换填垫层法

故取 b’=3.0m
Henan Polytechnic University
2.2.2 素土和灰土垫层的设计
素土垫层：又叫土垫层 灰土垫层：石灰与土的比例2:8或者3:7 在湿陷性黄土地区使用比较广泛，处理深度为1-3m. 垫层厚度的确定方法同砂垫层，垫层宽度以下方法确定。 1）局部垫层的平面处理范围，没边超出基础底边的宽度由
Henan Polytechnic University
2.2.4 垫层材料的选用
砂石,粉质粘土,灰土,粉煤灰,矿渣,其他 工业废渣,土工合成材料,聚苯乙烯(EPS)
聚苯乙烯(EPS)： 在软弱地基的填土工程中，有时采用垫层材料的密度大， 难以满足设计要求。这时采用EPS，可有效减少作用在地基 上的荷载，借以取得设计和施工上的良好效果。 可用于公路及铁路路堤，桥头，挡土墙，机场建设等等
矿渣垫层
Henan Polytechnic University
2.2 换填垫层的设计
2.2.1 砂垫层设计 2.2.2 素土和灰土层垫层设计
2.2.3 褥垫层设计
2.2.4 垫层材料的选用
要求有足够的厚度以臵换可能被剪切破坏的软弱土 Henan Polytechnic University 层，又要求有足够大宽度以防止砂垫层向两侧挤出。
c)基底附加压力
Fk Gk 180 1.0 1.0 0.8 20 p0 0d 17.5 0.8 182(kPa) A 1 . 0 1 .0
2）确定垫层底面淤泥的承载力特征值
有效重度
假设垫层厚Z=1.6m,软弱下卧层顶面以上土的平均重度为：
0.8 17.5 0.2 18 1.4 10 m 13.17(kN / m 3 ) 2 .4
Henan Polytechnic University
褥垫层构造图
褥垫的作用：调整地基的压缩性，改造压缩性低 的地基，从而调整岩土交接部为地基的相对变形， 避免该处发生应力集中。 褥垫的宽度去稍大于基底的宽度，不需另行计算。 主要是根据地基的变形要求计算其厚度。
Henan Polytechnic University
p
基础位于地面上时
p0 p
p0 p m d
建筑物修建前，土中存在自重应力。自重作用下的变形 已稳定。只有地基附加压力才能引起附加应力和变形。
p
Henan Polytechnic University
3）计算垫层的底面处的自重应力和附加应力
pcz 0.8 17.5 0.2 18 1.4 （20 10）kPa 31.6kPa
bp0 1182 pz 63.92(kPa) o b 2 z tg 1 2 1.6 tg30
4）验算垫层厚度
p z pcz （31.6 63.92） 95.52kPa f az 100.02(kPa)
5）确定垫层厚度
b' b 2 ztg (1 2 1.6 tan 30o )m 2.85(m)
Henan Polytechnic University
2.1 概 述



地基处理从处理深度上可分为浅层处理和深层处 理，浅层处理一般认为处理深度大致在地面以下 5m深度以内。 浅层处理与深层处理相比，一般使用比较简便的 工艺技术和施工设备，耗费较少量的材料。 换填法就是量大面广，简单、快速和经济的浅层 处理方法。
Henan Polytechnic University
换填垫层设计的总结




Henan Polytechnic University
垫层法
当软弱土地基的承载力和变形无法满足工程要求， 且软弱土层的厚度不大时，将软弱土层部分或全 部挖去，然后分层换填强度较大的砂石、素土等 性能稳定、无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实 至要求密实度的地基处理，又称为换土填层法。 垫层法的作用：
满足基底应力扩散要求，垫层顶面每边宜超出基础 300mm, 按经验从垫层底面两侧向上放坡。
Henan Polytechnic University
3) 垫层承载力的确定 4) 沉降计算
对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑， 还应进行地基变形计算。 建筑物基础沉降等于垫层自身的变形量S1与下卧土 层的变形量S2之和。 P :基地平均有效压力（kPa) ( p p ) z Fk :基础顶面的竖向承载力值（kN） s1 A : 基底面积（m2) 2 Es d ：基础埋深（m） Fk G：回填土与基础的混合重度 p Gd ：基底压力扩散系数
1）提高地基承载力：浅基础地基承载力与基础下 土层的抗剪强度有关。换填法以抗剪强度较高的 砂或其他填筑材料代替较软弱的土。
Henan Polytechnic University
2）减少沉降量：一般地基浅层部分的沉降量在总 沉降量中所占的比例较大的。条形基础在相当 于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降 量的50%左右。采用换填法可减少这部分的沉 降量。此外垫层对应力的扩散作用，也会减小 下卧土层的沉降量。 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，不利于地基中水 的排出。换填用的垫层透水性强，能加速基础 下面的孔隙水压力消散。
B b 2 z tan c
2）整片垫层的处理范围，每边超出建筑物外墙基础边缘的宽 度不应小于垫层的厚度，并不应小于2m.
Henan Polytechnic University
2.2.3 褥垫法设计 褥垫法是将基础地面下一定程度的范围内局部 压缩性较低的岩石凿去，换填压缩性较大的材料， 然后分成夯实的垫层作为基础的持力层，是基础整 个持力层的变形相互协调的地基处理的方法。 主要用来处理有局部岩层出露而大部分为土层 的地基，一般用于条形基础的处理效果较好。
Henan Polytechnic University
换填垫层法的概念
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），全部挖出， 换填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。 换填垫层法按其换填材料的的功能不同又分为垫 层法和褥垫法。 垫层法：以软换硬形成的垫层作为持力层，主要是 提高承载力和减少其变形量。 褥垫法：以硬换软形成垫层作为基础持力层，主要 调整地基的压缩性，减少其不均匀变形。
Henan Polytechnic University
pk
pcz
pz
图2-1 砂垫层内应力分布
Henan Polytechnic University
2.垫层宽度的确定
垫层宽度应满足基础底面应力扩散和防止向两侧挤出的要求。
b b 2 ztg
'
b
:垫层底面宽度(m)；

