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，kPa
pz—垫层底面处土的附加应力，kPa。
条形基础
矩形基础
计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式(9．2)验算。如不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止。
垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(＜0.5m），作用不显著。
3．3．2．2 垫层宽度的确定
垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。宽度计算通常可按扩散角法，如条形基础，垫层宽度bˊ应为:
3．3．3 施工要点
(1)垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。这些方法都要求控制一定的含水量，分层铺砂厚约200一300mm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。
(2)垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。
(3)开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。
换土垫层 一、概述 换土垫层法是指将基础底面下一定深 度范围内的软弱土层部分或全部挖去，然 后换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、 粉煤灰、千渣等性能稳定且无侵蚀性的材 料，并分层夯压至要求的密实度。该法又 称换填法。 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的要求时，常采用换土回填法来处理。 换土回填按其材料分为砂地基、砂石地基、灰土地基等。 二、为什么要进行换土垫层施工 在建筑工程实际施工时，如果建筑物的地基土属于不均匀土、冻胀土、软弱土、湿陷性土以及膨胀土等，若对其直接进行建设，则其地基变形以及强度要求都不能满足上部建筑结构所要求的标准，在这种情况下，如果其地基的软土层不是特别厚，就可使用换土垫层施工将其改变。 三、换土垫层的作用 1、提高地基的承载力； 2、减少地基沉降量； 3、加速软土的排水固结； 4、防止冻土； 5、消除膨胀土的胀缩作用。 6、使底筋和土壤隔离不受污染。 7、找平，使底板受力在一个平面 四、垫层的分类 垫层分刚性和柔性（又称沸刚性）两类： 刚性垫层一般是C7.5-C10的混凝土捣成，它适用于薄而大的整体面层和块状面层；
柔性垫层一般是用各种散材料，如砂、炉渣、碎石、灰土等加以压实而成，它适用于较厚的块状面层。 五、换土垫层法原理 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填较高强度的砂、碎石或灰土等，并夯至密实 六、换土垫层法施工方法与施工过程 1、施工方法有：机械碾压法、振动压实法、重锤夯实法 （1）机械碾压法：采用各种压实机械来压实地基土。适用于地下水位以上大面积填土的压实 （2）振动压实法：用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散地基的处理方法。 （3）重锤夯实法：用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基 2、施工过程： 在施工时需将建筑基础下的土层挖去，但是挖土深度需控制在一定的范围内。随后对地基内进行换填较高强度、密度较大的灰土、砂、素土、碎石以及矿渣和粉煤灰等稳定性相对较高、且没有侵蚀性的材料，然后对其进行夯实直到达到建筑设计中所要求的密实度。建筑地基换土法在使用的时候，要注意将换土处理深度进行控制，从而使建筑施工过程中相关的经济合理性得到保证，这个深度尽量保持在3米以内。
换填垫层法定义： 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。 换填垫层法主要作用： 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。具体表现为： (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。 (4)防止冻胀。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。 (5)均匀地基反力与沉降作用。对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。 因此，换填的目的就是：提高承载力，增加地基强度；减少基础沉降；垫层采用透水材料可加速地基的排水固结。 1概念 换填法又称换土法。 所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。 浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小，而且在更大程度上与地基土的物理力学性质有关。地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料。 2适用范围 换填法(Replacement Method、Cushion)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，
换填垫层法定义
换填垫层法定义： 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。 换填垫层法主要作用： 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。 具体表现为： (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。 (4)防止冻胀。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。 (5)均匀地基反力与沉降作用。对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。 因此，换填的目的就是：提高承载力，增加地基强度；减少基础沉降；垫层采用透水材料可加速地基的排水固结。 1概念 换填法又称换土法。 所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。 浅层处理和深层处理很难明确划分界限，一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以下5m深度以内。浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小，而且在更大程度上与地基土的物理力学性质有关。地基浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料。 2适用范围
