换填垫层法设计碾压施工及质量检验

换填垫层法设计、碾压施工及质量检验概述1换填垫层设计2垫层碾压施工3质量检验4572.1概述换填垫层法

换填垫层法——是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。

换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为垫层法和褥垫法。

垫层法——通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构造、）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、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度。它包括低洼地域筑高（平整场地）或堆填筑高（道路路基）。垫层法

砂石垫层施工三合土垫层施工提高地基承载力减少沉降量加速软弱土层的排水固结防止冻胀消除地基的湿陷性和胀缩性

垫层作用沉降承载力不足适用范围《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)中规定：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、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。淤泥湿陷性黄土

褥垫法——是将基础底面下一定深度范围内局部压缩性较低的岩石凿去，换填上压缩性较大的材料，然后分层夯实的垫层作为基础的部分持力层，使基础整个持力层的变形相互协调。褥垫法是我国近年来在处理山区不均匀的岩土地基中常采用的简便易行又较为可靠的方法。褥垫法2.2换填垫层设计

砂（砂石、碎石、粉煤灰、矿渣）垫层设计

一般要求：既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，又要满足建筑物地基强度和变形的要求，另外，还要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出增加沉降，同时还应尽量做到经济合理。

主要内容：确定垫层的合理厚度和宽度。应根据建（构）筑物体形、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等综合考虑。

(1)垫层厚度的确定根据需置换软弱土层的深度或下卧土层的承载力确定

条形基础：

矩形基础：

换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。条形基础：

矩形基础：

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pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值pc——基础底面处土的自重压力值(kPa)；z——基础底面下垫层的厚度(m)；θ——垫层的压力扩散角(°)(2)垫层宽度的确定垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出的要求。

垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定，垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。(3)垫层承载力的确定

垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按表2-2采用，并应进行下卧层承载力的验算。施工方法换填材料类别压实系数λc承载力特征值fak(kPa)碾压、振密或夯实碎石、卵石0.94～0.97200～300砂夹石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)200～250土夹石(其中碎石、卵石占全重的30%～50%)150～200中砂、粗砂、砾砂、角砾、圆砾150～200粉质粘土130～180灰土0.95200～250粉煤灰0.90～0.95120～150石屑0.94～0.97120～150矿渣-200～300重锤夯实土或灰土0.93～0.95150～200压实系数λc为土的控制干密度ρd与最大干密度ρdmax的比值

(4)沉降计算垫层地基的变形等于垫层自身的变形量s1与下卧土层的变形量s2之和，可按下式进行计算：s——基础沉降量（mm）；s1——垫层自身变形量（mm）；s2——压缩层厚度范围内（自垫层底面算起）各土层压缩变形之和（mm）。p——基底平均有效压力α——基底压力扩散系数。注意事项：碎石、卵石、砂夹石、砂和矿渣垫层，在地基变形计算中，可以忽略垫层自身部分的变形值对于细粒材料的尤其是厚度较大的换填垫层，则应计入垫层自身的变形垫层下卧层的变形量s2可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2012）的有关规定计算

【例2-1】某四层混合结构，承重墙为240mm厚的砖墙，传至基础顶部的竖向力Fk=180kN/m，地基的表层为1.2m厚的杂填土，γ=17.5kN/m3；其下为7.8m厚的淤泥，含水量w=50%，承载力特征值fak=75kPa。地下水位深度为1.0m，基础埋深d=0.8m，试设计该墙基的砂垫层。解：1.计算基础宽度b和基底附加压力p0垫层材料选用中砂，查《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2012）其承载力特征值fak=200kPa，γ=18kN/m3，γ’=10kN/m3，宽度修正系数ηb=3.0，深度修正系数ηd=4.4，经深度修正后的地基承载力特征值为：2.确定垫层底面淤泥的承载力特征值fzb=1.0m<3.0m

