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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。
基底换填应力计算
垫层底面地基的承载力容许值fa=180.0kPa
基础底面压力标准值Pk=240.0kPa地基土的容许承载力[σ0]=180基础底面自重压力标准值Gk=27.00kPa地基土容许承载力宽度修正系数k1=0
垫层底面自重压力标准值Gsk=56.25kPa基底下持力层土的天然容重γ1=18
回填土容重γ=18.00KN/m3基础底面的最小边宽b=66砂砾垫层容重γs=19.50KN/m3地基土容许承载力深度修正系数k2=2
基底埋置深度h= 1.50m基础底面的埋置深度h= 3.3 3.3换填深度z= 1.50m
基础长度l=13.00m
基础宽度b= 1.90m
z/b=0.79
砂砾扩散角ф=30.00度
砂砾垫层长度A=14.73m
砂砾垫层宽度B= 3.63m
条形基础垫层底面附加应力标准值Pok=111.42kPa
矩形基础垫层底面附加应力标准值Pok=98.32kPa
条形基础垫层底面要求承载力Pok+Gsk167.67kPa
矩形基础垫层底面要求承载力Pok+Gsk154.57kPa
条形基础计算结果满足设计要求地基土修正后的容许承载力[σ0]=190.8
矩形基础计算结果满足设计要求
一个基础换填工程量113.41m3
453.63。
第二章地基处理与基坑支护工程说明一、本章节定额包括地基处理与基坑与边坡支护两节。
二、地基处理1、换填垫层(1)换填垫层项目适用于软弱地基挖土后得换填材料加固工程。
(2)换填垫层夯填灰土就地取土时,应扣除灰土配比中得黏土。
2、强夯地基(1)强夯定额综合了各夯得布点、程序与间隔距离。
(2)强夯定额已综合强夯机具得规格与数量、强夯得锤、钩架等材料摊销费。
(3)设计要求在夯坑内填充级配碎石,不论就地取材或由场外运碎石填坑,其填运材料费用另行计算。
(4)设计要求设置防震沟时,按设计要求另行计算。
(5)若遇地下水位高,夯坑内需用水泵抽水得,抽水费用另行计算。
(6)强夯定额不包括强夯前得试夯工作与夯后检验强夯效果得测试工作,如有发生另行计算。
(7)强夯置换:套用强夯定额,材料含量按实调整,人工、机械乘以1、3系数。
3、碎石桩与砂石桩得充盈系数为1、3,损耗率为2%。
实测砂石配合比及充盈系数不同时可以调整。
其中,沉管灌砂石桩除了上述充盈系数与损耗率外,还包括级配密实系数1、334。
4、水泥搅拌桩(1)深层水泥搅拌桩:①深层水泥搅拌桩项目已综合了正常施工工艺需要得重复喷浆(粉)与搅拌。
空搅部分按相应项目得人工及搅拌桩机台班乘以系数0、5计算。
②水泥搅拌桩得水泥掺入量按加固土重(1800kg/m³)得13%考虑,如设计不同时,按每增减1%项目计算。
③深层水泥搅拌桩项目按1喷2搅施工编制,实际施工为2喷4搅时,项目得人工、机械乘以系数1、43;实际施工为2喷2搅,4喷4搅时分别按1喷2搅、2喷4搅计算。
(2)双轴水泥搅拌桩、三轴水泥搅拌桩:①双轴水泥搅拌桩、三轴水泥搅拌桩定额中未包含导向沟得土方及置换出得淤泥外运费用,实际发生时另行计算。
②双轴水泥搅拌桩、三轴水泥搅拌桩项目水泥掺入量按加固土重(1800kg/m³)得18%考虑,如设计不同时,按深层水泥搅拌桩每增减1%项目计算;按2喷2搅施工工艺考虑,设计不同时,每增(减)1喷1搅按相应项目人工与机械费增(减)40%计算。
◆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。
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。
建筑分院Xxx项目换填垫层法计算书（试讲）编制人 zhn免责声明:本次试讲的内容为本人工作快5年的个人经验总结,不代表是对规范完全正确的理解,本文所述项目存属虚构，请各位自行甄别。
由于经验有限,欢迎大家批评指正.换填垫层法计算书对于砂垫层厚度的确定，可先假设一个垫层的厚度或者根据需要置换软弱土层的深度或下卧土层的承载力确定，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。
依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)第4节换填垫层法。
三.参数信息本工程±0.000绝对高程为3.400，基础顶绝对高程为2.400，基础底绝对高程为1.800m上部结构传至基础顶面的竖荷载F=3776kN基底以上填土的平均重度γ=18.8kN/m3；基础与填土的平均重度γ0=20kN/m3；基础类型: 独立基础, 基础截面长度 l=8m,宽度 b=4m，高度0.6m；基础埋深 Hd=2.5m ；不考虑相邻基础影响,因相邻基础的距离 D=2.1m＞2倍的（相邻基础高差为1m）=2m。
换垫层材料重度:17kN/m3；压缩模量:25Mpa(根据条文说明表7砂一般取值为20~30 Mpa)；换填垫层承载力特征值:200kPa（砂夹石按照条文说明表6取值为200~250 kPa），换填垫层厚度:0.5m。
（砂夹石压实系数依据表4.2.4取值为≥0.97）回填土地基承载力特征值为 fak=0，粉质粘土地基承载力特征值 fak=225kPa；（来源地勘报告）基础宽度对地基承载力的修正系数ηb=0.15；埋深对地基承载力的修正系数ηd=1.4。
土层参数：──────────────────────────────────-——序号土层描述土层基地标高hi(m) 重度i(kN/m3) 压缩模量Ei(MPa)──────────────────────────────────-——1 回填土 0.60 18.8 13.3──────────────────────────────────-——2 粉质粘土 -6.0 18.3 5.85────────────────────────────────────四.垫层厚度验算1.厚度验算原理：（依据《建筑地基处理技术规范》第4.1.4条规定）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 pz──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（式4.2.2.-1）矩形基础：（式4.2.2.-3）pcz──垫层底面处土的自重压力值(kPa)；faz──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；pk──相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压值(kPa)；pc──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。
---------------------------------------------------------------------- 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。
