换土垫层法计算及施工要点图片较多
《地基处理》第二章-换土垫层法解析PPT教学课件
重
土或灰土
锤
0.93-0.95
150-200
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注：压实系数小的垫层承载力取低值，反之取高值
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(4)沉降计算
垫层地基沉降分二部分:一是垫层的沉降；二是软弱下卧层的沉降。由于垫层材 料模量远大于下卧层的模量，所以在一般情况下，软弱下卧层沉降量占整个沉降量 的大部分。
经观测及大量工程经验表明，经换填垫层进行局部处理后，往往由于软弱下卧层 的变形，建筑物地基仍将产生过大的沉降及差异沉降，故应按《地基基础规范》中 变形计算方法进行建筑物沉降计算，保证地基处理效果及建筑物安全。
第2章 换土垫层法（换填法）
Cushion
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2.1 垫层分类和适用范围
换填法是指挖去地表浅层软弱土层，回填坚硬、较粗粒径的材料， 并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。
垫层材料
卵石、碎石、砾石、粗砂、中砂 素土 灰土：灰土比 2:8 或 3:7 工业废料：粉煤灰，矿渣
土工合成材料、聚苯乙烯板块
直至满足前式
矩形 基础
pz
b(lpk pc)
(b2ztaθn)(l2zt
aθn)
pk—基底平均压力；
Z=0.5-3m
pc—基础底面处土的自重应力；
θ— 垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时可采用下表
数值：
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(2)砂垫层的宽度
垫层底面宽度应满足基底面应力扩散要求
b' b2ztaθn
适用范围
适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填 土及暗沟、暗塘等浅层处理 。
开挖基坑后，利用分层回填夯压也可处理较深软弱土层，
《换土垫层法》PPT课件
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二、填土的压实机理
1、粘性土的压缩有一个最优含水率问题 2、一般的土都含有些细粒，或者粘粒，粘性土的含量的 多少影响到最优含水量的大小，粘粒越多，最优含水量 越大，反之亦然。 3、最优含水率一般是在实验室内的击实实验得到的。 4、对于土的压实，不同的压实功能，也会影响到最优含 水量的值。如对于同种土，压实功能越大，则需要的最 优含水量要相应降低。 5、现场施工的土料，土块大小不一，含水量和铺填厚度很 难控制均匀，实际压实土的均质性差。对现场土的压实，
应与以施压工实含系水数量来检验土 c的控制干密度与最大干密度之比）
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三、砂垫层设计
对砂垫层的设计，要求又足够的厚度以置换 可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的 宽度以防止砂垫层向两侧挤出。经过换填垫层 法处理后，可将上部荷载传递到下面的下卧层， 以满足建筑物对地基承载力和沉降的要求；当 垫层下面有较软弱土时，也可加速软弱土层的 排水固结和强度的提高。
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即使地基处理后，地面水仍能从垫层侧面深入下部未 处理的湿陷性土层引起湿陷，故对有放水要求的建筑不得 采用。
整片垫层一般设置在整个建筑物的平面范围内，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 不小于2m。整片垫层的作用消除被处理土层的湿陷性， 以及防治表水从上部或侧面深入下部未处理的湿陷性土层。
或3：7配合比）在湿陷性黄土地区适用较为广泛，这是一 种以土治土的处理湿陷性的方法，传统厚度一般为1～3m。
素土或灰土垫层可分为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；当要 求提高地基承载力和水稳定性时宜采用灰土垫层。
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性，并提高承载力。据 工程经验，局部处理的范围，每边超出基础底边的宽度不 应小于其厚度的一半，
(土建施工)换土垫层法
