换土垫层法计算及施工要点（图片较多）

换土垫层法计算及施工工要点基底换填0.6m灰土垫层施工工检验铺设砂垫层天津港开发区区抽检砂垫层路基填土平整砂垫层地下室底板下下的砂垫层、、砼垫层、防防水层及砼保保护层基础灰土垫层层施工阶段定义：当软弱土地基的的承载力和变变形满足不了建筑筑物的要求，，而软弱土层层的厚度又不不很大时，将将基础底面以以下处理范围围内的软弱土土层的部分或全部挖挖去，然后分层换换填强度较大大，压缩性能能好的岩土材材料（砂、碎碎石、矿渣、、素土、灰土土、高炉干渣渣、粉煤灰））或其它性能能稳定、无侵侵蚀性等材料料（土工格栅栅），并压（（碾、夯、振振）实至要求求的密实度，，并形成垫层层。3.1概述换土垫层法包包括：低洼地地域筑高和堆堆填筑高优点：就地取材、施施工简单、机机械设备简单单、工期短、、造价低。处理深度：3~5m以内。种类：砂垫层、砂石石垫层、碎石石垫层、素土土垫层、灰土土垫层、二灰灰垫层、矿渣渣垫层和粉煤煤灰垫层、土土工合成材料料加碎石垫层层等。3.1.1加固机理和适适用范围加固机理：换填、振密、、应力扩散。。适用范围：适用于浅层软软弱地基及不不均匀地基的的处理。《建筑地基处理理技术规范》(JGJ79-2012)(1)提高地基承载载力。(2)减少沉降量。。(3)加速软弱土层层的排水固结结。(4)防止冻胀。(5)消除膨胀土的的胀缩作用。。(6)消除湿陷性黄黄土的湿陷作作用(7)局部换填处理理暗浜和暗沟沟3.1.2垫层的作用(1)提高地基承载载力。浅基础的地基基承载力与持持力层的抗剪剪强度有关。。如果以抗剪剪强度较高的的砂或其它填填筑材料代替替软弱的土，，可提高地基基的承载力，，避免地基破破坏。(2)减少沉降量。。一般地基浅层层部分沉降量量在总沉降量量中所占的比比例是比较大大的。以条形形基础为例，，在相当于基基础宽度的深深度范围内的的沉降量约占占总沉降量50%左右。如以密密实砂或其它它填筑材料代代替上部软弱弱土层，就可可以减少这部部分的沉降量量。由于砂垫层或或其它垫层对对应力的扩散散作用，使作作用在下卧层层土上的压力力较小，这样样也会相应减减少下卧层土土的沉降量。。(3)加速软弱土层层的排水固结结。建筑物的不透透水基础直接接与软弱土层层相接触时，，在荷载的作作用下，软弱弱土层地基中中的水被迫绕绕基础两侧排排出，因而使使基底下的软软弱土不易固固结，形成较较大的孔隙水水压力，还可可能导致由于于地基强度降降低而产生塑塑性破坏的危危险。砂垫层层和砂石垫层层等垫层材料料透水性大，，软弱土层受受压后，垫层可作为良良好的排水面面，可以使基础下面的的孔隙水压力力迅速消散，，加速垫层下软软弱土层的固固结和提高其其强度，避免免地基土塑性性破坏。(4)防止冻胀。因为粗颗粒的的垫层材料孔孔隙大，不易产生毛细细管现象，因此可以防防止寒冷地区区土中结冰所所造成的冻胀胀。这时，砂砂垫层的底面面应满足当地地冻结深度的的要求。(5)消除膨胀土的的胀缩作用。。在膨胀土地基基上可选用砂砂、碎石、块块石、煤渣、、二灰或灰土土等材料作为为垫层以消除除胀缩作用，，但垫层厚度度应依据变形形计算确定，，一般不少于于0.3m，且垫层宽度度应大于基础础宽度，而基基础的两侧宜宜用与垫层相相同的材料回回填。振密机理当粘性土的土土样含水量较较小时，其粒粒间引力较大大，在一定的的外部压实功功能作用下，，如还不能有有效地克服引引力而使土粒粒相对移动，，这时压实效效果就比较差差。