换土垫层法
换土垫层法
换土垫层法一、引言换土垫层法是一种常用的土木工程施工技术，它主要用于改善地基土的性质，增加地基的稳定性和承载能力。
本文将从换土垫层法的定义、施工流程、施工工艺、应注意的问题等方面进行全面、详细、深入地探讨。
二、定义换土垫层法是指将原有地基土取出，然后用新的土材料进行填补和加固的一种土木工程施工技术。
它可以修复地基的不平整、缓解地基沉降、加强地基承载能力等。
三、施工流程换土垫层法的施工流程通常包括以下步骤：1. 调查勘测在施工前，需要对地基进行调查和勘测，了解地质地貌情况、地基土的性质和承载能力等信息，以确定施工方案和材料选择。
2. 原土清理将原有地基土进行清理，清除其中的杂质、混凝土碎片等，保证换土垫层与原土之间的紧密结合。
3. 土方开挖根据设计要求，开挖地基土，并将其处理妥善。
同时，需要进行土方测量，确保挖掘的土方符合要求。
4. 新土填充将新的土材料运输至施工现场，按照设计要求进行填充。
在填充过程中，需要控制填充层的厚度和均匀度，以保证换土垫层的质量。
5. 压实与加固填充完成后，对换土垫层进行压实与加固。
常见的加固方式包括振动压实、喷射加固、碾压等，以增加垫层的密实度和稳定性。
6. 验收与监测在施工完成后，需要进行垫层的验收与监测工作。
通过检测和监测，评估垫层的质量和性能，确保其达到设计要求和使用功能。
四、施工工艺换土垫层法的施工工艺与具体工程和要求有关，但通常包括以下几个步骤：1. 材料选择根据地基土的性质和工程要求，选择合适的新土材料。
新土材料应具有一定的稳定性、承载能力和抗沉降能力。
2. 地基处理对地基土进行清理和改良。
清除杂质、混凝土碎块等，同时进行地基加固工作，以提高地基的承载能力。
3. 换土垫层施工按照施工流程进行换土垫层的施工。
控制换土垫层的厚度、填充均匀度和加固程度，确保施工质量。
4. 加固处理施工完成后，对换土垫层进行加固处理，以提高垫层的稳定性和承载能力。
加固方式可以根据具体情况选择，常见的有振动压实、喷射加固和碾压等。
换土垫层法计算及施工要点图片较多
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”。
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击实曲线 d
击实G试s验w
1 w 1e
Gs w
1 Gsw
S
d
1 w
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
地坪地基处理方法
地坪地基处理方法一、换土垫层法这是个超简单又好用的法子呢。
就是把地坪地基里那些不好的土啊，像软土或者有杂质的土，给挖出来扔掉。
然后换上好的土，像砂啊，碎石啊之类的。
这样做的好处可多啦，地基会变得更结实，承载能力变强，就像给房子打了个超棒的基础。
不过这个方法也有缺点哦，就是费力气，得把土挖来挖去的，还得找地方放挖出来的土呢。
二、压实法这个方法就像是给地基做按摩，让它变得紧实。
用压路机或者其他压实工具，一遍一遍地压地基的土。
要是土太干了，还得洒点水，让它湿润些才好压。
压实的时候要注意均匀，不能有的地方压得实，有的地方松松垮垮的。
这方法适合那种土质还不错，就是有点松的地基。
三、强夯法听名字就很霸气吧。
用很重的夯锤，高高地举起来再重重地砸下去。
这一砸啊，能让地基土变得特别密实。
不过在做这个的时候要小心周围的东西，因为这个冲击力可大了，可能会震坏旁边的建筑或者设施。
而且这种方法对场地的要求也有点高，场地要比较开阔才行。
四、排水固结法如果地基土里水太多，就可以用这个方法。
先在地基里设置排水通道，像砂井或者塑料排水板之类的。
然后让地基里的水通过这些通道排出去，随着水的排出，地基土就会慢慢固结，变得更结实。
这就像是把地基里的“小水怪”都赶跑，让地基变得健康强壮。
五、化学加固法这个方法就有点高科技啦。
往地基土里注入一些化学浆液，像水泥浆啊，硅酸钠溶液之类的。
这些化学浆液会和地基土发生反应，让土变得更硬更牢固。
不过这个方法要注意化学浆液的用量和注入的深度，要是没弄好，可能会达不到想要的效果。
换土垫层法施工工艺流程
换土垫层法施工工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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换土垫层法
换土垫层法本章概述1．换土垫层的概念2．换土垫层适用条件3．换土垫层的五个作用4．换土垫层的设计5．换土垫层的施工要点6．换土垫层法的质量检验方法本章重点与难点重点掌握换土垫层的概念、适用条件及其五个作用；对砂垫层厚度、宽度的设计；换土垫层法的质量检验方法。
第二章换土垫层法第一节概述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（Replacement Memod）。
换土垫层法常用作为浅层处理地基的方法．而重锤夯实法、机械碾压法和振动压实法，则是换土垫层法中采用不同的压实机具对换填地基土进行夯（压、碾）实的不同施工方法。
换土垫层法还包括低洼地域筑高（平整场地）或道路筑高（道路路基）。
对回填不同材料形成的垫层，可称之为该材料垫层、如碎垫层、干渣垫层、和粉煤灰垫层等。
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。
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。
