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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。
重庆开县康园自行车厂厂房工程卵石换填垫层计算和处理方法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范围内），挖除素填土层及及局部的冲洪积层，换填厚的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≥）。
最大粒径不超过50mm，含泥量﹙＜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。
三、卵石垫层承载力特征值f ak 的确定由静载荷试验确定或由N120 超重型动力触探试验确定。
由灌水、灌砂法确定其压实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表确定：当压实系数在时，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+Pc≤z f az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 az-垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。
2、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=，基础及上覆土的平均重度γ =20kN/m3。
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。
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。
74Research papers研究论文1不同等级城市道路的荷载取值荷载取值及布置参照《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）。
快速路为城-A 、B 级，主干路为城-A 级，次干路为为城-A 、B 级，支路为城-B 级；城-A 荷载为5轴加载，总重700KN ，城-B 荷载为3轴加载，总重300KN ；每组车轮横向中距1.8m ，车轮着地面积为0.6×0.25m 。
2常用城市道路路面结构主干路：5cm 厚细粒式沥青玛蹄脂碎石+8cm 厚粗粒式沥青混凝土+20cm 厚水泥稳定碎石+20cm 厚水泥稳定砂砾+30cm 厚级配碎石。
次干路：4cm 厚细粒式沥青混凝土+6cm 厚中粒式沥青混凝土+20cm 厚水泥稳定碎石+20cm 厚水泥稳定砂砾+30cm 厚级配碎石。
支路：4cm 厚细粒式沥青混凝土+5cm 厚中粒式沥青混凝土+15cm 厚水泥稳定碎石+15cm 厚水泥稳定砂砾+30cm 厚级配碎石。
3软弱下卧层验算公式根据《公路桥涵地基与基础设计规范》，垫层厚度应根据下卧土层的承载力确定，并应符合：城市道路路基换填深度的计算文｜汉中市城乡规划市政工程设计院 赵育军【摘要】换土垫层法在处理城市道路湿软路基时经常使用，它具有造价低、施工速度快、难度小、质量易于控制等优点，但相应的设计规范中对于换填厚度的计算均未提及，本文通过验算软弱下卧层计算湿软路基换填厚度，供大家在工程实践中使用。
【关键词】路基换填深度计算P ok +P gk ≤r R f a式中：P ok 为垫层底面处的附加压应力，P gk 为垫层底面处的自重压应力，r R 为地基承载力容许值抗力系数，f a 为垫层底面处地基的承载力容许值。
4验算路基软弱下卧层确定换填深度4.1荷载选取按照《城市桥梁设计规范》要求选取荷载，主干道选用城-A 荷载，最大轮载P=100KN ，次干道分别按照城-A 、城-B 荷载取值，最大轮载分别为P=100KN 和P=60KN ，支路按城-B 荷载的70%取值，最大轮载P=42KN 。
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。
条形基础换土垫层法实用简化计算作者：王妍来源：《城市建设理论研究》2013年第33期摘要：换土垫层厚度设计是换填法地基处理设计的关键。
传统的设计方法往往需要经过多次计算才能得出近似结果，且存在计算过程复杂、计算量大、效率低等缺点。
为了更好地解决换土垫层厚度的设计问题, 文章对条形基础换土垫层厚度的简化计算方法进行探讨。
关键词：条形基础；换填法；垫层厚度；简化计算中图分类号：TU441+.6 文章编码引言换填法是将地表以下不太深（一般不大于3m）的一定范围内的软弱土层挖除，然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的材料（如砂砾、未筛分碎石等）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，换填垫层宽度为结构物基础两侧0.5米范围。
地基软弱部分路段进行砂砾垫层换填的地基方法处理，使其地基承载力得到有效的提高，从而使其满足路基对路基底的承载力的要求。
换土垫层法确定的垫层厚度应能满足路基对地基承载力的要求和满足对地基沉降的要求，对于一般软弱地基，当其软弱层厚度不超过3m时，采用换填的方法是常用的处治措施，无论是从施工的操作性，还是从工程的经济性来考虑都是优先采用的处理方法。
道路垫层换填法主要考虑的外加荷载作用是行车荷载，主要荷载为路基填料的自重，对于垫层底部地基的承载力应考虑地基承载力的深度修正，换填垫层的厚度应根据不同路基高度对应本段的具体地质情况通过计算确定。
2条形基础换填法公式推导2.1 行车荷载换算行车荷载是路基的主要作用力之一，在计算中应将行车荷载换算成相当于路基岩土层厚度计入到荷载中，换算时荷载按最不利情况布置，其计算方法如下：(1)式中：——行车荷载换算高度（m）；Q——一辆车的重力（标准车辆荷载为550KN）；L——前后轮最大轮距，对于标准车辆荷载为12.8m；N——并列车辆数；r——路基填料的重度（kN/）；B——荷载横向分布宽度，表示如下式：（2）式中：b——后轮轮距，取1.8m；m——相邻两辆车后轮的中心距，取1.3m；d——轮胎的着地高度，取0.6m。