当增大土样样含水量时，，结合水膜逐逐渐增厚，减减小了引力，，土粒在相同同压实功能条条件下易于移移动而挤密，，所以压实效效果较好。但当土样含水水量增大到一一定程度后，，孔隙中就出出现了自由水水，结合水膜膜的扩大作用用就不大了，，因而引力的的减少就不显显著，此时自由水填充在在孔隙中，从从而产生了阻阻止土粒移动动的作用，所以压实效果果又趋下降，，因而设计时时要选择一个个”最优含水量”。3.2垫层作用机理理击实曲线人工压实不是是挤出土中水水，而是挤出出土中气来达达到压实目的的的。击实试验土的压实度（（或压实系数数c），定义为土压压实时要求达达到的干密度度d与室内击实试试验所得到的的最大干密度度dmax之比值，可由由下式表示：：c=d/dmax在工程中，填填土的质量标标准常以压实实度来控制。。要求压实度越越接近于1，表明对压实实质量的要求求越高。根据工程性质质及填土的受受力状况，所所要求的压实实度是不一样样的。在工地上对压压实度的检验验，一般可用用环刀法、灌砂砂（或水）法法、湿度密度度仪法或核子子密度仪法等来测定土的的干密度和含含水量，具体体选用哪种方方法，可根据据工地的实际际情况决定。。垫层材料2.垫层厚度3.垫层宽度4.沉降验算3.3垫层设计计算算垫层材料（1)砂、碎石或砂砂石料；（2）灰土；（3）粉煤灰或矿矿渣；（4）土工合成材材料加碎石垫垫层等。种类：砂垫层、砂石石垫层、碎石石垫层、素土土垫层、灰土土垫层、二灰灰垫层、矿渣渣垫层和粉煤煤灰垫层、土土工合成材料料加碎石垫层层等。换填法设计主主要是垫层厚度z（0.5~3m）和宽度B。原则：

（1）各种材料垫垫层设计，近近似按砂垫层层计算方法进进行设计（（2）砂垫层垫层层厚度z，要求有足够够深度，以置置换可能被剪剪切破坏的软软弱土层；（（3）垫层上、下下平面尺寸，，要满足应力力扩散要求和和砂垫层不发发生水平挤出出b回填土B=b+2ztgdz2.垫层厚度（z）垫层设计示意意图pbDBzpzpczpczqb+2ztanqpz基础回填土垫层$$$$$$式中pz－垫层底面处处的附加压力力（kPa）pcz－垫层底面处处的自重压力力（kPa）faz－垫层底面处处经深度修正正后的地基承承载力特征值值（kPa），宜通过试试验确定。垫层厚度z，可根据下卧土土层承载力确确定，应符合合地基承载力力验算要求条形基础：矩形基础：式中b－矩形基础或或条形基础底底面的宽度（（m）；l－矩形基础底底面的长度（（m）；p－基础底面接接触压力（kPa）；pc－基础底面自自重应力（kPa）；θ－垫层材料的的压力扩散角角，在缺少资资料时，可按按表3.2选用。按均匀分布，，条形基础和和矩形基础下下垫层底面处处附加压力pz的简化计算

换填材料

z/b中、粗砂、砾石、卵石、碎石粘性土和粉土(8<Ip<14)灰土0.2520628≥0.503023注：当时z/b<0.25，除灰土取θ=28o外，其余材料料θ=0o；当0.25<z/b<0.5时，θ可由内插法求求得。表3.2垫层材料压力力扩散角θ（°）地基承载力修修正土的类别hbhd淤泥和淤泥质土01.0人工填土，或e或者大于等于0.85的粘土01.0红粘土含水比大于0.8