:垫层的压力扩散角，可按表2.1-1采用
褥垫层厚度的计算 1）确定褥垫的沉降量 s 2
s 2 :地基土的沉降量 s :建筑物沉降差的允许值
2）褥垫的厚度 Z 的计算
s 2 s1 s
z
s2 E s
Es :褥垫材料的压缩模量
z
s1h
s :褥垫顶，底面的附加应力值
z

:褥垫材料试样的高度 h :p-s曲线上褥垫所受压力的变形值
Henan Polytechnic University
垫层的分类及适用范围
垫层分类 适用范围 多用于中小型建筑工程的浜、塘、沟等的局部 砂(砂石、碎石)垫层 处理，适用于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄 土地基处理 适用于中小型工程及大面积回填、湿陷性黄土 素土垫层 地基的处理 适用于中小型工程，尤其适用于湿陷性黄土地 灰土垫层 基的处理 粉煤灰垫层 适用于厂房、机场、港区陆域和堆场等大、中、 小型工程的大面积填筑。 适用于中小型建筑工程，尤其适用于地坪、堆场 等工程大面积的地基处理和场地平整。但对于受酸 性或碱性废水影响的地基不得采用矿渣垫层。
计算步骤： 1）计算基础宽度和基底附加压力 2）确定垫层底面淤泥的承载力 3）计算垫层底面处的自重应力和附加压力 4）验算垫层厚度 5）确定垫层宽度
Henan Polytechnic University
基础宽度b
γ=17.5kN
1.2m
1.0m
杂填土
θ
地下水位
垫层宽度b' 淤泥
1.2m
条形基础是基础的长度大于或 等于10倍基础宽度的一种基础形 承载力特征值fak =75kPa 式，按上部结构分为墙下条形基 重度：20kN/m3 础和柱下条形基础.
Gk基础自重及基础上土重
Fk Gk Fk Gk fa pk A bl
Fk 180 b m 0.869( m) fa Gd 223.1 20 0.8
故取 b=1.0(m)
Henan Polytechnic University 指建筑物荷载引起的超出原 有基底压力的压力增量.
Henan Polytechnic University
4）防止冻胀：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。 5）消除地基的湿陷性和胀缩性：对与湿陷性黄土地 基，采用灰土或素土臵换可消除或减轻地基的 湿陷变形。同理非膨胀性材料臵换膨胀土，可 消除或减轻地基的胀缩性。 垫层法适用于适用于浅层地基处理，包括淤 泥、杂填土、等地基处理以及暗塘、暗沟等浅 层处理和低洼区域的填筑。还适用于一些地域 性特殊土的处理：用于消除膨胀土地基的胀缩 作用，可消除湿陷性黄土的湿陷性。
Henan Polytechnic University
地基处理技术
Technical of Soil Improvement
换填垫层技术
placement cushion method
河南理工大学土木工程学院
Henan Polytechnic University
第2章 换填垫层法
2.1 概述（垫层法 ，褥垫法） 2.2 换填垫层设计 2.3 垫层碾压施工 2.4 质量检验 2.5 换填垫层法处理地基工程实例
2.2.1 砂垫层厚度的设计
1.垫层厚度确定
pz pcz f az
p cz f az
pz
：垫层底面处的附加应力设计值（kPa）; ：垫层底面处土的自重压力值（kPa）； ：经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）
垫层底面处的附加压力值 pz 可按压力扩散角进行简化计算
b( pk pc ) pz 条形基础： b 2 z tg b l ( pk pc ) 矩形基础： p z (b 2 z tg )(l 2 z tg )
f a f ak b (b 3) d m (d 0.5)
因为
f a f ak d m (d 0.5)
f a 200kPa 4.4 17.5 (0.8 0.5)kPa 223.1(kPa)
ห้องสมุดไป่ตู้b)基础宽度的确定
垫层底面处经深度修正后的承载力特征值
f az f ak d m (d 0.5)
100.2(kPa) f az 75 1.0 13.17 （2.4 0.5）
Henan Polytechnic University
基底附加应力p0计算
F
F
d 基础位于地面下时
A
Henan Polytechnic University
例子2-1 某4层混合结构，承重墙240mm厚的砖墙，传至基础 顶部的竖向力Fk=180kN,地基的表层为1.2m厚的杂填土，重度 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。
含水量w=50%
垫层厚度Z
d=0.8m
Henan Polytechnic University
建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）
Henan Polytechnic University
1）计算基础宽度和基底压力
a)垫层的修正承载力特征值
Henan Polytechnic University