第二章换填垫层法

2.1概述（1）定义换填垫层法——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——又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法。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）。第二章换填垫层法

2.1概述褥垫法——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。第二章换填垫层法

（2）作用①垫层法：a.提高地基承载力

b.减少沉降量c.加速软弱土层的排水固结d.防止冻胀e.消除地基的湿陷性和胀缩性

2.1概述

第二章换填垫层法

（3）适用范围

《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)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。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法(1)砂（砂石、碎石、粉煤灰、矿渣）垫层设计

换土垫层设计的一般要求：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。

垫层设计的主要内容：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

2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法zd回填土砂垫层b2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法条形基础：

矩形基础：

换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法

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。可按下式进行计算或根据当地经验确定。

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。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法③垫层承载力的确定

由于理论计算方法尚不够完善，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。④沉降计算

对于垫层下存在软弱下卧层的建（构）筑物，在进行地基变形计算时应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响。对超出原地面标高的垫层或换填材料的重度高于天然土层重度时，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建（构）筑物及邻近建（构）筑物的影响。垫层地基的变形等于垫层自身的变形量与下卧土层的变形量之和，可按下式进行计算：2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法

垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）的有关规定计算。下卧层顶面承受换填材料本身的压力超过原天然土层压力较多的工程，地基下卧层将产生较大的变形。如工程条件许可，宜尽早换填，以使由此引起的大部分地基变形在上部结构施工之前完成。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法(2)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。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法

局部垫层一般设置在矩形(或方形)基础或条形基础底面下，主要用于消除地基的部分湿陷量，并可提高地基的承载力。根据工程实践经验，局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度不应小于其厚度的一半，即使地基处理后，地面水仍可从垫层侧向渗入下部未经处理的湿陷性土层而引起湿陷，故对有防水要求的建筑物不得采用。

整片垫层一般设置在整个建(构)筑物(跨度大的工业厂房除外)的平面范围内，每边超出建筑物墙基础外缘的宽度不应小于垫层的厚度，并不得小于2m。整片垫层的作用是消除被处理土层的湿陷量，以及防止生产和生活用水从垫层上部或侧向渗入下部未经处理湿陷性土层。

①垫层厚度的确定

计算方法同砂垫层。2.2换填垫层设计

第二章换填垫层法

②垫层宽度的确定

a.局部垫层的平面处理范围，每边超出基础底边的宽度，可按下式计算确定，并不应小于垫层厚度的一半：

b.

整片垫层的平面处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，不应小于垫层的厚度，并不应小于2m。

③垫层承载力的确定

垫层的承载力特征值，宜通过现场载荷试验确定。当无试验资料时，土垫层承载力特征值不宜超过180kPa；灰土垫层承载力特征值不宜超过250kPa。

④沉降计算计算方法同砂垫层。2.2换填垫层设计第二章换填垫层法

褥垫沥青基岩基础褥垫Ⅰ土层Ⅰ基岩基础Ⅰ-Ⅰ沥青(3)褥垫层设计2.2换填垫层设计第二章换填垫层法

由于褥垫材料要求比换填的地基压缩性大，因而不存在褥垫向四周挤出的问题，所以褥垫的宽度通常取稍大于基底的宽度（图2-2），不需进行另行计算确定。显然，褥垫的设计主要是根据地基变形的要求确定其厚度z

。褥垫的厚度是按照地基所需调整的沉降量的大小确定的，通常褥垫的厚度z可按下述方式进行计算。

（1）确定要求褥垫的沉降量褥垫的沉降量：

（2）褥垫的厚度z

褥垫的厚度z：

也可查根据褥垫材料的侧限压缩试验得出的p~s曲线，按下式进行计算：2.2换填垫层设计第二章换填垫层法垫层材料选用

1.砂石

砂石垫层材料宜选用质地坚硬的碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂、或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%）时，应掺入不少于总重的30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等渗水材料。

2.粉质粘土土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。2.2换填垫层设计第二章换填垫层法

3.灰土体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粘土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。4.粉煤灰可用于道路、堆场、和小型建筑、构筑物的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合放射性安全标准的要求。粉煤灰垫层中的金属构件、管网宜采用适当防腐措施。大量填筑粉煤灰时应考虑对地下水和土壤的环境影响。

5.矿渣垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣或不分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。2.2换填垫层设计第二章换填垫层法

6.其他工业废渣在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。7.土工合成材料由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋层。所用土工合成材料的品种与性能及填土的土类应根据工程特性和地基土条件，按照现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）的要求，通过设计并进行现场试验后确定。8.聚苯乙烯板快（EPS）聚苯乙烯板快（EPS）亦称泡沫苯乙烯。它是以石油为原料，经加工提炼出苯和乙烯合成，又经脱氧处理后得到苯乙烯，再经聚合反应生成聚苯乙烯，然后添加发泡剂而形成。根据发泡剂添加方式的不同，可生产不同类型的材料。西方国家称ExpandPolystyreneSheet，简称EPS。2.2换填垫层设计第二章换填垫层法

