(土建施工）换土垫层法

1、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

2、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21所示，并符合下式要求：式中pz垫层底面处的附加应力设计值（kpa）； pcz垫层底面处土的自重应力标准值（kpa）；fz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21垫层内应力分布砂

3、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，也可按应力扩散角进行简化计算：条形基础：（22）矩形基础：（23）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）；垫层的应力扩散角（0）。各种换填材料的应力扩散角值见表（21）。 表21压力扩散角（0）注；当zb<0.25时，除灰土取=30°外，其余材料均取=0o； 当0.25<÷<0.5时，值可内插求得。砂垫层厚度计算时，一般是先根据初步拟定的厚度，再用公式（2

4、1）进行复核。砂垫厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太薄则换土垫层的作用不明显。2、砂垫层宽度的确定 砂垫层底宽度b（以m计）应满足基础底面应力扩散的要求，可以按下式计算或根据当地经验确定。bb十2ztg（24）在基础底面标高以下所开挖的基坑侧壁呈直立状态时，则垫层顶面角边比基础底边缘多出的宽度应不小于300mm； 表22各种垫层的承载力施工方法换填材料类别压实系数承载力标准值fk（kpa）碾压或振密碎石、卵石200300砂夹石（其中碎石、卵石占全重的3050）200250土夹石（其中碎石、卵石占全重的3050）0.940.97150200中砂、粗砂、砾砂150200粘

5、性士和粉士（8<ip<14）130180灰土0.930.95200250重锤夯实土或灰土0.930.95150200注：1压实系数小的垫层，承载力标准值取低值，反之取高值； 2重锤夯实土的承载力标准值取低值，灰土取高值； 3压实系数为妻的控制千密度与最大干密度的比值；五、垫层施工1、砂垫层的施工要点 1）砂垫层和砂石垫层的材料，宜采用题起级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石，石子的粒径不宜大于50mm，砂、石料中不得含有杂物，含泥量不应超过5。对用作排水固结的砂垫层，其含泥量不宜大于3。粉细砂也可以作为垫层的材料，但因其不易压实，而且强度也不高，此时宜掺入2530的碎（

6、卵）石，以保证垫层的密实度和稳定性。 2）为了使砂垫层达到设计要求的密实度，施工时需要把握的关键问题是：控制好采用各种夯（压、振）实方法时的分层铺筑厚度及施工时的最优含水量和最大干密度。表23砂和砂石垫层的每层虚铺厚度及最优含水量项次夯（压、振）实方法每层铺筑厚度（mm）施工时最优含水量（）施工情况备注1平振法2002501520用平板式振捣器往复振捣不宜使用于细砂或含泥量较大的砂所铺筑的砂垫层2插振法振捣器的插入深度饱和用插入式振捣器，插入间距可根据机械振幅大小决定不应插至下卧粘性土层。插入完毕后所留孔洞，应甩砂填实3水撼法250饱和注水高度应超过每次铺筑面层，用钢叉摇撼捣实插入点间距为10

7、0mm，摇撼十几下，感觉砂子已沉实时。便将钢叉拔出湿陷性黄土及膨胀土地区不得使用4夯实法150200812用木夯（重0.04t）或机械夯，落距为40cm50cm，夯时需一夯压半夯，全面夯实5辗压法2503508126t10t压路机往复辗压适用于大面积垫层，不宜用于地下水位以下的砂垫层注：1在地下水位以下的垫层，其最下层的铺筑厚度可比上表增加50mm。2如用振动压路机，则每层铺筑厚度可以提高。 3）在软土层上采用砂垫层时，应注意保护好基坑底部及侧壁士的原状结构，以免降低软土的强度。在垫层的最下面一层，宜先铺设150mmmm厚的松砂，用木夯仔细夯实，不得使用振捣器当采用碎石垫层时，也应该在软土上先

8、铺一层厚度为150mm300mm的砂垫底。4）当用细砂作为垫层材料时，不宜使用振捣法和水撼法 5）当用人工级配的砂石铺设垫层时，应将砂石拌和均匀后，再进行铺筑和捣实6）铺筑前应先行验槽。浮土应清除，边坡必须稳定，防止塌土基坑（槽）两侧附近如有低于地基的孔洞、沟、井和墓穴等，应在未做垫层前加以填实。另外，垫层施工前必须在室内做击实试验。 二、三种不同的垫层施工方法 1机械碾压法表24垫层的每层铺填厚度及压实遍数施工设备 每层铺填厚度（mm） 每层压实遍数 平碾（8t12t） 200300 68 羊足碾（5t16t）200350816蛙式夯（200kg） 200250 34 振动碾（8t15t）

9、600130068 振动压实机。（2t，振动力98kn） 12001500 10 插入式振动器 200500 平扳式振动器 150250 2重锤夯实法重锤夯实法是利用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落下，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距离地表0.8m以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基。重锤夯实的现场试验成确定最少的夯遍数，最后两遍的平均夯沉量和有效夯实深度等一般重锤夯实的有效夯实深度约为锤底直径的一倍左右，并且可以消除1.0m1.5m厚土层的湿陷性。3平板振动法平板振动法是使用振动压实机（图24）来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种浅层地基处理方法。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振实时间约在1分钟以上；对含炉灰的细粒填土，振实时间约为3分钟5分钟，有效振实深度为1.2m1.5m六、垫层质量检验1、环刀取样法 2、贯入测定法 检验时应先将垫层表面的砂刮去30mm左右，并用贯入仪、钢筋或钢叉等以贯入度大小来检查砂