大面积填土产生的大范围地面负荷，其影响深度较大，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换土垫层法浅层处理地基的特点不同，因而对大面积填土地基进行设计和施工时，地面堆载要力求均衡，避免大量、迅速、集中堆载，并应根据使用要求、堆载特点、结构类型和地质条件等来确定允许堆载量的大小和范围。
地基处理—换土垫层法(基础工程)
在软土层上回填好土
2.5.1 换填法
软土层较厚时，将基础下面一定范围内的软土挖去, 回填强度高、压缩性低、无侵蚀性的材料作持力层。采用 砂石、灰土、矿渣、素土等材料换土的地基分别称为砂石 地基、灰土地基、粉煤灰地基。
对于解决荷载较大的中小型建筑 物的地基问题比较有效。 处理深度通常控制在3m以内时 较为经济合理。
碾压法 250～350 8～12
60～100kN压路机往复碾压
备注
不宜使用干细砂或含泥 量较大的砂铺筑砂垫层
湿陷性黄土、膨胀土、 细沙地基不得使用
适用于砂石垫层 ①适用大面积砂石垫层 ②不宜用于地下水位以 下的砂垫层
●地基底面标高不同时，边坡应挖成阶梯形（或平缓 斜坡），每层错开0.5~1.0m，按先深后浅的顺序分层铺设， 搭接处充分夯实。
对于承受振动荷载的地基，不应 选择换填垫层法进行处理。
各种换填材料的适用范围
换土种类
适用范围
砂石（砂砾、 碎卵石） 垫层
土 素土垫层 垫 层 灰土垫层
适用于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理； 不宜用于湿陷性黄土地基，也不适宜用于大面积堆载、密 集基础和动力基础的软地基处理；可有条件地用于膨胀土 地基；砂垫层不宜用于有地下水且流速快、流量大的地基 处理；不宜采用粉细砂作垫层。
B′
垫层底宽确定后，按照基坑的坡度向上延伸至基础底面。
②砂石垫层材料要求：
●宜选用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾石、碎石、
石屑等，含泥量不宜超过5%；
●在缺少中粗砂和砾石地区，也可采用细砂，但同时宜掺入最
大粒径不宜大于50mm碎石或卵石，以保证垫层的密实和稳定，其掺 量按设计，不少于总重30%，不大于50%；
《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，
换土垫层法在地基处理中作用简析
换土垫层法在地基处理中作用简析一、换土垫层法的作用换土垫层法是全部或部分将基础下一定程度范围内的软弱土层进行挖除，然后对砂、碎石、灰土、素土、高炉矿渣、粉煤灰等较大强度、稳定性能及无侵蚀性的材料进行分层回填并夯实。
当软弱地基的承载力和变形无法与建筑物要求相满足且软弱土层的厚度又相对较小时，换土垫层法则作为一种经济、简单的软土地基浅层处理方法进行应用。
通常情况下，换土垫层法的处理深度应保持在3～5m范围内。
然而，若存在较薄的换土垫层时，则会有不太明显的作用，所以，控制处理深度，使其控制在0.5m以上即可。
换土垫层法的作用主要包括以下几点：1.浅层地基承载力的提升。
由于地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，随着应力的增大而向纵深方向发展，因此可对较高抗剪强度的砂或其他建筑材料对基础下软弱的土层进行置换，可将地基破坏现象得到避免。
2.沉降量的减少。
通常情况下，在总沉降中浅层地基的沉降量占据较大比重。
结合密实砂或其他填筑材料对上层软弱土层进行替代，可使这部分的沉降量减少。
3.软弱土层排水固结的加速。
砂垫层和历史垫层等垫层材料有较强的透水性存在。
当软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面得到应用，使基础下面的孔隙水压力快速消散，使垫层相爱软弱土层的固结和强度的提升速度加快，进一步将地基的塑性破坏现象得到避免。
4.冻胀的防治。
由于粗颗粒垫层材料存在较大孔隙，不宜有毛细管现象产生，因此应将冻胀现象得到防治。
5.膨胀土胀缩作用的消除。
二、换土垫层法的应用将软弱土层作为建筑物地基进行直接运用时，一般应与以下要求相结合实施设计：当软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用上覆较好的土层，使其作为持力层进行应用。
若软弱土层为建筑淤泥、填充土及性能稳定的工业废料，且有一定的密实性和均匀性存在时，即可进行使用，使其发挥持力层的作用。
当有较多有机质含量的生活垃圾和对基础造成侵蚀性破坏的工业废料等杂填土存在时，未通过处理的前提下，禁止对其进行应用。
《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。
换土垫层法地基处理适用范围及施工技术[优质工程范文]
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同层：分段填筑，上下层相错＞1000
边坡应宽填：需修整：宽填0.2m，
不需修整：宽填0.5m。
注意： a. 分层应接近水平
b. 各种土不得混杂使用
c. 透水性小的土应铺在透水性大的
土之上
第三节 垫层施工
四、压实方法：
机械碾压法 重锤夯实法 振动压实法
第三节 垫层施工
机械碾压法
采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、 推土机或其他压实机械来压实地基土的一 种压实方法，常用于大面积填土的压实、 杂填土地基处理、道路工程及基坑面积较 大的换土垫层的分层压实。
时，承载力可达200-300KPa。但应进行 下卧层强度验算。
第三节 垫层施工