6.其他工业废渣在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。7.土工合成材料由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋层。所用土工合成材料的品种与性能及填土的土类应根据工程特性和地基土条件，按照现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》（GB50290-98）的要求，通过设计并进行现场试验后确定。8.聚苯乙烯板快（EPS）聚苯乙烯板快（EPS）亦称泡沫苯乙烯。它是以石油为原料，经加工提炼出苯和乙烯合成，又经脱氧处理后得到苯乙烯，再经聚合反应生成聚苯乙烯，然后添加发泡剂而形成。根据发泡剂添加方式的不同，可生产不同类型的材料。西方国家称ExpandPolystyreneSheet，简称EPS。2.3垫层碾压施工

第二章换填垫层法

(1)压实机理

当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，如不能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。当增大土样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动而挤密，所以压实效果较好。但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自由水，结合水膜的扩大作用就不大了，因而引力的减少不显著，此时自由水填充在孔隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择一个“最优含水量”，这就是土的压实机理。2.3垫层饶碾压糠施工第二肾章弊换举填垫恢层法2.3垫层脖碾压段施工第二撞章柏换委填垫伯层法2.3垫层喂碾压疤施工第二由章抓换追填垫绸层法2.3垫层歪碾压础施工第二誉章序换懒填垫百层法N=1梁8N=2助5N=2是9干密彼度ρd(g拦/c奥m3)含水毯量w（%践）1.碍41.甘61.蔑71.辩81.携501015N=3春620图2房诚-4乏不同史压实抗功能粮的击唇实曲临线2.3垫层咐碾压涉施工第二谎章灿换做填垫村层法(2边)幼压逮实方厚法①奏机械另碾压挑法2.3垫层绿碾压笼施工第二脚章叉换需填垫神层法2.3垫层卷碾压亿施工第二狸章塞换损填垫坟层法2.3垫层巡寿碾压唉施工第二部章海换枯填垫辉层法②嫂平法板振吧动法2.3垫层薄碾压贴施工第二怨章岭换妨填垫遗层法③重捶英夯实蹦法吊环1430680l=1000钢板图2-7夯锤2.3垫层饰碾压怜施工第二应章脆换抱填垫稿层法(1寇)施工带要点①垫层仙施工园应根驶据不迷同的骗换填损材料洲选择列施工复机械交。粉质撤粘土牢、灰肠土宜施采用橡平碾辣、振蒸动碾驳或羊城角碾牵，中浆小型源工程副也可击采用充蛙式理夯、炉柴油临夯；赌砂石桂等宜所用平盈碾、挎振动跳碾、音平板午振动康器、犹蛙式显夯；棚矿渣漏宜采饼用平岩板振篇动器溜、平间碾，希也可秘采用宪振动里碾。②垫层友的施养工方束法、活分层脏铺填来厚度捏、每渣层压寄实遍凯数等声宜通附过试课验确膛定。除接祖触下搞卧软蛇土层饶的垫更层底纽奉部应数根据慕施工其机械盆设备芹及下递卧层昨土质窜条件牵确定铜外，岸一般虾情况棉下，岛垫层责的分探层铺绿填厚警度可载取2耻00雕~3插00比mm悄。为荡保证谣分层掘压实仗质量圾，应记控制茶机械着碾压摘速度凳。③粉质匙粘土颗和灰文土垫印层土白料的瓶施工班含水那量宜伯控制腥在最神优含王水量茅的范失围内厅，粉胁煤灰绒垫层舟的施畅工含堵水量猴宜控降制在肝最优染含水防量的药范围刺内，迷最优腔含水忍量可杜通过间击实范试验切确定际，也塔可按盾当地土经验归取用地。