地基换填垫层方法

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。 2·2—
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） 200~300 200~250 150~200 150~200 130~180 120~150 200~250 120~150 200~300 25:75 55~70 200~300 30~37 28~32 20:80 15:85 8~20 35~70 压缩模量 Es （MPa） 30~50 20~40 15~40 20~30 8~20 20~30 40~200 变形模量 E0 （MPa）
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
必要时， 注：① 当z/b＜0.25时，除灰土取 ＝28°外，其余材料均取θ＝0°，必要时，宜由 ＜ 时 除灰土取θ＝ ° 试验确定； 试验确定； 0.5时 值可内插求得. ②当0.25＜z /b ＜0.5时， θ值可内插求得. 0.25＜
θ
1
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
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 二灰地基（石灰和粉煤灰）
注：① 压实系数小的垫层，承载力特征值取低值，反之 压实系数小的垫层，承载力特征值取低值， 取高值；原状矿渣垫层取低值，分级矿渣或混合 取高值；原状矿渣垫层取低值， 矿渣垫层取高值； 矿渣垫层取高值； ② 压实矿渣的E0/Es＝1.5~3.0； 压实矿渣的E 1.5~3.0； ③ 二灰的配比“25:75”是重量比，相当于体积比 二灰的配比“25:75”是重量比 是重量比， 3:7。 3:7。
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）；
第二部分 换填垫层法
2·1 换填垫层法的应用
建筑工程中，经常直接在地面上或者先将地面下浅部土层挖除，分层 填筑工程性能良好的材料而形成一种人工地基，我们称这种地基处理方 法为换填垫层法。这种地基处理方法广泛用于房屋类建筑、厂道和城市 街道、堆场、广场和机场、公路等建设工程领域。换填垫层的目的（或 者说作用）有提高地基承载力、减小地基沉降或不均匀沉降，加速软土 层的排水固结，防止冻胀，消除膨胀土的胀缩性和湿陷性黄土地基的湿 陷性，以及降低液化地基的液化沉陷等，建筑工程类型不同，换填垫层 的作用也有所不同。 换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基或者不良地基或者不均匀 地基。当建筑场地范围内局部存在的松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓 或拆除旧基础后的坑穴等，也可采用换填法进行地基处理。在这种地基 局部的换填处理中，保持建筑地基整体变形均匀是换填应遵循的最基本 原则。
2·2 换填垫层设计与施工要点
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。
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。
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）；
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。
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 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 外缘至坡顶的水平距离应符合下式要求，但不得小于2.5m。 条形基础 a≥3.5b－d / tanβ 矩形基础 a≥2.5b－d / tanβ 式中 a——基础底面外缘至坡顶的水平距离（m）； b——垂直于坡顶边缘线的基础底面边长（m）； d——基础埋置深度（m）； β——边坡的坡角（°）。 （2·2—6） （2·2—5）
θ——压力扩散角（°），可按表2·2—1采用。当z/b＜0.25时， 仍按表中z /b ＝0.25取值。 整片垫层底面的宽度可根据施工要求适当加宽度。 垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定 的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。
表2·2—1
压力扩散角（°） 垫层材料
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， 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。
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 z b ′
pz
1
（a）
（b） 图2·1－1：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 d
β
p cz b ′ pz
β
（a）
z
θ
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）
换填垫层设计时，可参照上述不同材料垫层的力学特征， 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， 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 砂石：宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、 （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 粒径小于2mm的部分不应超过总重的45% 应级配良好（ 应大于5 应大于5），不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小 不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉（ 于0.075mm的部分不超过总重的9%）时，应掺入不少于总重30%的碎石 075mm的部分不超过总重的9 应掺入不少于总重30% 或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对于湿陷黄土地基， 或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对于湿陷黄土地基，不得选用 砂石等透水材料。 砂石等透水材料。 ⑵ 粉质粘土：土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨 粉质粘土：土料中有机质含量不得超过5 胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。 胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土 地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。 地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。 ⑶ 灰土：体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜为粉质粘土，不宜使用块 灰土：体积配合比宜为2 土料宜为粉质粘土， 状粘土和砂质粉土， 不得含有松软杂质 ， 并应过筛， 状粘土和砂质粉土 ， 不得含有松软杂质， 并应过筛 ， 其颗粒不得大于 15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。 15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。