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2－1所示，并符合下式要求：式中p z—垫层底面处的附加应力设计值（kPa）；p cz—垫层底面处土的自重应力标准值（kPa）；f z—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2－1垫层内应力分布砂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θ进行简化计算：条形基础：（2－2）矩形基础：（2－3）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）；θ—垫层的应力扩散角（0）。
各种换填材料的应力扩散角θ值见表（2－1）。
表2－1压力扩散角θ（0）注；当z／b<0.25时，除灰土取θ=30°外，其余材料均取θ=0o；当0.25<÷<0.5时，θ值可内插求得。
《地基处理》第二章换土垫层法
土方开挖与运
确定开挖范围
根据施工方案，确定需要 开挖的区域和深度。
土方开挖
使用挖掘机等设备进行土 方开挖，注意保持边坡稳 定。
土方运输
将开挖出的土方运至指定 地点，注意避免对环境造 成污染。
垫层材料选择与处理
选择垫层材料
根据工程要求和地质条件，选择合适的垫层材料，如砂、碎石、 矿渣等。
注浆法
要点一
总结词
将浆液注入地基土层中，通过浆液的凝固作用改善土体的 物理性质。
要点二
详细描述
注浆法是一种常用的地基处理方法，通过将浆液注入地基 土层中，利用浆液的凝固作用改善土体的物理性质，提高 其承载力和稳定性。该方法适用于各种类型的软土地基处 理，特别是对于含水量较高、压缩性较大的软土效果显著 。注浆法可以根据不同的情况选择不同的浆液材料和注浆 方式，以达到最佳的地基处理效果。
ERA
定义与原理
定义
换土垫层法是一种地基处理方法，通过将基础下一定深度范 围内的软弱土层挖除，然后回填坚硬、密实、性能稳定的材 料，如砂、碎石、石渣等，形成垫层，以提高地基承载力和 减少沉降。
原理
换土垫层法的原理是通过换填材料的承载力和扩散作用，将 基础荷载传递到下层土体中，从而减小基础沉降和提高地基 承载能力。
软土地基，存在大量淤泥和腐殖质
建设规模
建筑面积约5万平方米，包括商业楼、 办公楼和地下停车场
工程要求
确保建筑物安全稳定，提高地基承载 力
换土垫层法应用过程
土方开挖
按照设计要求，逐层开挖至预 定深度。
垫层铺设
将垫层材料分层铺设、压实， 确保垫层密实度符合要求。
公路换土垫层法
第2章换土垫层法2.1换土垫层法的原理与适用范围换土垫层法（Replacement Method）：就是将基础底面下处理范围内的软弱土挖除，然后分层回填强度较大、压缩性较小、材源丰富、价格便宜且无腐蚀性的砂土、碎石、石渣、素土、煤灰、矿渣、二灰（石灰、粉煤灰）以及其它性能稳定的材料，分层夯实至要求的密度为止。
①提高地基承载力②减少沉降变形③加速软弱土层的排水固结；④消除膨胀土地基的胀缩作用；⑤消除湿陷性黄土的湿陷作用；⑥防止季节性冻土的冻胀作用；⑦用于处理暗浜和暗沟的建筑地基。
不同工程中，垫层所起的作用有时是不同的。
如砂垫层可分为换土砂垫层和排水砂垫层：①对路堤和土坝等工程的砂垫层，主要是利用垫层的排水固结作用，提高固结速率，促使地基土地的强度增长；②一般工民建基础下的垫层主要起换土作用，视具体情况，可部分换土、也可全部换土。
当软弱土层较薄时，可全部换土，短期内便可达到设计的效果；当软弱土层很厚时，可对靠近地表附近的进行部分置换，并容许有一定的沉降及变形。
采用换土垫层法的前提条件：挖除的软弱土能搬迁堆放，同时又能获得大量便宜的良质土。
2.2 垫层的设计垫层的设计：既要满足地基的强度和变形要求，又要有足够的宽度，以防止垫层材料侧向挤出而增大垫层的竖向变形量，而且还要经济合理。
垫层的设计主要是确定垫层的厚度、宽度和承载力，必要时进行变形计算。
2.2.1 垫层的厚度垫层厚度z 应根据下卧层的承载力确定，满足：z cz z f p p ≤+式中 Pz ——垫层底面的附加压力设计值，可用弹性理论中应力公式计算，也可按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）中的扩散角法计算：条形基础： θztg b p p b p c z 2)(+-=矩形基础： )2)(2()(θθztg l ztg b p p b p c z ++-=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； p ——基础底面的压力；Pc ——基础底面处土的自重压力； z ——垫层的厚度；θ——压力扩散角，按表3-2采用； Pcz ——垫层底面处土的自重压力；fz ——垫层底面处下卧层的地基承载力 实践表明：垫层的厚度太薄（〈0.5m 〉，则换土垫层的效果不太显著，在湿陷性黄土地区，如垫层太薄（〈1.0m 〉，则较难消除湿陷变形，所以垫层的厚度的确定除应满足计算要求外，还应根据当地的经验综合考虑。
教你如何用垫层法处理地基,还不快收藏!