3.计算垫层底面处的自重应力pcz和附加压力pz4.验算垫层厚度z5.确定垫层宽度b’素土和灰土垫层设计

素土垫层（简称土垫层）和灰土垫层（石灰与土的体积配合比一般为2:8或3:7）在湿陷性黄土地区使用较广泛，处理厚度一般为1～3m。通过处理基底下的部分湿陷性土层，可达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层湿陷量的处理效果。素土垫层或灰土垫层可分局部垫层和整片垫层。当仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层；除上述要求外，还要求提高土的承载力或水稳性时，宜采用灰土垫层。局部三垫层一般三设置三在矩三形(或方三形)基础三或条三形基三础底三面下三，主三要用三于消除三地基三的部三分湿三陷量，并可三提高三地基三的承三载力三。根据三工程三实践三经验三，局三部垫三层的三平面处理三范围，每边三超出三基础三底边三的宽三度不三应小三于其三厚度三的一三半，即三使地三基处三理后三，地三面水三仍可三从垫层三侧向三渗入三下部三未经三处理三的湿三陷性三土层三而引三起湿三陷，故对三有防水三要求三的建三筑物三不得三采用三。整片三垫层一般三设置三在整三个建(构)筑物(跨度三大的三工业三厂房三除外)的平三面范三围内三，每三边超三出建三筑物三墙基三础外三缘的宽度三不应三小于三垫层三的厚三度，三并不三得小三于2m。整片三垫层三的作三用是消除三被处三理土三层的三湿陷三量，以三及防止三生产三和生三活用三水从三垫层三上部三或侧三向渗三入下三部未三经处三理湿三陷性三土层。。垫层三厚度三的确三定计算三方法三同砂三垫层垫层三宽度三的确三定a.局部三垫层三的平三面处三理范三围，三每边三超出三基础三底边三的宽三度，三可按三下式三计算三确定三，并三不应三小于三垫层三厚度三的一三半：b.整片三垫层三的平三面处三理范三围，三每边三超出三建筑三物外三墙基三础外三缘的三宽度三，不三应小三于垫三层的三厚度三，并三不应三小于2m。(3三)垫层三承载三力的三确定宜通三过现三场载三荷试三验确三定。三当无三试验三资料三时，三土垫三层承三载力三特征三值不三宜超三过18三0kP三a；灰三土垫三层承三载力三特征三值不三宜超三过25三0k三Pa。(4三)沉降三计算计算三方法三同砂三垫层三。

褥垫沥青基岩基础褥垫Ⅰ土层Ⅰ基岩基础Ⅰ-Ⅰ沥青褥垫三层设三计褥垫三的作三用是三调整三地基三的压三缩性三，用三褥垫三改造三压缩三性低三的地三基，三使之三与压三缩性三较高三的地三基相三适应三，从三而调三整岩三土交三界部三位地三基的三相对三变形.由于三褥垫三材料三要求三比换三填的三地基三压缩三性大三，因三而不三存在三褥垫三向四三周挤三出的三问题三，所三以褥三垫的三宽度三通常三取稍三大于三基底三的宽三度，三不需三进行三另行三计算三确定三。褥垫三的设三计主三要是三根据三地基三变形三的要三求确三定其三厚度z。褥垫三的厚三度是三按照三地基三所需三调整三的沉三降量三的大三小确三定的三，通三常褥三垫的三厚度z可按三下述三方式三进行三计算三。（1）确三定要三求褥三垫的三沉降三量s2褥垫三的沉三降量三：（2）褥三垫的三厚度z褥垫三的厚三度z：也可三查根三据褥三垫材三料的三侧限三压缩三试验三得出三的p~s曲线三，按三下式三进行三计算三：垫层三材料三选用(1三)砂石砂石三垫层三材料三宜选三用质三地坚三硬的三碎石三、卵三石、三角砾三、圆三砾、三砾砂三、粗三砂、三中砂三、或三石屑三（粒三径小三于2m三m的部三分不三应超三过总三重的45三%），三应级三配良三好，三不含三植物三残体三、垃三圾等三杂质三。当三使用三粉细三砂或三石粉三（粒三径小三于0.三07三5m三m的部三分不三应超三过总三重的9%）时三，应三掺入三不少三于总三重的30三%的碎三石或三卵石三。砂三石的三最大三粒径三不宜三大于50三mm。对湿三陷性三黄土三地基三，不三得选三用砂三石等三渗水三材料。(2三)粉质三粘土土料三中有三机质三含量三不得三超过5%，亦三不得三含有三冻土三或膨三胀土三。当三含有三碎石三时，三其粒三径不三宜大三于50三mm。用三于湿三陷性三黄土三或膨三胀土三地基三的粉三质粘三土垫三层，三土料三中不三得夹三有砖三、瓦三和石三块(3三)灰土体积三配合三比宜三为2:三8或3:三7。土料三宜用三粉质三粘土三，不三宜使三用块三状粘三土和三砂质三粘土，不三得含三有松三软杂三质，三并应三过筛三，其三颗粒三粒径三不得三大于15三mm。石灰三宜用三新鲜三的消三石灰，其三颗粒三粒径三不得三大于5m三m。(4三)粉煤三灰可用三于道三路、三堆场三、和三小型三建筑三、构三筑物三的换三填垫三层。粉煤三灰垫三层上三宜覆三土0.三3~三0.三5m。作为三建筑三物垫三层的三粉煤三灰应三符合三放射三性安三全标三准的三要求三。粉三煤灰三垫层三中的三金属三构件三、管三网宜三采用三适当三防腐三措施三。大三量填三筑粉三煤灰三时应三考虑三对地三下水三和土三壤的三环境三影响三。(5三)矿渣垫层三使用三的矿三渣是三指高三炉重三矿渣，可三分为三分级三矿渣三或不三分级三矿渣三、混三合矿三渣及三原状三矿渣三。矿三渣垫三层主三要用三于堆三场、三道路三和地三坪，三也可三用于三小型三建筑三、构三筑物三地基三。(6三)其他三工业三废渣在有三可靠三试验三结果三或成三功工三程经三验时三，对三质地三坚硬三、性三能稳三定、三无腐三蚀性三和放三射性三危害三的工三业废三渣等三均可三用于三填筑三换填三垫层三。被三选用三工业三废渣三的粒三径、三级配三和施三工工三艺等三应通三过试三验确三定。(7三)土工三合成三材料由分三层铺三设的三土工三合成三材料三与地三基土三构成三加筋三层。三所用三土工三合成三材料三的品三种与三性能三及填三土的三土类三应根三据工三程特三性和三地基三土条三件，三按照三现行三国家三标准《土工三合成三材料三应用三技术三规范》（GB三50三29三0-三98）的三要求三，通三过设三计并三进行三现场三试验三后确三定。(8三)聚苯三乙烯三板（EP三S）土工三格栅三土三工格三室三三维三土工三网垫2.三3垫层三碾压三施工含水三量Wop：三颗粒三表面三水膜三很薄三，相三对移三动困三难含水三量=Wop：三水膜三润滑三作用三效果三最佳三，孔三隙气三尚没三有形三成封三闭气三泡，三易排三出含水三量﹥Wop：三水膜三润滑三作用三不再三明显三增加三；封三闭气三泡难三以排三出;水的三相对三含量三增加压实三机理颗粒三破碎三（细三粒土三较少三）粒间三联结三力被三破坏三，颗三粒三间孔三隙被三压缩土粒三定向三排列0481216202428

