换填垫层

pz＝bl(pk－pc)／[(b＋2z tanθ) (l＋2z tanθ) ] （2· 2—3） 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）；
pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力（kPa）；
pc——基础底面处土的自重压力（kPa）； z——基础底面下垫层的厚度（m）；
取高值；原状矿渣垫层取低值，分级矿渣或混合
矿渣垫层取高值； ② 压实矿渣的E0/Es＝1.5~3.0； ③ 二灰的配比“25:75”是重量比，相当于体积比 3:7。
换填垫层设计时，可参照上述不同材料垫层的力学特征，按照建筑需
要选择垫层材料。此外，各类垫层材料还应符合下列要求：
⑴ 砂石：宜选用碎石、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（不均匀系数
对不同特点的工程，还应考虑换填材料的强度、稳定性、压力扩散 能力、密度、渗透性、耐久性、对环境的影响、价格、来源与消耗等方 面的因素。当换填量较大时，尤其应首先考虑当地材料的性能及使用条 件。此外，还应考虑所能获得的施工机械设备类型、适用条件等综合因 素，从而合理地进行换填垫层设计及选择施工方法。例如，对于承受振 动荷载的地基不应选择砂垫层进行换填处理；略超过放射性标准的矿渣 可用于道路或堆场地基换填，但不能用于房屋类建筑换填垫层处理等。
b
3
2
p
β
p cz pz
1
（b）
z
θ
θ
d
a
b
3
2
d
p
p cz b ′
pz
1
（c）
z
β
θ
θ
二、垫层厚度要求
垫层厚度应根据需要置换软弱土层的深度或下卧土层的承载力确定， 并符合下卧层验算的要求（即式2· 2—1的要求）。对换填垫层，其厚度一 般不宜小于0.5m，也不宜大于3m。
pz ＋ pcz ≤ faz
表2· 2—2
垫层承载力特征值和模量
垫层材料类型 碎石、卵石
承载力特征值 fak （kPa）
200~300
压缩模量 Es （MPa）
30~50
变形模量 E0 （MPa）
砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%）
土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%~50%） 中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾 粉质粘土 石屑 灰土 粉煤灰 矿渣 25:75 二灰地基（石灰和粉煤灰） 20:80 15:85
200~250
150~200 150~200 130~180 120~150 200~250 120~150 200~300
20~40
15~40 20~30 8~20 20~30 40~200 8~20 35~70 55~70 30~37 28~32
200~300
注：① 压实系数小的垫层，承载力特征值取低值，反之
式中 pcz——垫层底面处土的自重压力（kPa）；
（2· 2—1）
faz——垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）；
pz——相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力(kPa)，
可按式2· 2—2或式2· 2—3计算。
条形基础
pz＝b(pk－pc)／(b＋2z tanθ)
矩形基础
（2· 2—2）
b
b
b
3
2
d
p p
3
2
3
2
d
d
p
z
z
β
p cz b ′ pz
β
β
p cz pz
1
p cz b ′
pz
1
（a）
（b） 图2²1－1：垫层类型示意图
（a）回填垫层；（b）填筑垫层；（c）联合垫层 1—垫层；2—回填土；3—基础
（c）
z
θ
θ
1
θ
θ
β
θ
θ
b
3
2
p
β
p cz b ′ pz
β
（a）
z
θ
θ
1
d
中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、 粉质粘土、粉煤灰 石屑、卵石、碎石、矿渣 20 30 6
灰土
z/b 0.25 ≥0.50 28 23
注：① 当z/b＜0.25时，除灰土取θ＝28°外，其余材料均取θ＝0°，必要时，宜由 试验确定； ②当0.25＜z /b ＜0.5时， θ值可内插求得.