含水比小于等于0.800.151.21.4填土压实系数大于0.95、粘粒含量大于10％的粉土最大干密度大于2.1t/m3的级配砂石001.52.0粉土粘粒含量大于10％的粉土粘粒含量小于10％的粉土0.30.51.52.0e及IL均小于0.85的粘性土粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态)中砂、粗砂、砾砂和碎石土0.32.03.01.63.04.43.垫层宽度（B）垫层的底面宽宽度应以满足足基础底面应应力扩散和防防止垫层向两两侧挤出为原原则进行设计计。关于宽度度计算，目前前还缺乏可靠靠的方法。一一般可按下式式计算或根据据当地经验确确定：式中B——垫层底面宽度度(m)；θ——垫层的压力扩扩散角（°），可按表3.2采用；当垫层顶面（基基础底面）每每边宜超出基基础边缘不少少于30cm或从垫层底面面两侧向上，，按当地基础础开挖经验放放坡。4.沉降计算一般垫层地基基的沉降仅考考虑下卧层（（垫层下地基基土）的变形形，但对于沉沉降要求较严严或垫层较厚厚的情况，地地基沉降S，包括垫层本本身压缩沉降降Sm和下卧层沉降降Sg，即Sm计算中，应力力可取垫层顶顶面和底面压压力的平均值值。一般砂垫垫层Es=2030MPa；粉煤灰则Es=820MPa，碎石、卵石石为3050MPa。无论是地基基还是垫层，，其沉降计算均均可传统分层层总和法计算算。施工包括：（1）开挖换土；（（2）铺填垫层。。（1）开挖换土：应注意避免坑坑底土层的扰扰动，应采用用干挖土法。。（2）铺填垫层：：1）垫层需分层层铺填，并分分层密实。分分层厚度20~30cm。2）根据不同的的换填材料选选用不同的施施工机械：砂石垫层宜采用振动碾碾碾压；粉煤灰垫层宜采用平碾、、振动碾、平平板振动器、、蛙式夯等碾碾压方法密实实；灰土垫层宜采用平碾、振振动碾等方法法密实。3.4施工蛙式打夯机平板振动碾手推打夯机静压路机单钢轴振动碾碾压机双钢轴振动碾碾压机轮碾压分类振动碾碾压法法：机械碾压法是是采用各种压压实机械来压压实地基土。。此法常用于于基坑底面积积宽大开挖土方量较较大的工程。工工程实践中，，对垫层碾压压质量的检验验，要求获得得填土最大干干密度。其关关键在于施工工时控制每层的铺铺设厚度和最最优含水量，其最大干密密度和最优含含水量宜采用用击实试验确确定。所有施施工参数（如如施工机械、、铺填厚度、、碾压遍数、、与填筑含水水量等）都必必须由工地试试验确定。在在施工现场相相应的压实功功能下，由于于现场条件终终究与室内试试验不同，因因而对现场应应以压实系数数与施工含水水量进行控制制。施工机械平板振动法：平板振动法是是使用振动压压实机来处理理无粘性土或粘粘粒含量少、、透水性较好好的松散杂填填土地基的一种方方法。振动压实的效效果与填土成成分、振动时时间等因素有有关，一般振振动时间越长长，效果越好好，但振动时时间超过某一一值后，振动动引起的下沉沉基本稳定，，再继续振动动就不能起到到进一步压实实的作用。为为此，需要施施工前进行试振，得出稳定下下沉量和时间间的关系。对主要由炉渣渣、碎砖、瓦瓦块组成的建建筑垃圾，振振动时间约在在1mim以上；对含炉炉灰等细粒填填土，振动时时间约为3～5mim，有效振实深深度为1.2～1.5m。振实范围应从从基础边缘放放出0.6m左右，先振基槽两边边，后振中间间，其振动的标标准是以振动机原地振振实不再继续续下沉为合格，并辅辅以轻便触探探试验检验其其均匀性及影影响深度。振振实后地基承承载力宜通过过现场载荷试试验确定。一一般经振实的的杂填土地基基承载力可达达100～120kPa。（一）砂石垫层施工要点1．碾压、密密实；2．人工配置置级配的砂石石应拌和均匀匀；3．