下载文档原格式
换土垫层法一、引言换土垫层法是一种常用的土木工程施工技术，它主要用于改善地基土的性质，增加地基的稳定性和承载能力。
本文将从换土垫层法的定义、施工流程、施工工艺、应注意的问题等方面进行全面、详细、深入地探讨。
二、定义换土垫层法是指将原有地基土取出，然后用新的土材料进行填补和加固的一种土木工程施工技术。
它可以修复地基的不平整、缓解地基沉降、加强地基承载能力等。
三、施工流程换土垫层法的施工流程通常包括以下步骤：1. 调查勘测在施工前，需要对地基进行调查和勘测，了解地质地貌情况、地基土的性质和承载能力等信息，以确定施工方案和材料选择。
2. 原土清理将原有地基土进行清理，清除其中的杂质、混凝土碎片等，保证换土垫层与原土之间的紧密结合。
3. 土方开挖根据设计要求，开挖地基土，并将其处理妥善。
同时，需要进行土方测量，确保挖掘的土方符合要求。
4. 新土填充将新的土材料运输至施工现场，按照设计要求进行填充。
在填充过程中，需要控制填充层的厚度和均匀度，以保证换土垫层的质量。
5. 压实与加固填充完成后，对换土垫层进行压实与加固。
常见的加固方式包括振动压实、喷射加固、碾压等，以增加垫层的密实度和稳定性。
6. 验收与监测在施工完成后，需要进行垫层的验收与监测工作。
通过检测和监测，评估垫层的质量和性能，确保其达到设计要求和使用功能。
四、施工工艺换土垫层法的施工工艺与具体工程和要求有关，但通常包括以下几个步骤：1. 材料选择根据地基土的性质和工程要求，选择合适的新土材料。
新土材料应具有一定的稳定性、承载能力和抗沉降能力。
2. 地基处理对地基土进行清理和改良。
清除杂质、混凝土碎块等，同时进行地基加固工作，以提高地基的承载能力。
3. 换土垫层施工按照施工流程进行换土垫层的施工。
控制换土垫层的厚度、填充均匀度和加固程度，确保施工质量。
4. 加固处理施工完成后，对换土垫层进行加固处理，以提高垫层的稳定性和承载能力。
加固方式可以根据具体情况选择，常见的有振动压实、喷射加固和碾压等。
软土路基的处理方法简介随着中国经济的快速发展，公路建设也取得很高的成就，大量建设道路，不可避免地遇到地质条件不好或软弱地基，这样的地基不能满足路基结构物的承载需求需要人工处理、加固，这就要求我们了解软土的特点。
软土层的特点是强度较低、压缩性能较大、渗透性较小。
原因是松软土层的空隙比较大、含水量较高。
在荷载的作用下，产生较大的沉降，导致路基的破坏影响公路的质量。
地基处理的目的是针对软土地基，采用人工方法提高地基土的抗剪强度，增大地基的承载能力，避免可能出现的剪切破坏；改善地基的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降；改善地基的渗透性，加速渗透、固结；达到对软土地基的处理。
对软基进行浅层或深层处理的方法很多，归纳为：换土（垫层）法，排水固结法，碾压夯实法，挤密法，化学加固和反压护道法。
1软土路基处理方法概述1.1换土（垫层）法换土（垫层）法采用人工、机械等方法，将基底一定深度的松软土层预先挖除，换上强度较高的材料，如砂砾、卵石、石灰土、或素土等，分层压实至规定密实度。
作为基础的持力层。
常用作浅层地基的处理方法。
1.2排水固结法排水固结法效果的好坏取决于土层的固结特性、土层的厚度、预压荷载的大小和预压时间的长短等因素。
在软土地基中设置竖直排水井，在外围施加荷载预压，排出地下水，加速土体固结，同时对土体起到一定的压密作用，提高土体抗剪强度。
该方法适用于含水量较多，土层较厚的软土地基。
根据垂直排水井材料的不同，可分为塑料排水板法，砂柱和袋装砂井法。
1）塑料排水板：塑料排水板是具有排水孔道的板状物，塑料排水插入土中形成竖向排水通道，在外荷载的作用下能够快捷的排出地下水，施工简单，在高速公路软土地基处理应用较为广泛。
2）砂柱：砂柱是利用各种打桩机具在地基中打出按一定规律排列的竖向孔眼，并灌入中、粗砂形成的砂柱。
由于砂的透水性较好，施加压力将地下水排出，对土体起到一定的挤密作用。
3）袋装砂井：与砂柱的原理相同，但是用编织袋装砂使得连续性不会受到砂井错位、断颈的影响。
道路换填垫层法计算，看完之后秒懂！
一、换填设计原则
1、原理及适用范围
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、粉煤灰、矿渣等材料以及土工合成材料分层充填，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。