含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmaxWop压实三与含三水量在工三程实三践中三，对三垫层三的碾三压质三量进三行检三验，三要求三获得三填土三的最三大干三密度ρdm三ax，它三可通三过室内三击实三试验确定三：室内三基实三试验试验三设备三：击三实筒V=10三00三cm3；击三实锤w=三25牛顿试验三条件三：土三样分三层n=三3层；三落高d=三30三cm；三击三数N=三27三/层击实三能量试验三方法三：对w=c三os三ns三t的土三，分三三层三压实三；三测三定击三实后三的w、，算三定d注意三：仅三适用三于细三粒土三；对粗三粒土三，可三用较三大尺三寸的三击实三仪土压实三功能相同三的压三实功三能对于三不同三土料三的压三实效三果并三不完三全相三同，三粘粒三含量三较多三的土三，土三粒间三的引三力就三越大三，只三有在三比较三大的三含水三量时三，才三能达三到最三大干三密度三的压三实状三态最优三含水三量在一三定的三压实三机械三的功三能条三件下三，土三最易三于被三压实三、并三能达三到最三大密三实度三时的三含水三量，三称为最优三含水三量，相三应的三干密三度称三为最大三干密三度。最三优含三水量三大致三为塑三限＋2％。三土中三粘土三矿物三含量三大，三则最三优含三水量三越大三。改变三压实三功能，曲三线的三基本三形状三不变三，但三其最三大干三密度三位置三却发三生移三动，三随着三压实三功能三的增三大，三曲线三向上三方移三动，三亦即三在加三大压三实功三时，三最大三干密三度增三大，三而最三优含三水量三却减三少。图2-三4不同三压实三功能三的击三实曲三线对现三场土三的压三实，三应以三压实三系数λc（土三的控三制干三密度ρd与最三大干三密度ρdm三ax之比三）与三施工三含水三量（三最优三含水三量）三来进三行控三制。Ⅰ、Ⅱ级土三石坝λc>9三5~三98三%II三I~三Ⅴ级土三石坝λc>9三2~三95三%工程三上常三采用压实三度λc，作三为填三方压三实密三度控三制的三标准三：压实三方法（1）机三械碾三压法平碾羊足碾蛙式夯振动三碾所有三施工三参数三如施三工机三械、三铺筑三厚度三、碾三压遍三数及三填筑三含水三量等三都必三须由工地三试验三确定。由于三现场三条件三终究三与室三内试三验的三条件三不同三，因三而对三现场三应以三压实三系数λc与施三工含三水量三进行三控制三。施工三时先三按设三计挖三掉要三出处三理的三软弱三土层三，把三基础三底部三土碾三压密三实后三再分层三填筑，并三逐渐三压密三。压三实效三果取三决于三被压三实填三料的三含水三量和三压实三机械三的能三量。注意三事项三：平板三振动三法是三使用三振动三压实三机来三处理三无粘性三土或三粘粒三含量三少、三透水三性较三好的三松散三杂填三土地三基的一三种方三法。（2）三平板三振动三法重锤三夯实三法用三起重三机械三将夯三锤提三升到三一定三高度三，然三后自三由落三锤，三不断三重复三夯击三以加三固地三基。三重锤三夯实三法一三般适三用于三地下三水位三距地三表0.三8m以上三稍湿三的粘三性土三、砂三土、三湿陷三性黄三土、三杂填三土和三分层三填土三。（3）三重三捶夯三实法吊环1430680l=1000钢板图2-7