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： θ z t g 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
武汉工程大学 课程设计（学年论文） 说明书 课题名称：换土垫层法地基处理设计 学生学号：0844510204 专业班级：建筑工程02班 学生姓名：何勇 学生成绩： 指导教师：张小敏 课题工作时间：至 武汉工程大学教务处
填写说明： 1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。 2. 表中第一、二、三在在课程设计（学年论文）开始前填写，第四、五、六项在课程设计（学年论文）完成后填写。 3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。
换土垫层法地基处理设计 一． 地基处理方案论证 由于建筑地基大部分在暗区浜域，因此必须进行处理。若打钢筋混凝土短桩， 费用比较昂贵；若采用水泥混凝土搅拌桩，由于暗浜土中有机物含量较高，因此处理效果可能不好;若采用基础梁跨越低，则因暗滨宽度太大而不可能而采用砂垫层处理，置换暗浜填土，则即可满足建筑物对地基水载力的要求，又可达到改善排水途径及控制下卧层压力的目的。因此，对各种地基处理方案进行技术经济比较，决定采用砂垫层处理方案。 二． 计算垫层的厚度 对于砂垫层厚度的确定，可先假设一个垫层的厚度，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，重新在验算，直到满足要求为止。 由于暗浜深度为2.8m 。基础埋深d = 1.3m ，因此砂垫层厚度假设为1.5m ，其 干密度要求大于1.6t ／m 2。 ① 基础地面的平均压力P k ： k P = ()Kpa b 6.1325.08.9208.0203 .1145 bd F A G F G =?-+?+=+=+γ ② 基础底面处土的自重压力c P ： Pc ＝18.5×0.8＋﹙18.5－9.8﹚×0.5＝19.2Kpa ③ 垫层底面处土的自重压力cz P ： cz P ＝18.5×0.8＋﹙18.5－9.8﹚×2.0＝32.2Kpa ④ 计算垫层底面处的附加压力Z P ：﹙对于条形基础，可按压力扩散角的方 法进行﹚ 由15.13 .15.1h ==b s ﹥0.5
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，kPa pz—垫层底面处土的附加应力，kPa。 条形基础 矩形基础 计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式(9．2)验算。如不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止。 垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(＜0.5m），作用不显著。 3．3．2．2 垫层宽度的确定 垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。宽度计算通常可按扩散角法，如条形基础，垫层宽度bˊ应为:
邮电与信息工程学院 岩土工程课程设计计算书 课题名称：换土垫层法设计 学生学号：0944510108 专业班级：09建筑工程技术01班 学生姓名：李宜 学生成绩： 指导教师：张晓敏 课题工作时间：2011年12月19日至2011年12月28日
武汉工程大学邮电与信息工程学院 岩土工程课程设计计算书 一、地基处理方案论证 由于建筑地基大部分在暗滨区域，因此必须进行处理。若打钢筋混凝土短桩，费用比较昂贵；若采用水泥混凝土搅拌桩，由于暗滨土中有机物含量较高，因此处理效果可能不好；若采用基础梁跨越低，则因暗滨宽度太大而不可能，故采用砂垫层处理，置换暗滨填土，则既可满足建筑物对地基水载力的要求，又可达到改善排水途径及控制下卧层压力的目的。因此，对各种地基处理方案进行技术经济比较，决定采用砂垫层处理方案。 二、计算垫层厚度 对于砂垫层厚度的确定，可先假设一个垫层的厚度，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。 由于暗滨深度为2.8m，基础埋深d=1.3m，因此砂垫层厚度假设为1.5m,其干密度要求大于1.6t/m2 1．计算基础底面平均压力P k: 基础自重和基础以上的土重G k=γG Ad-γw Ah w =20×1.3×1.3—9.8×1.3×（1.3—0.5） =27.3kN 故荷载效应标准组合时，基础底面平均压力P k=(F k+G k)/A =(145+27.3)÷1.3 =132.6kPa 2．计算基础底面处土的自重压力P c: P c=∑γi h i=18.5×0.8+（18.5—9.8）×0.5=19.2kPa 3．计算垫层底面处土的自重压力P cz: P cz=∑γi h i=(18.6—9.8)×2.0+18.5×0.8 =32.2kPa 4．计算垫层底面处的附加压力P : z
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。 3. 加筋土垫层
文献内容出自：高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材《地基处理》P58 浙江大学龚晓南编著 同济大学叶书麟主审 中国建筑工业出版社 7.2 置换法（换填法） 置换法是指应用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或全部软弱土体或不良土体，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降目的一类地基处理方法。不少地基处理方法在加固地基时都有置换作用，属于置换法的地基处理方法指的是以置换为主的一类地基处理方法，其方法主要有：换土垫层法、挤淤置换法、褥垫法、强夯置换法以及碎石桩置换法和砂桩置换法、石灰桩法、气泡轻质填土法和EPS超轻质料填土法等。 7.2.1 换土垫层法 7.2.1.1 加固机理和适用方法 换土垫层法就是将基础底面以下不太深的一定范围内软弱土层挖去，然后用强度高、压缩性能好的岩土材料，如砂、碎石、矿渣、灰土、土工格栅加砂石料等材料分层填筑，采用碾压、振密等方法使垫层密实。通过垫层将上部荷载扩散传到垫层下卧层地基中，以满足提高地基承载力和减少沉降的要求。 填土垫层法适用于软弱土层分布在浅层且较薄的各类不良地基的处理。7.2.1.2 设计 换土垫层法加固地基设计包括垫层材料的选用，垫层铺设范围、厚度的确定，以及地基沉降计算等。 1.垫层材料选用 P59 采用换图垫层处理地基，垫层材料可因地制宜地根据工程的具体条件合理选用下述材料： ⑴砂、碎石或砂石料； ⑵灰土； ⑶粉煤灰或矿渣； ⑷土工合成材料加碎石垫层等。