换填处理深度范围0.5m〜3m ，处理宽度至少比基础每侧宽0.5m〜1m。
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、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。
2、各种垫层的承载力
垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按照下表选用，并应验算下卧层的承载力。
二、案例分析
案例分析
如圈地质资料,无地下水‘逋路采用换墳处理谶「换煩采用灰土换填r直表灰土垫雇承载力特征AS取bPOOIcp肯F灰土垫层重度取18KN/m* #道路填土高度为3m ’路珈面宽度为弓Om （填土及路面结构层重度取20KN/M ■问道路换煩深蛮多少能满足软弱下卧层淤泥质土层承哉力验算的蓉求？
f。
公路工程中关于软基处理换土垫层法的探讨摘要：换填法是公路工程中一种较为常用的地基浅层处理方法。
目前为止，对于软土地基的处理方法很多，如换填法、深层密实法、排水固结法、加筋技术和化学加固方法等。
本文仅就换土垫层法进行了探讨，仅供参考。
关键词：公路工程软基处理换土垫层法1、换土垫层法设计的基本原理1.1原理及适用范围换土垫层法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，作为持力层，以达到增强承载力、减小地基沉降量的目的。
垫层所起作用主要有：a)提高地基承载力承载力与地基下土层的抗剪强度有关，砂、碎石等填筑材料抗剪强度较软弱土层高，因此可提高地基承载力；b)减小沉降量一般来说，地基中浅层部分的沉降量占总沉降量的比重较大，换填后可减小这部分的沉降，另外由于换填材料对应力的扩散作用，可以使作用在下卧层的压力减小，从而减少下卧层的沉降；c)加速软弱土层的排水固结不透水基础或透水性差的路堤直接与软弱土层相接触，在荷载作用下，使软弱土层不易固结，形成较大的孔隙水压力，这可能导致由于地基强度降低而发生塑性破坏的危险，而砂石等垫层材料透水性大、排水良好，可迅速消散孔隙水压力，加速其下软弱土层的固结和强度的提高；d)防止冻涨由于粗颗粒垫层孔隙率大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区地基土发生冻胀现象，此时砂垫层底面应满足当地冻结深度的要求；e)消除膨胀土的胀缩作用在各类工程中，垫层所起的主要作用各有不同，对膨胀土地基而言其主要作用在于消除膨胀土的胀缩作用。
换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。
1.2设计计算垫层设计要求满足建筑物对地基变形、强度及稳定性的要求，同时还应具有良好的经济性。
垫层设计的主要内容是确定垫层断面的合理厚度和宽度：要求有足够的厚度以置换可能被剪破的软弱土层；有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。
道路混凝土垫层施工方法道路混凝土垫层的施工方法如下：1. 准备工作：清理施工现场，移除杂物和污垢，确保施工面无障碍物。
根据设计要求，确定垫层的厚度和材料。
准备好所需的施工设备和工具。
2. 混凝土材料准备：根据设计要求准备好混凝土材料，包括水泥、骨料、砂和水。
确保混凝土配比符合设计要求，搅拌均匀。
3. 基础处理：如果基础土壤不平整或荷载能力不足，需要进行基础处理。
可以进行土壤加固、填充或夯实等工作，以提高基础的平整度和承载能力。
14. 基层处理：在基础处理完成后，进行基层处理。
先进行基层湿润或清洁，再进行修补。
确保基层平整、坚实，无坑洼和松散。
5. 垫层铺设：将混凝土材料均匀铺设在基层上，使用平整板或振动器进行压实，使混凝土均匀分布并紧密粘结。
控制垫层的厚度和坡度，确保其满足设计要求。
6. 垫层养护：在垫层施工完成后，进行养护。
覆盖保湿膜或喷水进行养护，保持垫层表面湿润，防止过早干燥和开裂。
根据气温和湿度，进行适当的养护时间。
7. 检验验收：垫层养护完成后，进行验收工作。
检查垫层的平整度、密实度和质量，确保满足设计要求。
注意事项：2- 施工现场应保持整洁，防止杂物和水泥渣污染混凝土垫层。