用碎石或或卵砾石作垫垫层材料时，，基坑底部要要先铺填150～300mm厚的砂垫层，，并用木夯夯夯实，不得使使用振捣器，，以防下部软软弱土层表面面受到局部破破坏。如果淤淤泥或淤泥质质土层厚度较较小，可采用用抛石挤淤处处理；4．基坑开挖挖施工时及施施工后均严禁禁扰动软弱下下卧层；5．垫层铺填填前，应做好好验槽工作；；施工要点（二）素土施工要点1．基坑（槽槽）在铺设素素（灰）土前前必须先进行行验槽。2．碾压前土土料的含水率率应接近最优含水水率。3．灰土应拌和均匀，拌好后应及时铺好压实实，灰土压实后后3天内不能受受水浸泡。4．灰土的虚铺厚度，可根据不同同的施工方法法按下表选用用。每层灰土土的夯打遍数数，应根据设设计要求的干干密度在现场场试验确定。。5．在地下水水位以下的基基坑施工时，，应采取排水水措施。6．垫层分段段施工时，不不能在桩基、、墙角及承重重墙下接缝，，接缝处上下下两层的缝距距不能大于500mm，接缝处应夯压压密实。7．垫层施工工结束后及时时进行基础施施工和基坑回回填。（三）粉煤灰垫层施工要点点1．粉煤灰垫垫层压实可用用平板振动器器、蛙式打夯夯机、压路机机或振动压路路机等。2．粉煤灰垫垫层施工应分分层压实。3．过湿的粉粉煤灰要沥干干装运，装运时含水率率宜为15～～25％。4．垫层施工工时要设置泄水沟或或排水盲沟，垫层四周要要设置具有防防冲刷功能的的帷幕，垫层层底层的粉煤煤灰要选用较较粗的灰，并并使含水率稍稍低于最优含含水率。2022年年10月27日（四）干渣垫层施工要要点1．干渣垫垫层压实可可采用碾压压法或平板板振动法。。2．干渣垫垫层施工应应分层压实实。3．小面积积施工宜用用平板振动动器振实，，电机功率率大于1.5kW，每层虚铺厚厚度200～250mm，振动遍数由由试验确定定，以达到到设计密实实度为准。。4．大面积积施工宜用用推土机或或8～12t压路机碾压压，每层虚虚铺厚度不不大于300mm。也可用2～～4t振动压路机机碾压，每每层虚铺厚厚度不大于于350mm，单位面积振振动时间不不少于60s，碾压遍数由由现场试验验确定。5．每层虚虚铺厚度和和碾压遍数数应通过现现场碾压试试验确定。。若无试验验资料，可可选用虚铺铺厚度为200～300mm，碾压后的压压实厚度为为150～～200mm。6．小型工程可可采用人工工分层摊铺铺，整平后后用平板振振动器或蛙蛙式打夯机机进行压实实。大中型型工程可采采用机械摊摊铺，整平平后用履带带式机具初初压两遍，，再用中、、重型压路路机碾压。。7．施工时时宜当天摊摊铺当天压压实。若压压实时呈松松散状，则则要洒水湿湿润后再压压实。若出现“橡皮土”，则应暂缓缓碾压，并并采取开槽槽、翻开晾晾晒或换灰灰等方法处处理。（1）分层施施工质量检检验标准是是压实系数数≥0.90。可以用环刀法或钢钢筋贯入法法检验。（2）换填后后，可以通通过载荷试验，或标准贯入、、静力触探探试验、轻轻型动力触触探、重型型动力触探探（对于砂砂石、矿渣渣垫层）。3.5质量检验某挡土墙，，条形基础础，宽1.2m，埋深1.0m，作用于基基础底面上上的荷载为为120kN/m，基础及基基础上土的的平均重度度为20kN/m3。土层为：：第一层粉粉质粘土，，层厚1.0m，重度17.5kN/m3；第二层为为淤泥质粘粘土，层厚厚15.0m，重度为17.8kN/m3，含水量为65％，承载力力特征值为为45kPa；第三层为为密实砂砾砾层。地下下水位距地地表1.0m。采用换土垫垫层处理，，试确定