 0.000 1.0006 粘性土 6.000 19.0 --- 19.890 170.0 0.000 1.600***鏱-- 基础宽度地基承载力修正系数***鏳-- 基础深度地基承载力修正系数[ 换填垫层参数 ]材料类型： C***A类：中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣等***B类：粉质粘土、粉煤灰等***C类：灰土等压缩模量： 25.000(MPa)承载力： 220.000(kPa)厚度： 1.850(m)顶面宽度： 9.575(m)底面宽度： 6.800(m)顶面长度： 11.825(m)底面长度： 9.050(m)压力扩散角： 28.000(°)----------------------------------------------------------------------计算结果:----------------------------------------------------------------------1. 垫层承载力验算基底平均压力pk： 220.0(kPa)基底最大压力pkmax： 220.0(kPa)基底自重压力pc： 27.0(kPa)垫层承载力特征值fz： 247.8(kPa)pk <= fz, 满足！pkmax <= 1.2*fz, 满足！因此换土垫层承载力满足要求！2. 换填垫层底面处承载力验算垫层应力扩散角瑁 28.0(度)垫层底附加应力pz： 107.0(kPa)垫层底自重应力pcz： 61.4(kPa)垫层底pz + pcz： 168.4(kPa)垫层底地基土承载力特征值fz： 213.2(kPa)pz + pcz <= fz,垫层底面地基土的承载力满足要求！3. 垫层尺寸验算按照构造要求验算垫层顶面宽度和长度:基础底面宽度B： 4.800(m)垫层顶面宽度B1： 9.575(m)(B1-B)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面宽度超出基础底边宽度不小于300mm！基础底面长度L： 7.050(m)垫层顶面长度L1： 11.825(m)(L1-L)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面长度超出基础底边宽度不小于300mm！按应力扩散角验算垫层底面宽度和长度:垫层底面宽度B2: 6.800(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布宽度B + 2ztg: 6.767(m) 垫层底面宽度B2 >= B + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！垫层底面长度L2: 9.050(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布长度L + 2ztg: 9.017(m) 垫层底面长度L2 >= L + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！4. 下卧层承载力验算土层号深度pz pcz pz + pcz fz 是否满足(m) (度) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa)4 3.30 15.9 106.2 62.3 168.6 294.6满足！5 4.00 23.0 91.7 75.4 167.1 216.0满足！6 8.30 23.0 44.5 154.1 198.6 401.7满足！7 14.30 23.0 22.0 268.1 290.1 584.0满足！***-- 土层的应力扩散角***pz -- 下卧层顶面处的附加应力值***pcz -- 下卧层顶面处土的自重压力值***fz -- 下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值5. 沉降计算沉降计算点坐标(X0,Y0) = (0.000,0.000)层号厚度压缩模量 Z1 Z2 压缩量应力系数积分值 (m) (MPa) (m) (m) (mm) (z2a2-z1a1)1 0.60 25.000 0.00 0.60 4.62 0.59892 0.50 25.000 0.60 1.10 3.78 0.48953 0.75 25.000 1.10 1.85 5.30 0.68704 0.05 8.920 1.85 1.90 0.93 0.04305 0.70 21.300 1.90 2.60 5.06 0.55816 4.30 16.990 2.60 6.90 22.12 1.94727 11.10 19.890 6.90 18.00 12.15 1.2520压缩模量的当量值： 19.942(MPa)沉降计算经验系数： 0.400总沉降量：0.400 * 53.96 = 21.58(mm)***Z1 -- 基础底面至本计算分层顶面的距离***Z2 -- 基础底面至本计算分层底面的距离。

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。

换填垫层法计算书项目名称_____________构件编号_____________设计_____________校对_____________审核_____________ 计算时间 2020年9月5日（星期六）13:46一、设计资料1.1地基处理方法：换填垫层法1.2基础参数：基础类型：矩形基础基础长度L：1.50m基础宽度B：1.50m基础覆土容重：18.00kN/m31.3荷载效应组合：标准组合轴力F k：70.00kN标准组合弯矩M x：7.00kN·m标准组合弯矩M y：-6.00kN·m准永久组合轴力F：60.00kN1.4垫层参数：垫层厚度：0.70m顶面长度L1：2.90m底面长度L2：2.10m顶面宽度B1：2.90m底面宽度B2：2.10m承载力特征值：60.00kPa压缩模量：2.00MPa计算附加压力用垫层压力扩散角：23.00°尺寸验算用压力扩散角：23.00°XY442140040021007121515001.5地基处理设计依据《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-2002 J220－2012）《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2011） 1.6土层参数:天然地面标高：0.00m 水位标高：-0.50m 基底标高：-1.20m5.003.503.00天然地面标高土层参数表格层号 土层名称 厚度m容重kN/m 3 压缩模量MPa承载力kPa ηd 1 填土 3.00 18.00 2.00 60.00 1.00 2 粉质粘土 3.50 19.90 7.90 230.00 1.00 3粉质粘土5.0020.006.20140.001.00注:表中承载力指天然地基承载力特征值(kPa)、ηd 基础埋深的地基承载力修正系数二、垫层地基承载力验算经处理后的地基，当考虑基础宽度和深度对地基承载力特征值进行修正时，一般宽度不作修正，即基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础深度的地基承载力修正系数取1.0。