2.确定垫层铺设范围 垫层铺设范围应满足基础底面应力扩散的要求。对条形基础，垫层铺设厚度B 可根据当地经验确定，也可按下式计算： 2tan B b z θ≥+ 式中 B —垫层厚度，m ； b —基础底面宽度，m ； Z —垫层厚度，m ； θ—应力扩散角，可按下表采用 整片垫层的铺设宽度可根据施工的要求适当放宽。垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm ，或从垫层地面两侧向上，按当地开挖基坑经验放坡。 3.确定垫层厚度 垫层铺设厚度根据需要置换软弱土层的厚度确定，要求垫层底面处土的自重 应力与荷载作用下产生的附加应力之和不大于同一标高处的地基承载力特征值，如下图所示。其表达式为：
浅谈地基处理中的换土垫层法的设计
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浅谈地基处理中的换土垫层法的设计 作者：梁建全（江门市市政工程设计院）发布时间：2011-10-17 摘要：软弱地基通常要经过人工处理才能满足地基承载力的要求。文章就地基处理的概念、换填法设计、适用范围及施工要点进行了简单的探讨。 关键词：软弱地基;换填垫层法；基地处理；压力扩散角 1、引言： 随着现代化建设进程的加快,中国工程建设规模日益扩大、难度不断提高,对地基提出更高的要求。人们常将不断满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。软弱地基通常要经过人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理。 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法.它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。 2、基本原理 换土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。3垫层的设计与计算
换土垫层法在地基处理中的应用 摘要: 换土垫层法是将基础底下一定范围内不符合建筑物地基承载力要求的松散土、软土挖去,换填质地坚硬、强度较高的材料,经夯压密实处理,达到符合要求的人工地基。 关键词:地基处理、换土垫层、人工地基 换土垫层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、湿陷性黄土、季节性冻土、已完成自重固结的吹填土,及暗塘、暗浜、暗沟、局部松软透镜体、废井、废坑、墓穴、人防工程、拆除旧基础后的坑穴和低洼区的填筑。 1 一般规定 (1)换土垫层法适用于处理各类浅层软弱地基及不均匀地基。当在建筑物范围内上层软弱土较薄时,则可采用全部臵换处理。对于处理范围内存在的松填土、暗沟、暗塘、废坑、废井、墓穴或拆除旧基础后的坑穴,保持建筑物地基整体变形均匀是换土垫层法处理地基应遵循的基本原则。 (2)采用换土垫层法全部臵换厚度不大的软弱土层,可取得良好的效果。对于深厚的软弱土层,不应采用局部换土垫层法处理地基。对于不同特点的工程,还应分别考虑换填材料的强度、稳定性、压力扩散能力、密度、渗透性、耐久性、对环境的影响、价格、来源与消耗等。当换土量大时,尤其应首先考虑当地材料的性能及适用条件,此外还应考虑所能获得施工机械的使用条件等综合因素。
(3)当采用换土垫层法进行地基处理时,应根据建筑物体形、结构特点、荷载性质和量级、场地岩土工程条件及周围环境,并结合施工机械设备与当地材料的来源等进行综合分析,合理进行换填设计,选择适宜的换填材料和相应的 施工方法,保证技术先进,经济合理。 2 设计 2.1 设计要求 垫层设计应满足建筑物地基承载力的要求。首先垫层能换除基础下直接承受建筑物荷载的软弱土层,代之以能满足承力要求的垫层;其次荷载通过垫层 的应力扩散,使下卧层顶面受到的压力满足小于或等于下卧层承载力的条件; 再者基础持力层被低压缩性的垫层代换,能减少基础的沉降量。浅层软土厚度不大的工程,应臵换掉全部软土。 2.2 垫层的厚度 对需换填的软弱土层,首先根据垫层的承载力确定基础的宽度和基底压力,再根椐需臵换软弱土的深度和垫层下卧层的承载力,设垫层的厚度。垫层的厚度一般宜控制在3m 以内(灰土1～4m)较为经济合理,太厚(>3m)施工较困难, 太薄(<0.5m)则换填垫层的作用不显著。各种材料的垫层都可以近似地按砂垫层的计算方法计算垫层的厚度。 2.3 附加压力 垫层底面处的附加压力值Pz可以根据双层地基理论进行计算,但这种方 法仅限于条形基础均布荷载的计算条件,最常用的是扩散角法。压力扩散角应随垫层材料及下卧土层的力学特性差异而定,可按双层地基条件来考虑。
浅谈地基处理中的换土垫层法的设计 作者：梁建全（江门市市政工程设计院）发布时间：2011-10-17 摘要：软弱地基通常要经过人工处理才能满足地基承载力的要求。文章就地基处理的概念、换填法设计、适用范围及施工要点进行了简单的探讨。 关键词：软弱地基;换填垫层法；基地处理；压力扩散角 1、引言： 随着现代化建设进程的加快,中国工程建设规模日益扩大、难度不断提高,对地基提出更高的要求。人们常将不断满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。软弱地基通常要经过人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理。 当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时将基础底面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法.它还包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。 2、基本原理 换土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。3垫层的设计与计算