土由固体颗粒、水、空气组成。土中固、 液、气三相组成的比例反映干湿、密实程 度，对评价土的工程性质有重要意义，是 垫层压实参数选择的依据。 一、土的压实机理 要使土的压实效果最好，其含水量一定要 适当。过湿的土进行碾压会出现“橡皮 土”，不能增大土的密实度。对很干的土 进行碾压，也不能把土充分压实。 1.最优含水量：在干密度—含水量曲线上干 密度的峰值即为最大干密度，与之对应的 含水量即为最优含水量。
施工顺序：
重锤夯实宜一夯挨一夯顺 序进行。在独立柱基基坑内， 宜按先外后里的顺序夯击。 同一基坑底面标高不同时， 应按先深后浅的顺序逐层夯 实。
第三节 垫层施工
第三节 垫层施工
二、土的压实参数
1.压实系数λc
c
d d max
ρd——现场土的实际控制干密度； ρdmax——土的最大干密度。
第三节 垫层施工
无资料时：d
max
·
1
pw ·ds
0.01·op
·d s
pw——水的密度（kN/m3） η——经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取
房屋建筑工程：换土垫层法原理、作用及适用范围.doc
房屋建筑工程：换土垫层法原理、作用及适用范围
（1）垫层法其基本原理是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（或砂石）垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、土（灰土、二灰）垫层等。
干渣分为分级干渣、混合干渣和原状干渣。
粉煤灰分为湿排灰和调湿灰。
换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量。
常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。
该法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土层（淤泥质土、松散素填土、杂填土、浜填土以及已完成自重固结的冲填土等）与低洼区域的填筑。
一般处理深度为2～3m.适用于处理浅层非饱和软弱土层、素填土和杂填土等。
（2）强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体。
可提高地基承载力和减小变形。
适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基，应通过现场试验才能确定其适应性。
换土垫层法
换土垫层法
• 定义： 定义：
换填法在古今应用都十分广泛。 换填法在古今应用都十分广泛。 长城的城墙基础的地基用灰土处理。 长城的城墙基础的地基用灰土处理。 换填法根据换填材料和施工工艺可分为： 换填法根据换填材料和施工工艺可分为：
砂垫层 换 填 材 料 碎石垫层 素土垫层 干渣垫层 粉煤灰垫层 施 工 机械碾压法 重锤夯实法 振动压实法
压实原理及压实参数
• 土的压实机理
ρd
粘土 颗粒 阳离子 水分子
粘性土
ω
强结合水 弱结合水 自由水
粘性土在某种压实功能下 粘性土在某种压实功能下 标准压实功能） （标准压实功能）达到最 密时的含水量称为最优含 密时的含水量称为最优含 水量，对应的干密度称为 水量， 最大干密度
引力
d
压实原理及压实参数
砂（砂石、碎石垫层） 砂石、碎石垫层）
• 砂（砂石、碎石）垫层施工 砂石、碎石） 1、选料： 、选料：
砂垫层和砂石垫层的材料，宜采用题起级配良 砂垫层和砂石垫层的材料， 质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石， 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 50mm， 石子的粒径不宜大于50mm，砂、石料中不得含有杂 含泥量不应超过5％。对用作排水固结的砂垫层 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 ，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， 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（ 25％～30％ 掺入25％～30％的碎（卵）石，以保证垫层的密实 度和稳定性。 度和稳定性。
砂（砂石、碎石垫层） 砂石、碎石垫层）
《地基处理》第二章 换土垫层法
B为需处理土层底的宽度
b为条基短边宽度 c为考虑机具影响而增设的附加宽度0.2m θ为基底压力扩散角，宜为22-30o，用素 土时取小值，灰土时取大值
(3)整片垫层的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，且不应小 于垫层厚度，并不小于2m；
2.3.3粉煤灰垫层设计
(1)粉煤灰简介
粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，其排放堆积不仅占用土地资源，对 生态环境也构成了不同程度的危害，但粉煤灰是一种良好的软土换填材料， 可用于加固软土地基。 a.粉煤灰种类 按排放系统分：干排灰、湿排灰、调湿灰 按含钙量分：高钙灰（CaO≥10%） 低钙灰（CaO<10%） b.粉煤灰换填法适用范围 厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积 填筑工程。
压实系数λc
承载力特征值fak/kPa 200-300
砂夹石（碎、卵石占30%-50%）
碾 压 或 振 密
200-250
0.94-0.97 150-200 150-200 130-180 0.93-0.95 200-250
土夹石（碎、卵石占30%-50%） 中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<IP<14） 灰土