换填垫层法的EXCEL计算表格换填垫层法的垫层设计一、材料的选择砂石粉质粘土灰土粉煤灰矿渣其他工业废渣土工合成材料二、垫层厚度(公式法)p z +p c z ≤f azp z =k 0p 0=k 0（p -γD )条形基础 p z =b (p -p 0)/(b +2z tan φ)=12.48矩形基础 p z =bL (p -p 0)/(b +2z tanφ)(L +2z tan φ)=p z +p c z =57.48≤f az =59所以垫层厚 z =1.5三、垫层宽度宽度定为 1.801、按公式计算b '≥b +2z tan φ≥ 2.532、按经验a. 参照垫层厚度 z 决定垫层尺寸一般垫层厚度为1~1.5m，不宜大于3m和小于0.5m。

2.当0.25＜z /b ＜0.5，φ值可内插值求得。

当z≤1.2m当z＞1.2m2.53b. 参照垫层侧面图的承载力决定垫层宽度B 。

116 f 侧≥200kPa 200kPa ＞ f 侧≥120kPa f 侧＜120kPa1.7~3.8c. 按b z =b +2z /3决定宽度，且b z ≥b +0.6m 1.8≥ 1.4z ＞2m ，b z 适当加宽b z ≥b +1.4m ≥ 2.2垫层厚度一般可取b z ≥b +2.5z z=0.4图b z =b =B ≥b +（0~0.36）z B ≥b +（0.6~1.0）z B ≥b +（0.6~2.0）zb z =b +2z ta n φ =b'=b +2（300~400）mm =灰土取φ，φ图1 垫层厚度确定图3 垫层宽度B确定图2 垫层宽度确定。

换填垫层法计算例换填垫层法计算例————————————————————————————————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：ηd= 2z/b石，矿渣0.25 20 628 >=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<0.5时，θ值可内插求得。

<="" p="">3.垫层厚度不宜小于0.5m,也不宜大于3m。

换填垫层法计算书依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)4 换填垫层法。

一. 参数信息上部结构传至基础顶面的竖荷载 F=1000kN/m；基底以上填土的平均重度=17kN/m3；基础与填土的平均重度0=20kN/m3；基础类型: 矩形基础, 基础截面长度 l=8m,宽度 b=4m；基础埋深H d=2.5m；考虑相邻基础影响,相邻基础的距离 D=2.1m；换垫层材料重度:17kN/m3；压缩模量:25MPa；承载力特征值:180kPa，垫层厚度:.5m。

垫层底面处地基承载力特征值 f ak=225kPa；基础宽度对地基承载力的修正系数ηb=.15；埋深对地基承载力的修正系数ηd=1.4。

土层参数：────────────────────────────────── 序号 土层厚度h i(m) 重度i(kN/m3) 压缩模量E i(MPa)────────────────────────────────── 1 1.5 18.8 13.3────────────────────────────────── 2 6 18.3 5.85──────────────────────────────────二. 垫层厚度验算1.厚度验算原理：换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m，且满足下式要求：式中 p z──相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值(kPa),按下式计算:矩形基础：p cz──垫层底面处土的自重压力值(kPa)；f az──垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa)：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,取 l=8m；p k──相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压值(kPa)；p c──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)；──垫层的压力扩散角(度)，由表查出。

2.荷载计算基础底面压力 p k=(F+G)/b=(1000+4.00×2.50×20.00)/4.00=300.00kN/m2基础底面处土自重的压力 p c=d=17×2.5=42.5kN/m2。

城阳春城花园土石方工程4#楼回填碾压施工方案编制：审批：青岛建设集团建兴工程有限公司春城花园项目经理部2007年1月23日一、工程概况青岛市城阳春城花园小区4#楼工程基础地基设计为换填垫层碾压地基，地基承载力设计要求为210Kpa，回填方量约为3600立方米。

二、工程地质条件该楼座位置原是人工形成的池塘，在前期的工作中已将淤泥等垃圾清理完毕，现在的土质为粉质粘土，局部有超深情况现已清至原土层，以符合回填条件。

三、施工方案3.1施工工艺流程如下：测量→进回填料→回填超深部位→碾压→回填试验段→碾压→试验段检测→大面积回填第一道→碾压→大面积回填第二道→碾压→……………至回填到设计标高→检测→验收3.1.1在回填前首先会同甲方及监理单位对回填区的范围及高度进行测量。

初步确定工程量，为储备回填料做好准备。

3.1.2当确定好回填方量时，按设计要求进回填材料。

材料要求：选用粗砂及少量碎石，回填料含水率控制以手握成团，轻触松散为宜。

3.1.3回填开始前首先检查回填面的垃圾、淤泥是否清理完毕，基坑的周边是否满足设计要求的边坡稳定系数30度角的开挖尺寸。

（详见附图）然后在回填的周边建立标高控制桩，利用水准仪在每层虚铺后测量虚填厚度控制在400mm左右，确保压实系数=0.95。

3.1.4对于侧壁为原土层的边坡稳定系数为60度。

（详见附图）3.1.5碾压采用30吨震动式压路机，碾压时应按照先深后浅由短边由西向东施工顺序，轮迹应相互搭接，防止漏压。

以2KM/小时的速度进行碾压，碾压遍数在5——7遍。

大面积回填前首先处理换填范围内的超深部分，深度平均为0.8米，第一步先将超深部位内的水抽干，清理坑内淤泥，虚铺一层厚度为500MM，直径小于300mm的碎石作回填材料，因为碎石的透水性好适合作为第一层的回填材料。

然后再用粗粒砂层层逐一回填至基坑标高9.2米由于深坑平面尺寸较小，为了保证碾压质量深坑平面尺寸四周向外扩1米。

（附剖面图）超深部分完成后，方可进行大面积施工，大面积施工第一遍虚铺厚度为500MM，碾压3-4遍不开震动，以免扰动基土。