换土垫层法地基处理适用范围及施工技术

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。

◆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。

换土垫层法一、换土垫层的概念：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二、换土垫层适用条件：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。

三．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。

四．换土垫层的设计1、砂垫层厚度的确定砂垫层的厚度一般是根据砂垫层底部软土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的附加应力与自重应力之和，不大于软弱层的承载力设计值，如图2－1所示，并符合下式要求：式中p z—垫层底面处的附加应力设计值（kPa）；p cz—垫层底面处土的自重应力标准值（kPa）；f z—经深度和宽度修正后垫层底面处土层的基承载力设计值（kPa）。

图2－1垫层内应力分布砂垫层底面处的附加应力，除了可以采用弹性理论的土中应力公式求得外，也可按应力扩散角θ进行简化计算：条形基础：（2－2）矩形基础：（2－3）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（m）；P—基础底面压力的设计值（kPa）；Pc—基础底面处土的自重应力标准值（kPa）；Z—基础底面下垫层的厚度（m）；θ—垫层的应力扩散角（0）。

各种换填材料的应力扩散角θ值见表（2－1）。

表2－1压力扩散角θ（0）注；当z／b<0.25时，除灰土取θ=30°外，其余材料均取θ=0o；当0.25<÷<0.5时，θ值可内插求得。

地基与基础工程地基处理一、换土垫层法换土垫层按其回填材料的不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、矿渣垫层、粉煤灰垫层等。

垫层的作用是提高浅基础下地基的承载力，满足地基稳定要求；减少沉降量；加速软弱土层的排水结固；防止持力层的冻胀或液化。

目前国内常用的垫层施工方法，主要有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实（平板压实）法。

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、暗塘等的浅层处理或不均匀地基处理。

当在建筑范围内上层软弱土较薄时，可采用全部置换处理；对于建筑物范围内局部存在古井、古墓、暗塘、暗沟或拆除旧基础的坑穴等，可采用局部换填法处理。

换填法的处理深度通常控制在3m以内较为经济合理。

换填法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。

二、预压法预压法是在建筑物建造前，对建筑物进行预压，使土体中的水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。

预压法包括堆载预压法、真空预压法、真空-堆载联合预压法、降水预压和电渗排水预压等，后两种预压方法在工程上应用较少。

预压法适用于淤泥质土、淤泥和冲填土等饱和黏性土地基。

1．堆载预压法在地基基础施工前，通过在拟建场地上预先堆置重物，进行堆载预压，以使地基土固结沉降基本完成，通过地基土的固结以提高地基承载力。

预压荷载一般等于建筑物的荷载，为了加速压缩过程，预压荷载也可比建筑物的重量大，称为超载预压。

堆载预压可分为塑料排水板或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。

该法适用于各种软弱地基，包括天然沉积土层或人工冲填土层，如沼泽土、淤泥水力冲填土；较广泛用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头等沉降要求比较高的地基。

通常，当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理；当软土层厚度超过4m时，为加速预压过程，应采用塑料排水板或砂井预压法处理地基。

2．真空预压法通过在需要加固的软土地基上铺设砂垫层，并设置竖向排水通道（砂井、塑料排水板），再在其上覆盖不透气的薄膜形成一密封层使之与大气隔绝。

地基结构对建筑工程整体结构建设的质量与安全的影响作用非常直接，地基施工质量若存在问题，建筑工程后续的施工安全性则无法得到有效的保证，所以建筑地基施工强化的重要性显而易见，而建筑地基施工期间需要利用专业的处理技术来强化地基结构质量性能，因此对建筑施工中的地基施工处理技术进行研究具有现实意义。

1、建筑施工中地基处理技术类型及应用1.1 换土垫层处理技术换土垫层处理技术是建筑地基施工当中最为常用的一种技术方法。

在地基处理施工前，对地基结构土层进行全面深入的检测，明确地基土层的材质性能和特点，选择与地基土层材质相适应的垫层材料，用垫层材料与地基土层材料进行替换，从而提高建筑地基结构的强度、稳固性、硬度等性能，保证地基结构的承重能力达到施工标准，安全支撑建筑工程其他结构。

换土垫层处理技术应用主要是针对地基土质较为松软的情况下，垫层的材料选择至关重要，垫层材料需要具备强度高、压缩性低、无侵蚀性的性能，如粗砂、碎石、卵石、素土等都是常用的垫层材料。

换土垫层处理技术适用于湿陷性黄土、杂填土、淤泥等地基土质，不同的垫层材料的使用范围和承载力特征也存在差异，具体使用情况见表1、表2。

表1 不同垫层的使用范围表2 不同垫层的承载力特征值1.2 灰土处理技术灰土地基处理技术是将灰土材料填充到含水量较大的地基结构当中，实现强化地基坚实度的效果。

在建筑地基施工期间，会对地基结构进行开挖，当地基结构出现湿陷性土质、弹簧土质时，就需要运用灰土处理技术，将3:7灰土进行充分的搅拌混合，然后填充到地基含水量大的部位，促进地基坚固性提升。

灰土处理技术的灰土拌和是技术应用质量的关键，通常情况下建筑工程采用的灰土配比都是3:7的形式，在搅拌混合期间要强化材料混合的均匀性，混合好的灰土材料颜色统一就证明混合搅拌合格。

灰土处理施工铺设完成后要在同一天进行夯实处理，夯实后3 d，地基施工结构不能沾水，做好防水处理。

灰土分层铺设区间，灰土层厚度的控制需要根据施工方法进行合理的管控，例如使用压路机进行铺设夯实时，厚度就需要控制在2~3 cm。

换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查
换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱(性质差)的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。

垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。

在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。

目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。

只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为垫层材料。

实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。

垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。

换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱（性质差）的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。

垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。

在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。

目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。

只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为
垫层材料。

实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。

垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。

地基换填垫层法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基强度和变形的要求时，常采用换填法进行地基处理。

一般情况下是先将基础下一定范围内承载力低的软弱土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。

主要有以下几种处理方法：（1）挖：就是挖去表面的软土层，将基础埋置在承载力较大的基岩或坚硬的土层上。

此种方法主要用于软土层不厚，上部结构的荷载不大的情况。

（2）填：当软土层很厚，而又需要大面积进行加固处理，则可在原有的软土层上直接回填一定厚度的好土或砂石、矿石等。

（3）换：就是将挖与填相结合，即换土垫层法。

施工时先将基础下一定范围内的软土挖去，而用人工填筑的垫层作为持力层，按其回填的材料不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。

换填法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴等的地基处理。

换土垫层的处理深度应根据建筑物的要求，由基坑开挖的可能性等因素综合决定，一般多用于上部荷载不大，基础埋深较浅的多层民用建筑的地基处理工程中，开挖深度不超过3 m。

一、砂和砂石地基砂和砂石地基是采用级配良好、质地坚硬的中粗砂和碎石、卵石等，经分层夯实，作为基础的持力层，提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结作用。

砂石垫层应用范围广泛，施工工艺简单，用机械和人工都可以使地基密实，工期短、造价低；适用于 3.0 m 以内的软弱、透水性强的黏性土地基，不适用加固湿陷性黄土和不透水的黏性土地基。

1.材料要求砂和砂石地基材料，宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、石屑和碎石、卵石等，含泥量不宜超过5%，且不含植物残体、垃圾等杂质。

若用作排水固结地基的，含泥量不宜超过3%；在缺少中粗砂的地区，若用细砂或石屑，因其不容易压实，而强度也不高，因此在用作换填材料时，应掺入粒径不超过50 mm，不少于总重30%的碎石或卵石并拌和均匀。