- 施工过程中，需采取相应的安全措施，保护工人的安全。
- 严格控制混凝土的配比、搅拌时间和施工厚度，确保施工质量。
- 进行养护时，应避免过度浇水，防止混凝土表面荷载过重。
- 在低温或高温季节施工时，需要采取相应的措施，保证施工质量。
3。
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。
图2-1 垫层内应力的分布2.2.2垫层的宽度垫层的宽度:除满足基础底面的应力扩散要求外，还考虑垫层侧面土的强度，防止垫层材料的侧向挤出，增大垫层的竖向变形量。
可按如下两种方式计取，也可按当地经验计算。
①《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-92）推荐公式：θ≥'+ztgbb2式中b'——垫层底面宽度；θ——压力扩散角，按表2-2采用，当z/b＜0.25 时，可按z/b=0.25取值。
②按垫层侧面土的地基承载力f设计值确定垫层的宽度：当f＞200Kpa时+b（0～0.36）z≥'b当120＜f＜200Kpa时+≥'bb（0.6～1.0）z当f＜120Kpa时+b（1.6～2.0）z≥'b垫层顶面每边超出基础底边的宽度不小于300mm；湿陷性黄土地区的垫层每边超出基础外缘的宽度不小于垫层的厚度、且不小于2m；或按开挖放坡经验从垫层底边向上延伸到基底，得到垫层的设计断面尺寸。
2.2.3垫层的承载力垫层的承载力宜通过静载荷试验确定，对于小型、轻型或对沉降要求不高的工程，可按表3-3选用。
2.2.4 沉降计算垫层地基的变形包括垫层自身变形及下卧土层的变形：下卧层变形可用分层总和法计算；垫层自身变形可按下式进行计算：11/2E z p p s ⎪⎭⎫⎝⎛⋅+=α 式中 α——压力扩散系数；E 1——垫层压缩模量，由静载荷试验确定。
无试验资料时可用15~25MPa 。
2.2.5 垫层的选择根据不同的工程特点、换填材料的强度、稳定性、压力扩散能力、密度、渗透排水性能、价格、来源、结构特点、荷载性质地质条件、施工机械设备等综合分析考虑。
一般情况下：① 对于受振动荷载的地基，不得选用易液化的砂垫层和粉土垫层； ② 对于湿陷性黄土地基，不应选择砂石等渗水垫层；③ 对于具有排水要求的软弱土，宜采用含泥量≤3%的砂石垫层； ④ 当要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用不含砖、瓦和石块的素土垫层；⑤ 当要求提高土的承载力或水稳定性时，宜采用灰土垫层； ⑥ 当要求消除膨胀土的胀缩性时，宜采用石灰砂层。
2.3 各类地基中垫层设计要点2.3.1 处理软土或杂填土的垫层 （1）主要目的置换基础底下可能受剪切破坏的软土，或基底下土性极不均匀，易引起建筑物不能允许的差异沉降的土。
（2）垫层厚度主要取决于剪切破坏区域的大小受工程对消除剪切区深度的要求； 下卧层如为软土层，尚应满足该土层的承载力要求及工程对变形容许量的要求，或取决于杂填土层埋藏深度。
（3）垫层宽度必须保证垫层在受力作用后的刚度和密度不被降低，满足基底压力扩散的要求，并避免侧面边界因挤出而造成垫层的疏松。
2.3.2 处理湿陷性黄土的垫层 （1）主要目的消除或减少湿陷量。
其中 素土垫层一般用于4 层以下的民用建筑中；灰土垫层可用于6-7层的民用建筑中。
（2）垫层厚度取决于工程对湿陷量的要求。
① 全部消除：对于非自重湿陷性黄土而言，应满足垫层底部总压力小于或等于下卧层黄土的湿陷起始压力；对于自重湿陷性黄土必须全部消除，因而仅适用于厚度不大的自重湿陷性黄土。
②部分消除湿陷量：根据建筑物的重要性、基础形式和面积、基底压力大小及黄土湿陷类型、等级等因素综合考虑。
一般情况下，对于非自重湿陷性黄土垫层厚度等于基础宽度时，可消除80%以上的湿陷量；等于1.5倍基础宽度时，可基本消除湿陷量。
灰土垫层厚度宜大于1.5倍基础宽度。
对于自重湿陷性黄土，应控制剩余湿陷量不大于20cm，并满足最小处理厚度的要求，见表3-4。
（3）垫层宽度取决于工程的要求。
应消除整个建筑物范围内的部分黄土层的湿陷性，防止水从室内外渗入地基，保护土垫层下未经处理的湿陷性土层不受水浸湿，此时垫层宽度应超出外墙基础边缘的距离至少等于垫层的厚度，且不得小于1.5m。
对于直接位于基础下的垫层，为防止基底下土层向外挤出，垫层每边超出基础的宽度不小于垫层厚度的40%，并不小于0.5m。
