地基处理换土垫层法

3.1 换填法及其作用
换填法的作用： 1、提高地基承载力——上层砂土抗剪强度提高 2、减少沉降量——上层砂土沉降量小，并对荷载有扩散作用 3、加速软弱土层的排水固结——上层砂土透水性大，加速软弱土
层的排水固结，提高其承载力 4、防止冻胀——砂土孔隙大，不易产生毛细管现象。同时砂垫层
底部应满足冻深要求。 5、消除膨胀土胀缩作用 6、消除湿陷性黄土的湿陷作用
垫层承载力亦可通过取土分析、标贯试验、动力触探多种测试手段 取得的资料综合分析后确定。当无资料时，可采用P28的表确定。
4、垫层的沉降计算
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。
提供砂垫层重度按提供重度计 算；不提供重度按原土计算
pcz pCD 填 z
p F G F db
b
b
2、垫层宽度的确定
垫层的底面宽度应以满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出为原 则进行设计。关于宽度计算，目前还缺乏可靠的方法。一般可按下式计算或
根据当地经验确定。
底面宽度： b' b 2 ztg
b ——垫层底面宽度(m)；
——垫层的压力扩散角（°）可按表4.2.1-1采用；当z/b<0.25时，
pcz r1h1 r2h2 17.51 (17.8 10) 2 33.1kPa
(6) 垫层底面的附加应力(z/b=2/1=2>0.5) 所以θ取30。
p0
pk
pc
Fk
Gk b
r1d
120 2011 17.51 122.5kPa 1
pz
bp0
b 2z tan
1122.5
1 2 2 tan 30o
122.5 3.31
37kPa
(7) 下卧层修正后地基承载力的特征值
m
117.5
2(17.8 10) 3
11.03kN/m3
faz fak b m (D 0.5) 50 111.03 (3 0.5) 77.6kPa
3.1 换填法及其作用
具体工程中换填法的作用： 工业与民用建筑物基础下的砂垫层——主要起换填作用。 路堤和土坝等工程的砂垫层——主要起排水固结作用。
3.2 垫层的分类及适用范围
砂垫层
按
砂石垫层
回
填
碎石垫层
材
料
的
素土垫层
不
同 分
灰土垫层
类
粉煤灰垫层
矿渣垫层
3.2 垫层的分类及适用范围
适用范围——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。
一个”最优含水量”，这就是土的压实机理。
3.4 垫层设计
3.4.1 砂和砂石垫层设计 0、持力层： p f
(3-1)
由此即可确定加固区和下卧层顶面处经修正的地基承载力特征值，kPa；
faz fak dr(d 0.5)
3.4.1 砂和砂石垫层设计 1、垫层厚度的确定
垫层厚度应根据垫层底部下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：
地基处理——3换填法 （Replacement Methods）
3.1 换填法及其作用 3.2 垫层的分类及适用范围 3.3 土的压实机理 3.4 垫层设计
3.1 换填法及其作用
换填法的定义 —— 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的砂（碎石、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，并压（夯、振）实 至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换填法。
例：某4层砖混结构的住宅建筑，承重墙下为条形基础，上 部建筑物作用于基础的荷载为120kN/m，基础的平均重度 为20kN/m3。地基土表层为粉质黏土，厚度为1m，重度为 17.5kN/m3；第二层为淤泥，厚15m，重度为17.8kN/m3， 地基承载力特征值为50kPa，承载力修正系数ηd＝1；第三 层为密实的砂砾石。地下水距离地表1m。因为地基土软弱， 不能承受建筑物的荷载，试设计砂垫层。
pz pcz f az
pz ——垫层底面处的附加应力设计值（kPa）; pcz ——垫层底面处土的自重压力值（Hale Waihona Puke BaiduPa）；
f az——经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）。
1、垫层厚度的确定
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：
条形基础：
pz
b( p pc )
b 2z tg
矩形基础：pz
b l( p pc )
(b 2z tg)(l 2z tg)
1、垫层厚度的确定
的取值
(3-1)
粉质粘土、粉煤灰
垫层厚度计算示意图
回填土
pCD
d
b
pCZ
填z
B= b+2ztg
z
以条基为例
要求：pZ + pCZ fz+d
pz
( p pCD )b
b 2ztg
仍按=0.25取值。
顶面宽度：垫层顶面每边宜比基础底面大0.3m，或从垫层底面两侧向上按
当地开挖基坑经验的要求放坡，整片垫层的宽度可根据施工的 要求适当加宽。
3、垫层承载力的确定 垫层的承载力——取决于填筑材料的性质、施工机具能量大小及施工 质量的优劣。 垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算下卧层的承载力。
换填法的处理范围——换填深度一般控制在3m以内，但同时不小于 0.5m。（垫层太薄，换填效果不显著）
换填法的设计方法——各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算 方法进行计算。
3.3 土的压实机理
• 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。 • 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，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
5、计算实例
(1) 砂垫层材料采用粗砂，要求压实系数为λc＝0.97，则地基承载力的
特征值为fak＝200kpa。
(2) 基础埋深定为d＝1m
(3) 计算墙基的宽度
b Fk 120 0.67m,取b=1m fak rGd 200 201
(4) 设计砂垫层厚度为z＝2m
基础宽度较小
(5) 垫层底面土的自重应力