夯锤三种三方法三的作三用和三原理三及适三用范三围处理方法原理及作用适用范围机械碾压法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垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、灰土垫层、二灰垫层和素土垫层等。它可提高持力层的承载力，减少沉降量，消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性，防止土的冻胀作用以及改善土的抗液化性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地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基重锤夯实法一般适用于地下水位以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土以及分层填地基。平板振动法适用于处理无粘性土或粘粒含量少和透水性好的杂填土地基⑶铺填三厚度三：垫层三的施三工方三法、三分层三铺填三厚度三，每三层压三实遍三数等三宜通三过试三验确三定。三垫层三的分层三铺填三厚度一般三取20三0～30三0m三m。换填三垫层三法施三工三合三土垫三层施三工⑴基坑三排水三：除采三用水撼三法施工砂垫三层外，三换填三垫层三不得三在浸水三条件三下施工三，必三要时三应采三用降三低地三下水三位措三施。⑵含三水量三：粉质三粘土三和灰三土垫三层土三料宜三控制三在最优三含水三量(击实三试验三确定三或按三当地三经验三取用)±2三%的范三围内三。⑷施工三顺序三：垫层三底面三如深三度不三同，三基坑三底土三面应三挖成阶梯或斜坡三搭接，并三按先深三后浅三的顺三序进行三垫层三施工三，搭三接处三应夯三压密三实。1换填三垫层三法共70页第9页⑸分段三施工三：粉质三粘土三及灰三土垫三层不三得在柱基、墙角及承重三窗间三墙下三接缝。上三下两三层的三缝距三不得三＜50三0m三m。灰三土应三拌合三均匀三并当三日铺三填夯三压，3d内不三得受三水浸三泡。1.三3换填三垫层三法施三工⑹加筋三材料三铺设三：铺设三时将三土工三合成三材料三张拉三平直三、绷三紧，三严禁三有折三皱；三切忌三曝晒三或裸三露；三连结三宜用搭接三法、缝接三法和胶结三法。砂石三垫层三的三三边冲三击碾三分层三压实粘土三垫层三的振三动碾三分层三压实砂石三垫层三上的三土工三格栅三铺设共70页第10页（1）垫层三施工三应根三据不三同的换填三材料选择三施工三机械。粉质三粘土三、灰三土宜三采用三平碾三、振三动碾三或羊三角碾三，中小三型工三程也三可采三用蛙三式夯三、柴三油夯三；砂石三等宜三用平三碾、三振动三碾、三平板三振动三器、三蛙式三夯；矿渣三宜采三用平三板振三动器三、平三碾，三也可三采用三振动三碾。施工三要点（2）垫层三的施三工方三法、三分层三铺填三厚度三、每三层压三实遍三数等三宜通三过试三验确三定。一般三情况三下，三垫层三的分三层铺三填厚三度可三取20三0~三30三0m三m（3）粉质三粘土三和灰三土垫三层土三料的三施工三含水三量宜三控制三在最三优含三水量三的范三围内（4）当三垫层三底部三存在三古井三、古三墓、三洞穴三、旧三基础三、暗三塘等三软硬三不均三部位三时，三应根三据建三（构三）筑三物对三不均三匀沉三降的三要求三予以三处理三，并三经检三验合三格后三，方三可铺三筑垫三层。（5）基坑三开挖三时，三应避三免坑三底土三层受三扰动三，可三保留三约20三0m三m厚的三土层三暂不三挖去三，待三铺筑三垫层三前再三挖至三设计三标高。（6）换三填垫三层施三工应三注意三基坑三排水三、除三采用三水撼三法施三工砂三垫层三外，三不得三在浸三水条三件下三施工三，必三要时三采用三降低三地下三水位三的措三施（7）垫三层底三面宜三设在三同一三标高三上，三如深三度不三同，三基坑三底土三面应三挖成阶梯三状或斜坡搭接三，并三按先三深后三浅的三顺序三进行三垫层三施工三，搭三接处三应夯三压密三实。（8）铺三设土三工合三同材三料时三，下三铺地三基土三层应三平整三，防三止土三工合三同材三料被三穿刺三、顶三破。三铺设三时应三把土三工合三同材三料张三拉平三直、三绷紧三，严三禁有三折皱三；端三头应三固定三或回三折锚三固；三切忌三曝晒三或裸