《地基处理》第二章 换土垫层法解析

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。

换土垫层地基处理方法施工实例地基处理方法是建筑工程中非常重要的一个环节，其质量直接影响着建筑物的安全性和使用寿命。

在这里，我们将介绍一种常用的地基处理方法：换土垫层法，并结合施工实例进行说明。

一、换土垫层法的概念换土垫层法是一种改善地基土质条件，提高地基稳定性的地基处理方法。

换土垫层的目的是通过清除原有松软、有机质含量高的地基土层，采用坚实的砂土或碎石等作为新的地基，从而提高地基的承载力和稳定性。

二、换土垫层法的施工步骤1.现场勘测和设计：地基处理是建筑施工的重要环节之一，因此，在进行换土垫层处理前，需要对施工现场进行详细的勘测和设计。

2.清理原有土层：在施工前，需要将原有的松软、有机质含量高的土层清理干净。

清理后，需要进行地面硬化，保证施工时的平整度和稳定性。

3.选材和运土：在对地面进行硬化后，需要选用坚实的砂土或碎石等作为新的地基。

在运土过程中，需要注意控制运输车辆的速度和质量，避免对地面造成损坏。

4.铺设新的地基：在选材和运土完成后，需要将新的地基均匀地铺设于原有土层之上。

铺设完毕后，需要进行细化压实，保证地基的密实度和稳定性。

5.进行验收和回填：在施工完成后，需要对地基进行验收，并对施工质量进行检查。

在验收合格后，进行回填工作，保持施工现场的整洁和平整。

三、施工实例某工地在进行新建地下停车场工程时，施工现场发现原有土层松软且有机质含量较高，不能满足地下停车场的承载力和稳定性要求，根据现场实际情况，决定采用换土垫层法进行地基处理。

在施工前，进行了详细的勘测和设计，并确定了施工方案和选材方案。

在施工过程中，按照施工步骤进行操作，清理了原有松软、有机质较高的土层，选择了坚实的砂土作为新的地基，运输车辆严格按照规定的速度和质量进行运输，确保土壤不会出现松散现象。

在铺设新的地基过程中，施工人员进行了细化压实，保证地基的密实度和稳定性。

在施工完成后，进行了严格的验收和检查，并对施工现场进行了回填处理。

地基处理方法：换填垫层法详解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处理。

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。

换土垫层法本章概述1．换土垫层的概念2．换土垫层适用条件3．换土垫层的五个作用4．换土垫层的设计5．换土垫层的施工要点6．换土垫层法的质量检验方法本章重点与难点重点掌握换土垫层的概念、适用条件及其五个作用；对砂垫层厚度、宽度的设计；换土垫层法的质量检验方法。

第二章换土垫层法第一节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，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（Replacement Memod）。

换土垫层法常用作为浅层处理地基的方法．而重锤夯实法、机械碾压法和振动压实法，则是换土垫层法中采用不同的压实机具对换填地基土进行夯（压、碾）实的不同施工方法。

换土垫层法还包括低洼地域筑高（平整场地）或道路筑高（道路路基）。

对回填不同材料形成的垫层，可称之为该材料垫层、如碎垫层、干渣垫层、和粉煤灰垫层等。

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。

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。

大面积填土产生的大范围地面负荷，其影响深度较大，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换土垫层法浅层处理地基的特点不同，因而对大面积填土地基进行设计和施工时，地面堆载要力求均衡，避免大量、迅速、集中堆载，并应根据使用要求、堆载特点、结构类型和地质条件等来确定允许堆载量的大小和范围。

50科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald1 引言由于城市的扩大化,许多建筑需要在软弱地基上修筑,为了使厚度不是很大的软弱地基能够满足建筑物的承载力和变形要求,可对软弱地基实施换土垫层法施工。

笔者将工作中的经验总结本文,供同行参考。

2 适用范围换土垫层法是一种地基处理方法,适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘及山地不良地基等的浅层处理。

3 设计计算3.1垫层厚度的确定垫层的厚度可根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力来确定。

表达式如下。

p z +p cz ≤f z f z —垫层底面处土层的地基承载力(kPa)p z —垫层底面处土的附加压力(kPa)p cz —垫层底面处土的自重压力(kPa)计算时,一般可根据垫层的容许承载力确定出基础宽度,再根据软弱下卧层的承载力确定出垫层的厚度。

垫层底面处的附加压力,可按下式确定:条形基础 p z ＝b (p －p c )/(b +2Z tan θ)矩形基础 p z ＝bl (p -p c ) /(b +2Z tan θ)(l+2Z tan θ)式中p —基础底面压力(kPa)p c —基础底面处土的自重压力(kPa)l 、b —基础底面的长度和宽度(m)Z —垫层的厚度(m)θ—垫层压力的扩散角,可按下列表格查表选取。

《建筑地基处理技术规范》(J G J 79-2002)压力扩散角θ(°)(如表1）注:(1)当Z /b <0.25时,除灰土仍取28外,其余材料均取0,必要时宜由试验确定。

(2)当0.25<Z /b <0.5时,θ值可内插求得《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地基压力扩散角θ(°)（如表2）注:(1)E s1为上层土压缩模量;E s2为下层土压缩模量。

(2)当Z /b <0.25时,θ＝0°,必要时宜由试验确定。

换土垫层法在地基处理中作用简析一、换土垫层法的作用换土垫层法是全部或部分将基础下一定程度范围内的软弱土层进行挖除，然后对砂、碎石、灰土、素土、高炉矿渣、粉煤灰等较大强度、稳定性能及无侵蚀性的材料进行分层回填并夯实。