2.3.3处理膨胀土的垫层主要目的：消除或减小地基土的膨胀性能。
主要用于：薄的膨胀土层及主要胀缩变形层不厚的情况下。
对土垫层厚度应使地基剩余胀缩变形量控制在容许范围内。
如采用补偿砂垫层，则应满足以下条件：①垫层厚度为1—1.2倍基础宽度，垫层宽度为1.8—2.2倍基础宽度；②垫层密实度≥1.6t/m3；③基底压力宜选用100—250kPa；④基槽两边回填区的附加压力不能大于0.25p（p为基底压力）；⑤当土膨胀压力大于250kPa时，垫层宜用中、粗砂；膨胀压力较小时，可用粗砂。
2.4垫层的施工垫层施工分为：分层铺填、分层夯实、分层质量检验。
施工时的最优含水量Wop、铺填与压实厚度、压实遍数等应根据施工机具与设计要求通过现场试验确定。
2.4.1材料要求①砂和碎石料中不得含有草根、垃圾等有机杂物，且含泥量不超过5%（排水垫层不应超过3%），碎石最大粒径不应大于5cm。
②土性材料宜采用就地基槽中挖出的土，并应过筛，粒径≤15mm。
不得含有有机杂质、冻土和膨胀土。
用于湿陷性黄土地基的素土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料。
③灰土垫层中灰料宜用达到国家三等标准的生石灰，消解3~4d后过筛使用，粒径≤5mm。
灰土以2:8或3:7等比例，应拌合均匀。
④粉煤灰可用湿排灰、调湿灰和干排灰。
不应含有植物、垃圾和有机杂物。
⑤干渣可用分级干渣、混合干渣或原状干渣。
小面积垫层可用8~40mm或40~60mm的分级干渣，或0~60mm的混合干渣；大面积铺填可采用混合干渣或原状干渣，但最大粒径≤200mm或2/3的虚铺厚度。
2.4.2含水量要求施工控制含水量一般为Wop±2%；粉煤灰垫层为Wop±4%，振动碾压时-6% ~ +2%。
2.4.3垫层的施工参数垫层的施工参数应根据垫层材料、施工机械及设计要求通过现场试验确定，以获得最佳的压实效果，或参照表2-5选用。
各种材料垫层的分层虚铺厚度见表2-6。
2.4.5分层质量检验控制标准：满足设计要求的最小干密度（或压实系数）。
一般用环刀取样法或贯入法；对碎石、干渣等粗骨料垫层，可用沉陷差值来控制。
①砂垫层要求最小干密度≥1.6t/m3。
②灰土最小干密度以土材料区分，分别为：粘土1.45 t/m3；粉质粘土1.5 t/m3；粉土1.55 t/m3。
③素土垫层的密实度可用压实系数λ控制，一般>0.94。
④处理湿陷性黄土时，可渗入适量石灰或水泥，控制干密度为≥1.6 t/m3（灰土垫层≥1.55 t/m3）。
⑤处理膨胀土地基时，可用砂、碎石和灰土等，干密度要求≥1.55 t/m3。
118工程进场道路路基处理一、概述118工程（空军汉口阳逻机场）进场道路――倒水河大桥北岸高填路堤长265m（桩号K1+635～K1+900m），最大填方高度8.1m，如图1所示。
根据施工安排，拟将该高填路段作为大桥大型T梁预制构件施工场地，要求在40天内完成大桥北岸高填路基的快速施工，并满足预制构件的施工、堆放、运输及吊装要求。
高填方路基相对一般路基而言，具有沉降量大，最终沉降时间长，对地基承载力要求高等特点，我国现行规范对其没有特别要求，在公路或城市道路施工中，多采用先铺筑过渡路面，待路基沉降变形稳定后再铺筑路面结构层的方法解决路基变形给道路带来损坏的问题，这一过程通常需要一至两年甚至更长的时间。
而倒水河北岸的高填方路基必须在40天内使沉降工后趋于稳定，并满足预制构件施工场地的地基承载力及稳定性要求。
针对该段路基的工程地质条件及快速施工要求，经深入的研究和计算分析，拟采取如下施工方案，以满足高填路堤的快速填筑要求。
二、天然地基的处理倒水河北岸高填方路堤高，自重荷载大，加上预制构件施工荷载特殊，天然地基附加压力增大，地基变形及不均匀变形大，这就要求天然地基必须具有足够的承载力和较小的压缩变形。
因此，在路堤填筑施工前必须认真调查，对软弱地基及存在滑移、沉降隐患的天然地基进行地基承载力、变形及稳定性评价，如天然地基不能满足高填路堤快速施工及预制场地的要求，则需采用技术合理、施工周期短的地基处理方案进行加固防护处理。
（一）天然地基的评价1、工程地质条件根据《118工程道路桥梁工程详勘勘察报告》，该路段沿线地质条件如下。
K1+635～1+900段沿线地形总体上北高南低，地形高程一般为20.60～32.60m（孔口高程），高差较大，场地地层地层岩性特征见表1，地基土主要物理力学指标见表2。