教你如何用垫层法处理地基，还不快收藏！垫层法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。
垫层法分类1.按垫层材料分类：砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、粉煤灰垫层、加筋土垫层等。
2.按垫层所起作用分类：换土垫层、排水垫层、加筋土垫层。
垫层法适用条件：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、暗塘等的浅层处理，且建筑物荷载不太大的地基。
换填法的处理深度通常宜控制在3m以内较为经济合理，但不应小于0.5m。
垫层的作用在各类工程中，垫层所起的主要作用有时是不同的，如建筑物基础下的垫层主要是起换土作用；而在路堤和土坝等工程，主要是利用垫层起排水固结作用。
1. 换土垫层（1）提高地基承载力地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，并随着基底压力的增大而逐渐向纵深发展。
因此，若以强度较大的砂或其它填筑材料代替软弱土层，就可提高持力层承载力，从而避免地基破坏。
（2）减少地基沉降量基础下地基浅层部分的应力较大，其沉降量一般在地基总沉降中所占的比例也较大，若以密实的砂或密实填筑材料代替浅层软弱土，就可减少地基的大部分沉降量。
另外，由于密实垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧土层上的压力较小，因此也相应减少了下卧土层的沉降量。
（3）加速软弱土层的排水固结由于砂或碎石等垫层材料的透水性大，当软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力得以迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结，从而提高地基土强度。
（4）防止地基土冻胀由于粗颗粒垫层材料的孔隙较大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。
2. 排水垫层排水垫层是指软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设的水平排水层，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要时在垫层底和上表面增设具有反滤性能的土工合成材料，防止砂石垫层被淤堵和拉裂。
换土垫层法
3.3 换土垫层法3.3.1 换土垫层法的原理换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实的一种地基处理方法。
常用的垫层有：砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。
换土垫层法的作用：①提高浅层地基承载力。
因地基中的剪切破坏从基础底面开始，随应力的增大而向纵深发展。
故以抗剪强度较高的砂或其它建筑材料置换基础下较弱的土层，可避免地基的破坏。
②减少沉降量。
一般浅层地基的沉降量占总沉降量比例较大。
加以密实砂或其它填筑材料代替上层软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。
由于砂层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。
③加速软弱土层的排水固结。
砂垫层和矽石垫层等垫层材料透水性强，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱上层的固结和提高其强度，避免地基发生塑性破标。
④防止冻胀。
因为粗颗粒的垫层材料fL隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区中结冰所造成的冻胀。
⑤消除膨胀土的胀缩作用。
3．3．2 垫层的设计要点垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。
其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。
对于垫层，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。
3．3．2 垫层的设计要点垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。
其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。
对于垫层，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。
3．3．2．1 垫层厚度的确定fz—垫层底面处软弱土层承载力特征值 kPa pcz—垫层底面处上的自重应力，kPapz—垫层底面处土的附加应力，kPa。
置换41换土垫层法
4.1.1 概述
一、定义
换土垫层法——又称开挖置换法、换填垫层法、换填法等。 通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（构） 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）。
4.1 换土垫层法
4.1.1 概述
二、原理 （3）防止冻胀
粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可以防 止在寒冷地区土中结冰造成的冻胀。
（4）对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土，处理的目的是为了 消除或部分消除地基土的湿陷性。
4.1 换土垫层法
4.1.1 概述
三、适用范围
1、换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。 2、对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、
施工 方法
碾压 或振
密
换填材料类别
碎石、卵石 砂夹石 土夹石
中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<Ip<14)）
压实系数λc 0.94～0.97
承载力标准值
200～300 200～250 150～200 150～200 130～180
重锤 夯实
灰土 土或灰土
0.93～0.95 0.93～0.95
200～250 150～200
二、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。
4.1 换土垫层法
b
4.1.2 设计
三、垫层厚度的确定
地基处理之换土垫层法(内容丰富)[详细]
![地基处理之换土垫层法(内容丰富)[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/77c8b47508a1284ac85043d4.png)
自重轻 击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
