换填垫层法的原理

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。

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：≥+B b zθ2tan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。

换填垫层在地基处理中的应用原理浅析摘要：浅层地基处理的方法有很多种，比如：灌浆法、挤密法、换填垫层法、强夯法或采用短桩处理等。

笔者通过多个工程实践经验，总结出换填垫层法有施工工期短、原料丰富、造价低、质量易掌握等优势。

本文主要介绍换填垫层法的原理、适用范围、设计及施工注意事项。

关键词：软土地基处理垫层中图分类号：tu753 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）09（c）-0062-02随着我国基础建设蓬勃兴起及人类活动增大，由地基土压缩变形引起的沉降量过大或沉降不均匀对构筑物造成破坏或影响其正常使用的问题显得尤为突出，故而软弱土层中的地基处理格外重要。

软弱地基是指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土构成的地基，具有压缩性高、透水性差和强度低等特点。

当不可避免要在软土地基上建造建筑物时，必须进行有效地地基处理，以减小地基的变形、加强地基的稳定性。

地基处理是采取有效的方法，如：碾压及夯实、换填垫层、排水固结、振密挤入等，改善地基土的工程性质，使其满足工程需要。

笔者通过对众多工程实践经验进行分析，认识到换填垫层法能有效解决中小型工程的地基处理问题，主要在于其具有就地取材、施工方便，不需要特殊机械设备且工期短，能有效降低造价等优点。

1 换填垫层法的原理换填垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖除，回填强度较大、压缩性小、物料来源丰富、价格便宜的材料，然后经分层夯实后作为基础的持力层。

1.1 垫层的作用1.1.1 提高持力层的承载力用抗剪强度较高的材料换置基础下的软弱土层，将使地基避免发生剪切破坏。

此外，换置后的材料能很好地扩散基础的附加应力从而使下卧土层能承受相应的荷载。

1.1.2 减小基础的沉降一方面换填的材料压缩性较小，那持力层的变形和沉降将较换填前小很多；另一方面，通过垫层的应力扩散作用使下卧层顶面的应力减小，那下卧层的沉降也将减小。

1.1.3 加速软土的固结如垫层材料的透水性很强，当软弱土层受压后，垫层即是一个良好的排水通道，基础下软弱土层中的孔隙水将通过此通道快速消散排出，从而加快了下卧软弱层固结和强度提高。

换填垫层法的原理
换填垫层法是一种常用的地基处理方法，被广泛应用于土建工程中。

其原理是通过在地基表面或较浅的地下区域添加一定厚度的填土层，将地基的承载能力提高，从而改善地基的稳定性和抗沉降能力。

换填垫层法的原理主要包括以下几个方面：
1. 提高地基承载能力：通过在地基表面或较浅的地下区域添加填土层，可以增加地基的压实程度和密实度，提高地基的承载能力。

填土层的材料通常选择密实性较好、颗粒大小合适的土石材料，如粉质黏土、砂土、碎石等。

填土层的厚度和填土材料的选取会根据地基设计要求和地质条件进行合理确定。

2. 均匀分布荷载：填土层能够均匀分布荷载，使其传递到较深的地基层，从而降低地基承载层的应力集中，增加地基的稳定性。

填土层通过降低荷载的作用水平和集中程度，减少了对地基的不均匀荷载影响，使地基承载能力得到有效提高。

3. 填充收缩缝隙：地基中存在的缝隙和空洞对地基的稳定性有不利影响，容易引起地基沉降和变形。

通过添加填土层，可以填充地基中的收缩缝隙，减少地基松软层的厚度，从而降低地基的沉降和变形。

此外，填土层还能够改变地基原有的水分含量和排水性质，提高地基的稳定性。

4. 水分调节：填土层具有较好的水分调节作用，能够影响地下水位的变化和水分的渗透，从而改善地基的饱和度和稳定性。

填土层能够吸湿、排水和蓄水，通过对地基周围水文环境的调节，减小地基的水分液化风险。

总之，换填垫层法通过在地基表面或较浅的地下区域添加填土层，改变地基的力学性质，提高地基的承载能力和稳定性。

通过合理的填土层设计和施工过程控制，可以达到改善地基的效果，确保土建工程的安全可靠运行。

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。