2.3垫层阀碾压尖施工第二花章竭换绩填垫虫层法④座当照垫层蜓底部勉存在古井针、古营墓、乳洞穴忍、旧息基础萌、暗蛇塘等织软硬采不均较部位框时，应押根据钢建（世构）泰筑物起对不赌均匀趴沉降尿的要妇求予辞以处办理，免并经握检验售合格貌后，乱方可弃铺筑坟垫层京。⑤盖基助坑开咽挖时判，应避免藏坑底慢土层吼受扰戒动，可保物留约收20妄0m随m厚绸的土率层暂脑不挖淡去，盖待铺往筑垫标层前应再挖泻至设帜计标鹅高。京严禁落扰动京垫层总下的洞软弱任土层济，防佳止其考被践般踏、阔受冻幅或受识水浸月泡。在碎芳石或左卵石渐垫层泉底部荐宜设劲置1银50围~3姥00抓mm卫厚的暴砂垫腔层或苗铺一渴层土钞工织奔物，疮以防绣止软无弱土赚层表导面的使局部采破坏拿，同菌时必声须防龟止基付坑边印坡坍县土混换入垫呈层。⑥织换填串垫层偏施工应应注饺意基努坑排馋水、坦除采管用水蓄撼法熊施工绸砂垫迷层外殿，不穴得在廊浸水纠条件偏下施妨工，渠必要零时采骂用降我低地吗下水倡位的篮措施芹。2.3垫层戒碾压删施工第二功章愈换滑填垫设层法⑦垫层校底面挪宜设赠在同目一标疮高上扁，如擦深度猪不同展，基执坑底可土面欣应挖吼成阶音梯状民或斜休坡搭待接，童并按饿先深豆后浅按的顺飘序进摊行垫哑层施耗工，坟搭接姥处应列夯压砍密实戏。粉质衔粘土箭及灰议土垫雁层分茄段施嘉工时织，不牺得在姑柱基陶、墙催角及愤承重耕窗间庄墙下哪接缝旷。上下遍两层估的缝辱距不兄得小职于5艳00色mm往。接逢缝处足应夯纪压密陵实。再灰土御应拌锄合均寺匀并杜应当祖日铺帽填夯恼压。见灰土犯夯压笋密实馆后3栋d内货不得浴受水货浸泡妈。粉另煤灰魂垫层朋铺填略后宜偶当天黄压实包，每亦层验初收后幅及时昆铺填听上层菠或封允层。削防止赠干燥忌后松讨散起蔬尘污牲染，栽同时闻应禁舟止车霜辆碾丽压通卸行。垫层啄竣工衬验收选合格齐后，池应及呜时进射行基邻础施帐工与下基坑富回填馋。⑧铺设旬土工活合同汉材料押时，汗下铺降地基追土层润应平削整，拘防止筐土工恼合同乞材料挤被穿姥刺、僵顶破斥。铺设津时应笼把土恰工合默同材暮料张您拉平驶直、姿绷紧蜻，严汤禁有锤折皱限；端捷头应吨固定眠或回旷折锚制固；提切忌喷曝晒砖或裸字露；鸽连结旁宜用授搭接宝法、石缝接园法和浑胶结肯法，国并均把应保举证主拦要受滥力方惜向的据连结染强度羡不低隙于材索料的降抗拉畏强度联。2.3垫层榆碾压立施工第二慕章务换逃填垫注层法⑨按褥泳垫所表需的挖厚度从开挖肚褥垫阵槽时通，其底工面宜科凿成言斜面竭，以范协调絮地基骨的变葵形。圆为便搁于褥吧垫调神整基竟础的杰沉降战，基摸槽要济稍大毯于基陵础宽循度，挣并在盈基础施周围尾与岩冰石之螺间涂迁上沥撞青。回填弄可压柱缩性仗的褥含垫材勒料时悠，应传分层梅夯实界。利用颠矿渣徐(颗链粒级伏配相倡当于博角砾侵时)男作褥驱垫调品整沉软降幅含度较责大，旗而且而不受摩水的希影响笛，性门质比是较稳贿定，阅所以蝴效果监最好岂；对明于松受散材漏料（吨如炉宜渣、挥粗砂染、中永砂等尸）不纠仅要旁防止键水泥络、石洲灰等锻胶结器材料暂混入衔，而巾且要厅防止柔浇混仗凝土五基础俯的水拌泥浆承渗入姑，以岗避免舱褥垫滋固结择而失袜去作运用。利用陪粘性扩土作互褥垫贸，调泻整沉肉降虽辟然灵屋活性只较大木，但们应采邀取防呼止水寻分渗虽入的朱措施安，以继免影条响褥搂垫的寺质量国。褥垫还的施沸工质拐量可遵用夯烧填度听控使制。夯填属度是眯指褥春垫夯须实后驳的厚休度与扒虚铺前厚度婚的比暮值，骑应根胳据试托验或纯当地妨经验盒确定删。当无剩试验桂资料假时，秤可按犯下列感指标泽控制雁施工山质量肆：对完中砂炉和粗末砂，矛可取枯值戏为0肺.8岂8，盒即虚疑铺2多50星mm嫁夯至赔22优0m伙m；允对于馅土夹离石，惨可取念值裳为0垂.7庙0，筹即虚赛铺2烤50嫂mm柱夯至裤17华5m妻m；娱对于妨炉渣织，可阶取勒值为核0.拴66这，即朵虚铺揪25且0m蹄m夯滑至1构65陷mm榴。2.4