粉煤灰比重比粘性土小得多，一般 松散重度在６－７kN/m3间，经轻 型击实试验后干密度为 0.92~1.35t/m3;比土要轻的多，产 生差别的原因在于粉煤灰主要是以 硅，铝为主的非晶态玻璃球体组成， 结晶矿物含量较少。而粘性土矿物 都由石英、长石和粘土矿物等晶体 组成。
砂（砂石、碎石垫层）
• 砂（砂石、碎石）垫层施工 1、选料：
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25％～30％的碎（卵）石，以保证垫层的密实 度和稳定性。
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，每年排放量与日俱 增。粉煤灰是电厂在煤粉燃烧过程中，当煤通过炉膛高温时 绝大部分矿物杂质在高温下熔化，在被送到低温区时固化成 球状颗粒的玻璃体。
注意
粉煤灰的处理与利用已为我国一个比较突出的经济 和社会效益问题
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响
换土垫层法
本章目录
2 .1 概述 2 .2 压实原理及压实参数 2 .3 砂（砂石、碎石）垫层 2 .4 粉煤灰垫层 2 .5 干渣垫层 2 .6 土（素土）、灰土垫层
换土垫层法
• 定义：
当软弱土地基的承载力和变形满足不了建 筑物的要求，而软弱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、 素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它 性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振） 实至要求的密实度为止，这种地基处理方法称 为换填法。
换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查
换土垫层法的适用情况、施工要点与质量检查
换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱(性质差)的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。
垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。
在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。
目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。
只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为垫层材料。
实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。
垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。
换土垫层法是指把基础或建筑物下一定深度的软弱（性质差）的土层通过挖土置换成性质好的土层或砂石的地基处理方法。
垫层的实质是把基础下软弱的土层挖掉换填上物理力学性质好的材料，以减少建筑物的沉降，提高地基强度。
在我国软弱地基分布较广的东部沿海地区，这种古老而传统的方法在各类工程建设中得到了广泛的应用，并积累了丰富的经验。
目前我国常采用垫层有土垫层、灰土垫层、砂垫层、碎石（卵石）垫层、粉煤灰垫层、高炉渣垫层等。
只要化学成分稳定、易于压实、造价便宜的材料都可以作为
垫层材料。
实践证明，人工换土地基不但适用于大量的民用建筑，还在交通、能源等领域发挥了积极的作用。
垫层材料的选择：垫层材料应该根据工程现场软土种类、地质水文、气象的特点，以就地取材为原则，充分利用废料进行选择。
地基换填垫层法
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。
换土垫层法
灰土垫层
不仅可以使用在湿陷性黄土地基以及中小型工程的建设中，对膨胀土地基的处 理也相对适用
粉煤灰材 比较适合机场、堆场、厂房以及港区陆地等相关工程的大面积填筑工程 料
灰土垫层 适用于工业与民用建筑室内地坪、室外散坡、道路的灰土垫层工程
矿渣工程 最适合对堆场以及地坪等相关的工程大面积地基处理，不能在碱性废水以及酸性等相关的地 基处理中
二、进行换土垫层施工的原因
当建筑物基础下的持力层比较软弱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不能满足上部荷载对地 基的要求时，常采用换土回填法来处理。
三、换土垫层的作用
01 提高地基的承载力 02 减少地基沉降量
03 加速软土的排水固结 04 防止冻土
05 消除膨胀土的胀缩作用 06 使底筋和土壤隔离不受污染
四、垫层的分类
材料
（含水量 分层夯实）
回填
夯实
六、适用范围
换土垫层法适用于处理浅层软弱土地基、湿陷性黄土地基（只能用灰土垫层）、 膨胀土地基、季节性冻土地基。不同换土材料的适用范围不同，具体情况见下表：
砂土材料 水下黄土以及一般饱和或是非饱和软弱土等地基处理中比较适用
土垫层
素土垫层： 一些湿陷性黄土基地、大面积回填以及中小型工程中较为适用
处理方法。
用起重机将夯锤提升 到某一高度，然后自 由落锤，不断重复夯
击以加固地基。
五、施工过程
准备工作：垫层尺寸设计
五、施工过程
将建筑基础下的土层挖 去，注意：换土深度需 控制在一定的范围内。
（0.5—3m）
挖土
稳定性相对较高、且 没有侵蚀性的材料， 比如灰土、碎石以及
矿渣和粉煤灰等
达到建筑设计中所 要求的密实度
换土垫层法
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由水，结合水膜的扩大作用就不大了，因而引力的减少就
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”。
16
击实曲线 d
击实G试s验w
1 w 1e
Gs w
1 Gsw
S
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人工压实不是挤出土中水，而是挤出土中气来达到压实目的的。
在工地上对压实度的检验，一般可用环刀法、灌 砂（或水）法、湿度密度仪法或核子密度仪法等来测定 土的干密度和含水量，具体选用哪种方法，可根据工地 的实际情况决定。
3.3 垫层设计计算
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1. 垫层材料 2. 垫层厚度 3. 垫层宽度 4. 沉降验算
1. 垫层材料
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（1) 砂、碎石或砂石料； （2）灰土； （3）粉煤灰或矿渣； （4）土工合成材料加碎石垫层等。
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土的压实度（或压实系数c），定义为土压实时
要求达到的干密度d与室内击实试验所得到的 最大干密度dmax之比值，可由下式表示：
c =d /dmax
在工程中，填土的质量标准常以压实度来控制。