当软弱地基的承载力和变形无法与建筑物要求相满足且软弱土层的厚度又相对较小时，换土垫层法则作为一种经济、简单的软土地基浅层处理方法进行应用。

通常情况下，换土垫层法的处理深度应保持在3～5m范围内。

然而，若存在较薄的换土垫层时，则会有不太明显的作用，所以，控制处理深度，使其控制在0.5m以上即可。

换土垫层法的作用主要包括以下几点：1.浅层地基承载力的提升。

由于地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，随着应力的增大而向纵深方向发展，因此可对较高抗剪强度的砂或其他建筑材料对基础下软弱的土层进行置换，可将地基破坏现象得到避免。

2.沉降量的减少。

通常情况下，在总沉降中浅层地基的沉降量占据较大比重。

结合密实砂或其他填筑材料对上层软弱土层进行替代，可使这部分的沉降量减少。

3.软弱土层排水固结的加速。

砂垫层和历史垫层等垫层材料有较强的透水性存在。

当软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面得到应用，使基础下面的孔隙水压力快速消散，使垫层相爱软弱土层的固结和强度的提升速度加快，进一步将地基的塑性破坏现象得到避免。

4.冻胀的防治。

由于粗颗粒垫层材料存在较大孔隙，不宜有毛细管现象产生，因此应将冻胀现象得到防治。

5.膨胀土胀缩作用的消除。

二、换土垫层法的应用将软弱土层作为建筑物地基进行直接运用时，一般应与以下要求相结合实施设计：当软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用上覆较好的土层，使其作为持力层进行应用。

若软弱土层为建筑淤泥、填充土及性能稳定的工业废料，且有一定的密实性和均匀性存在时，即可进行使用，使其发挥持力层的作用。

当有较多有机质含量的生活垃圾和对基础造成侵蚀性破坏的工业废料等杂填土存在时，未通过处理的前提下，禁止对其进行应用。

地基处理换土垫层法强夯地基处理是土地开发工程中必不可少的环节。

在工程中，为了保证建筑物的稳定性和安全性，需要对地基进行处理。

在现代工程中，采用土壤加筋、灌浆加固、压缩机挤土等方式进行地基处理，其中强夯是常见的一种方法。

强夯介绍强夯是将压缩机夯击垫层材料时，由于振动机构的振动产生的冲击。

夯击的频率通常为2-6次/秒，冲击能量在1000-3000 泄。

在夯击作用下，垫层材料之间的空气被排除并形成密实的结构，从而使其承载能力显著提高。

换土垫层法换土垫层法是在地基处理前，将原有薄弱土层削去一部分，然后添上夯实的新土。

这样可以降低地基软弱程度，提高承载力，进一步确保建筑物的安全性。

垫层材料的选用非常关键，要求它具有一定的粒径大小、孔隙率和水分含量，这些条件最终影响了地基的承载能力和稳定性。

另外，可以选择不同种类的垫层材料进行换土垫层，如黄土、砂土、石粉等。

强夯换土垫层法处理的步骤步骤一：选址测量在地基处理之前，需要进行选址测量，确定建筑物的基准高度和地基处理后地面高度，以便更好地安排施工。

步骤二：去除原有薄弱土层在地基处理前，需要去除一定厚度的原有薄弱土层。

一般来说，原有薄弱土层必须全部清除，并将地面开挖至密实结构的夯实土面层。

步骤三：夯实新土在去除一定厚度的原有薄弱土层后，需要添加新土进行夯实。

夯实新土时，需要注意新土的配合比、厚度、夯实程度等因素。

夯实完毕后，需要测量夯实土的路面高度，确保与选址测量结果一致。

步骤四：检查验收检查验收是地基处理换土垫层过程中非常重要的一步。

验收内容包含了新土厚度、压实度、平整度、坡度、路面标高及边坡等。

确保验收合格后方可进行下一步的施工工作。

注意事项在地基处理强夯换土垫层法工作中，需要注意以下几点：1.在现场施工前需要对施工区域进行勘察，确定疏松土厚度等信息；2.采用合适的垫层材料，保证其具有一定的密实性和承载力；3.夯实新土时需要严格控制夯锤的高度，以免损坏夯实新土；4.施工进度和施工效率需要人员配合，以保证施工进度。

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。

地基处理中换土垫层法的加固机理1、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，软弱十层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，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。

（1）垫层法
其基本原理是挖除浅层软弱⼟或不良⼟，分层碾压或夯实⼟，按回填的材料可分为砂（或砂⽯）垫层、碎⽯垫层、粉煤灰垫层、⼲渣垫层、⼟（灰⼟、⼆灰）垫层等。

⼲渣分为分级⼲渣、混合⼲渣和原状⼲渣；粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。

换⼟垫层法可提⾼持⼒层的承载⼒，减少沉降量；常⽤机械碾压、平板振动和重锤夯实进⾏施⼯。

该法常⽤于基坑⾯积宽⼤和开挖⼟⽅量较⼤的回填⼟⽅⼯程，⼀般适⽤于处理浅层软弱⼟层（淤泥质⼟、松散素填⼟、杂填⼟、浜填⼟以及已完成⾃重固结的冲填⼟等）与低洼区域的填筑。

⼀般处理深度为2～3m.适⽤于处理浅层⾮饱和软弱⼟层、素填⼟和杂填⼟等。

（2）强夯挤淤法
采⽤边强夯、边填碎⽯、边挤淤的⽅法，在地基中形成碎⽯墩体。

可提⾼地基承载⼒和减⼩变形。

适⽤于厚度较⼩的淤泥和淤泥质⼟地基，应通过现场试验才能确定其适应性。