2．对于填筑垫层（图2· 2—1(b)）和联合垫层（图2· 2—1(c)），垫层顶
当建筑地基上层软弱土层或者不良土层或者不均匀土层较浅薄，
而下卧层较好时，可采用全部置换处理。开挖基坑后，利用分层回 填压实或夯实，也可用于处理较深厚的软弱土层。但换填基坑开挖 过深，常因地下水位过高，需要采用降水辅助措施；坑壁放坡占地 面积大或边坡需要支护；及因此易引起邻近地面、管网、道路与建
筑等的沉降变形破坏；再则因施工土方工程量大、弃土多等因素，
MR、MS ——分别为最危险滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩和滑 动力矩。
四、垫层材料选择及要求
我们知道换填垫层地基的压力扩散角、地基承载力和地
基变形等都与垫层材料类型有关，因此选择适宜的垫层材料
是垫层设计重要的内容之一。垫层的承载力和模量宜通过试 验或当地经验确定。当无试验资料或经验时，可分别参照表 2· 2—2选用。
土等材料。当工程要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水
性。 在软土地基土上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满足允许的要求。
公路一般路基填料选择应符合下列要求： ⑴ 应优先选用级配较好的砾类土、砂类土等粗粒土作为填料。路床 填料最大粒径应小于100mm；路堤填料最大粒径应小于150mm。 ⑵ 泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、有机质土及易溶盐超过允许含量 的土等，不得直接用于填筑路基。冰冻地区的路床，以及浸水部分的路 堤不应直接采用粉质粘土填筑。 ⑶ 当采用细粒土填筑时，路床、路堤填料最小强度应符合表2· 2— 5的要求。 ⑷ 液限大于50%、塑性指数大于26的细粒土，不得直接作为路堤 填料。 ⑸ 浸水路堤应选用透水性良好的材料填筑。当采用细砂、粉细砂作 填料时，应考虑振动液化的影响。 ⑹ 桥涵台背和挡土墙墙背应优先选用透水性良好的填料。在透水性 材料缺乏的地区，采用细粒土填筑时，宜用石灰、水泥、粉煤灰等无机 结合料进行处治。 ⑺ 膨胀性岩石、易溶性岩石、崩解性岩石和盐化岩石等均不应用于 路堤填筑。 ⑻ 用于高速公路、一级公路路堤的粉煤灰，烧失量宜小于20%， 烧失量超过标准的粉煤灰应作对比试验，分析论证后采用。
θ——垫层的压力扩散角（°），宜通过试验确定，当无试验资料时，可按
表2· 2—1采用。
三、垫层宽度要求
1．对于换填垫层（图2· 2—1(a)），垫层底面宽度应满足基础底面应 力扩散的要求，一般可按下式确定：
b′≥b+2z tanθ
式中 b′——垫层底面宽度（m）；
（2· 2—4）
b——基础底面宽度（m）；
常使处理工程费用增高、工期拖长、对环境的不良影响增大等。因 此，换填垫层法地基处理的深度通常控制在3m以内，最大也不宜超 过5m。
当采用换填垫层法置换软弱土地基的上层时，必须考虑建筑体型、 荷载分布、结构刚度等因素的影响。对于建筑体型复杂、荷载大、整 体刚度差或者对差异变形敏感的建筑，不应采用浅层局部置换的处理 方法。对于深厚软弱土地基（如淤泥或淤泥质土地基），采用换填垫 层法仅置换上层软土后，通常可以提高持力层的承载力，但不能解决 由于深层土质软弱而造成地基变形量过大对上部建筑结构产生的有害 影响，因此也不应采用局部换填垫层法进行处理。但对轻型建筑、地 坪、道路或堆场，采用垫层处理上层部分软弱土时，由于传递到下卧 层顶面的附加应力很小，也可以取得较好的效果。
5%。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合
安全规定后方可使用。作为建筑物垫层的矿渣应符合放射性安全标准要求。 易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。大量填筑矿渣时，应
考虑对地下水和土壤的环境影响。
⑹ 其他工业废渣：在有可靠试验结果或成功工程经验时，对于质地坚 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。
⑷ 粉煤灰：可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。粉
煤灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定
其性能及适用条件。作为建筑物垫层的粉煤灰应符合有关放射性安全标准的 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。 ⑸ 矿渣：垫层使用的矿渣是指高炉重渣，可分为分级矿渣、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。选用矿渣的松散重度不小于11kN/m3 ，有机质及含泥量不超过
2· 换填垫层设计与施工要点 2
一、垫层断面形式
根据垫层底面与自然地面的关系，换填垫层的断面形式主要有下列三种 情况：第一种情况（如图2· 2—1（a）所示），是先将部分或全部软弱土层 或者不良土层或者不均匀土层挖除，然后在所形成的基坑内回填坚硬的或 较粗粒径的材料，并压实形成垫层，称之为换填垫层；第二种情况（如图 2· 2—1（b）所示），不开挖基坑，而是直接在自然地面以上填筑工程性能 良好的材料，并压实形成垫层，通常称这种垫层为填筑垫层；第三种情况 （如图2· 2—1（c）所示），称之为联合垫层（或称半挖半填垫层），这种 垫层的一部分在自然地面以上，而另外一部分在自然地面以下。 在建筑物工程中，常用第一种形式的垫层，在道路、地坪、堆场等工 程中有时也用第二、三种。
面宽度应满足地基稳定性要求，即满足式2· 2—5至式2· 2—7的要求。 ⑴ 当垂直于坡顶边缘线的基础底面边长小于或等于3m时，其基础底面