要求压实度越接近于1，表明对压实质量的要求越高。
根据工程性质及填土的受力状况，所要求的压实度是不 一样的。
3.2 垫层作用机理
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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，如还不能有效地克服引力而使
振 密
土粒相对移动，这时压实效果就比较差。当增大土样含水
机
量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实
理
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
适用范围：适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处
理。 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)
3.1.2 垫层的作用
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(1)提高地基承载力。 (2)减少沉降量。 (3)加速软弱土层的排水固结。 (4)防止冻胀。 (5)消除膨胀土的胀缩作用。 (6)消除湿陷性黄土的湿陷作用 (7)局部换填处理暗浜和暗沟
14 (4)防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管现象， 因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时，砂垫层的底面 应满足当地冻结深度的要求。 (5)消除膨胀土的胀缩作用。在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、 煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用，但垫层厚度应依 据变形计算确定，一般不少于0.3m，且垫层宽度应大于基础宽度， 而基础的两侧宜用与垫层相同的材料回填。
13 (3)加速软弱土层的排水固结。建筑物的不透水基础直接与软弱土层相 接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出， 因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导 致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫 层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以 使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提 高其强度，避免地基土塑性破坏。
θ－垫层材料的压力扩散角，在缺少资料时，可按表3.2 选用。
换土垫层法包括：低洼地域筑高和堆填筑高 优点：就地取材、施工简单、机械设备简单、工期短、造价低。 处理深度：3~5m以内。
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3.1.1 加固机理和适用范围
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加固机理：换填、振密、应力扩散。
种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
换土垫层法计算及施工要点
1
2
基底换填 0.6m
3
灰土垫层施工检验
铺设砂垫层
4
天津港开发区
5
抽检砂垫层
路
基
填 土
平整砂垫层
6
地下室底板下的砂垫层、砼垫层、防水层及砼保护层
7
基础灰土垫层施工阶段
3.1 概述
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定义：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，压缩性能好的岩土材料（砂、 碎石、矿渣、素土、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其 它性能稳定、无侵蚀性等材料（土工格栅），并压 （碾、夯、振）实至要求的密实度，并形成垫层。
（kPa），宜通过试验确定。
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按均匀分布，条形基础和矩形基础下垫层底面处附
加压力pz的简化计算
条形基础：
pz
b( pk pc )
b 2z tan
矩形基础：
pz
bl( pk pc )
(b 2z tan )(l 2z tan )
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－基础底面接触压力（kPa）； pc－基础底面自重应力（kPa）；
破坏的软弱土层；
（3）垫层上、下平面尺寸，要满足应力扩散要求和砂垫层不
发生水平挤出
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b
基础
回填土
p
D
p cz
$ $ $ $$ pcz pz
pz $
b+2z tan
B
垫层设计示意图
z 垫层
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垫层厚度z，可根据下卧土层承载力确定，应符
合地基承载力验算要求
pz pcz faz
式中 pz－垫层底面处的附加压力（kPa） pcz－垫层底面处的自重压力（kPa） faz－垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值
种类：砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
2. 垫层厚度（z）
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换填法设计主要是
回填土
d
垫层厚度z（0.5~3m）和宽度B。
b z
原则：
B= b+2ztg
（1）各种材料垫层设计，近似按砂垫层计算方法进行设计
（2）砂垫层垫层厚度z，要求有足提高地基承载力。浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。 如果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基 的承载力，避免地基破坏。 (2)减少沉降量。一般地基浅层部分沉降量在总沉降量中所占的比例是 比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降 量约占总沉降量50%左右。如以密实砂或其它填筑材料代替上部软弱 土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂垫层或其它垫层对应力的 扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧 层土的沉降量。