振实效果与填土成份、振 动时间等因素有关
注： 1、施工前需试振，得到稳定下沉量与时间的关系（建筑垃圾 振动时间约在1min以上，细粒填土振动时间约在3-5min，有
效振深为1.2-1.5m）
2、振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两侧，后 振中间； 3、振动合格标准为振动机原地振实不再继续下沉，并辅以轻 便触探检验其均匀性与影响深度。
W较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，还不 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。
第2讲-换填法
5.2换填（换土垫层法）砂石垫层一、换填法定义换填法亦称换土垫层法是将基础下一定深度范围内的软弱土层全部或部分挖除，然后分层回填并夯实砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料。
二、换土垫层法分类当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物要求，且软弱土层的厚度又不很大时，换土垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。
不同的回填材料形成不同的垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土或灰土垫层、粉煤灰垫层及煤渣垫层等。
三、换土垫层法适用条件淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟暗塘等不良地基的浅层处理。
换土深度较大时，经常出现开挖过程中因地下水位高而不得不采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；施工土方量大，弃方多等问题，从而使处理费用高、工期延长，因此换土垫层法的处理深度常控制在3-5米范围以内。
当然，若换土垫层太薄，则其作用不甚明显，因此处理深度也不应小于0.5米。
四、换土垫层法的作用换土垫层处理软土地基，其作用主要体现在以下几个方面：①提高浅层地基承载力；②减小地基沉降量；③加速软弱土层的排水固结，即垫层起排水作用；④防止土的冻胀，即粗粒垫层材料起隔水作用；⑤减少或消除土的胀缩性。
换土垫层法在处理一般软弱地基时，其可起的主要作用为前三种，在某些工程中可能几0 / 61 / 6 种作用同时发挥（如既起提高地基承载力、减小沉降量的作用，也起排水作用）。
限于学时，本节仅介绍砂（石）垫层的设计与施工。
五、砂（石）垫层设计砂（石）垫层的设计内容主要包括垫层厚度和宽度两方面，要求有足够的厚度以置换可条形基础矩形基础 式中 k p —相应于荷载效应标准组合时基础底面处的平均压力值；()2tan k cd z p bb z σσθ-=+()(2tan )(2tan )k cd z p bl b z l z σσθθ-=++2 / 6cz σ—基础底面处土的自重应力；b —矩形基础或条形基础底边的宽度；l —矩形基础底边的长度；z —垫层厚度；θ—垫层的压力扩散角可按表选用。
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
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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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，kPa
pz—垫层底面处土的附加应力，kPa。
条形基础
矩形基础
计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式(9．2)验算。
如不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止。
垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(＜0.5m），作用不显著。
3．3．2．2 垫层宽度的确定
垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。
如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。
宽度计算通常可按扩散角法，如条形基础，垫层宽度bˊ应为:
3．3．3 施工要点
(1)垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。
密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。
这些方法都要求控制一定的含水量，分层铺砂厚约200一300mm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。
(2)垫层的砂料必须具有良好的压实性。
砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。
(3)开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。
基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。
当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。