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。
换填垫层法案例计算分析摘要：主要介绍换填垫层法的概念，适用范围，并结合具体工程进行垫层承载力计算和垫层下软弱土层的沉降变形验算。
关键词：垫层承载力计算；沉降变形验算1.引言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、煤渣、矿渣等材料分层充填，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。
2.适用范围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、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。
换填法还适用于一些地域性特殊土的处理，用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用，用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性，用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。
3.工程案例本工程位于某市工业园，结构体系为轻型门式刚架结构，建筑高度10.0m，最大跨度为30.0m，柱距为8.0，基本风压为0.30KN/m2，本工程建筑抗震设防类别为丙类.抗震设防烈度为六度；设计基本加速度为0.05g，所在场地设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类。
3.1、垫层承载力计算（1）根据岩土工程勘察报告，土层分布分别为：（1）素填土、（2）淤泥质粉质黏土、（3）黏土、（4）粉质黏土、（5）黏土。
（2）根据工程勘察报告，室外地面以下存在较厚软弱层（淤泥质粉质黏土），本层土工程性能差，力学强度低，承载力较低，不能作为持力层。
鉴于轻型门式刚架结构竖向轴力不大，本工程采用换填垫层法进行地基处理，垫层的承载力特征值fak=100Kpa，垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定。
（3）基础的尺寸为2600X2600，基础埋深为1.0m，砂垫层厚度为1.5m，竖向轴力标准值为286KN，砂垫层剖面示意图详图1。
满足规范要求。
一、技术参数因大面积均布荷载在规范中没有明确的具体计算模式，工程师根据厂房的类型模拟成局部点荷载进行地坪垫层厚度计算。
1 假设边长为3m ×3m 的地面荷载支撑于4个点上；2.生产厂房的地面使用荷载为3T/2m ，各支点与地坪接触面积为250×2502mm ；3. 库房的地面使用荷载为5T/2m ，各支点与地坪接触面积为300×3002mm 。
二、地坪材料1.回填土变形模量0E 取8MPa ；2.垫层混凝土为C25，抗拉强度 1.3t f MPa =。
三、垫层厚度的计算1. 地面荷载为3T/2m 的情况满足承载能力极限状态的最小垫层厚度计算：（1） 各支点面积A=250×250=62500m 2（2） 当量半径根据《建筑地面设计规范》公式（）计算：j r(3) 支点荷载根据《建筑地面设计规范》公式（）：S=30KN ×3m ×3m ×4= （其中为可变荷载的分项系数)（4）垫层厚度计算取：0 1.0r =， 2.0c k =，30.9410/l mm β-=⨯由《建筑地面设计规范》公式（）： 00.36)c j r k S h r f β=+==144mm满足抗裂要求的最小垫层厚度计算：（1）支点荷载的计算：根据《建筑地面设计规范》公式（）：S=30KN ×3m ×3m/4=2m（2）相对刚度半径由《建筑地面设计规范》公式（）：114330 2.80100.330.33144721.58e E L h mm E ⎛⎫⎛⎫⨯==⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（h 为混凝土垫层满足极限承载能力要求的最小厚度，取上面计算的结果）（3）垫层厚度的计算取： 1.0c k =，其余参数的选取同按承载能力极限状态设计时参数的选取：0 1.0r =, j r =141mm, 由《建筑地面设计规范》公式（）：f h ===112.5mm2. 地面荷载为5T/2m 的情况满足承载能力极限状态的最小垫层厚度计算：（1） 各支点面积A=300×300=90000m 2（2） 当量半径根据《建筑地面设计规范》公式（）计算：j r(3) 支点荷载根据《建筑地面设计规范》公式（）：S=50KN ×3m ×3m ×4=2m （其中为可变荷载的分项系数)（4）垫层厚度计算取：0 1.0r =， 2.0c k =，30.9410/l mm β-=⨯由《建筑地面设计规范》公式（）： 00.36)c j rk S h r f β=+==181.0mm满足抗裂要求的最小垫层厚度计算：（1）支点荷载的计算： 根据《建筑地面设计规范》公式（）： S=50KN ×3m ×3m/4=m 2（2）相对刚度半径由《建筑地面设计规范》公式（）：114330 2.80100.330.33181906.98e E L h mm E ⎛⎫⎛⎫⨯==⨯⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（h 为混凝土垫层满足极限承载能力要求的最小厚度，取上面计算的结果）（3）垫层厚度的计算取： 1.0ck=，其余参数的选取同按承载能力极限状态设计时参数的选取：01.0r=,jr=141mm,由《建筑地面设计规范》公式（）：fh===四、结论考虑到设备安装，使用地脚螺栓，设计建议地坪混凝土厚度取：1. 地面荷载为3T/2m时，垫层厚度取200mm；2. 地面荷载为5T/2m时，垫层厚度取250mm。
