换填法

4.粉煤灰垫层
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、管网宜采取适当防腐措施。大量填筑粉煤灰 时应考虑对地下水和土壤的环境影响。
筑物；
3. 平面图形复杂的建、构筑物； 4. 相邻建筑物荷载和作用形式上显著不同时； 5. 因变形产生的沉降会影响正常使用，得事先计算地基
变形以便设计时采取提高建筑物、构筑物低层标高的 措施者；
6. 对地基不均匀沉降较敏感的建筑物或构筑物。
6.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
在软土地基上使用加筋垫层时，应保证建筑稳定并满 足允许变形的要求。
提示！
土工合成材料是近年来随着化学合成工业的发展而迅速发展起来的一种 新型土工材料，主要由涤纶、尼龙、睛纶、丙纶等高分子化合物，根据 工程的需要，加工成具有弹性、柔性、高抗拉强度、低伸长率、透水、 隔水、反滤性、抗腐蚀性、抗老化性和耐久性的各种类型的产品。如各 种土工格栅、土工格室、土工垫、土工网格、土工膜、土工织物、塑料 排水带及其他土工复合材料等。
垫
垫层宽度的确定
垫
层
层
设
尺
计
垫层承载力的确定
寸
沉降计算
1.垫层厚度的确定
(1).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：
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（kPa）； faz—经深度修正后垫层底面处土层的地基承载力特征值（kPa）
提示！
粘土及粉土均难以夯压密实，故换填时均应避免采 用作为换填材料，在不得己选用上述土料回填时， 也应掺入不少于30%的砂石并拌合均匀后，方可使 用。当采用粉质粘土大面积换填并使用大型机械夯 压时，土料中的碎石粒径可稍大于50mm，但不宜大 于100mm，否则将影响垫层的夯压效果。
3.灰土垫层
6.其他工业废渣垫层
在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚 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。
7.土工合成材料垫层
由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。 作为加筋的上工合成材料应采用抗拉强度较高、受力 时伸长率不大于4%～5%、耐久性好、抗腐蚀的土工 格栅、土工格室、土工垫或土工织物等土工合成材料； 垫层填料宜用碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质 粘土等材料。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。
b’—垫层底面宽度(m)； θ—垫层的压力扩散角（°），可按查表；当<0.25时，
仍按=0.25取值。
注意！
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
垫层的承载力宜通过现场试验确定，并应验算 下卧层的承载力。
1.砂垫层
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，不含植物残体、垃圾等杂质。 当使用粉细砂或石粉（粒径小于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 或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性 黄上地基，不得选用砂石等透水材料。
注意！
大面积填土产生的大范围地面负荷影响深度较 深，地基压缩变形量大，变形延续时间长，与 换填垫层法浅层处理地基的特点不同，因而大 面积填土地基的设计施工应另行按国家现行有 关规范执行。
四、垫层的分类
砂垫层
垫 层
回填材料
分
类
粉质粘土垫层 灰土垫层 粉煤灰垫层
矿渣垫层
其他工ห้องสมุดไป่ตู้废渣垫层
土工合成材料垫层
提示！
砂石是良好的换填材料，但对具有排水要求的 砂垫层宜控制含泥量不大于3%；采用粉细砂作 为换填材料时，应改善材料的级配状况，在掺 加碎石或卵石使其颗粒不均匀系数不小于5并 拌合均匀后，方可用于铺填垫层。
2.粉质粘土垫层
土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻 土或膨胀土。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。
（kPa）； z-基础底面下垫层的厚度（m）；θ-垫层的压力扩散角（°）
2.垫层宽度的确定
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。
b' b 2 ztg
5.矿渣垫层
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，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，有机质及含泥总量不超过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 矿渣应符合对放射性安全标准的要求。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。
下卧土层的变形量s2
地面
如果在下卧层内是成层土层, 有n层,则其变形量:
基底
Z i-1 Zi
s2

n i 1
si

n i 1
p0 Esi
(
zi
i
zi1i1)
Z
下卧土层的变形量实例
某厂房为框架独立结构，基础底面为正方形，边长 l=b=4.0m，上部结构传到基础顶面上的荷载为1440KN， 基础埋深d=1.0m。地基土为粉质黏土，土的天然重度 γ=16.0KN/m3，地下水位埋深为3.4m，地下水位以下的 土的饱和重度为18.2KN/m3 。土的压缩系数：地下水位 以上Es1=5.5MPa；地下水位以下Es1=6.5MPa，地基承载力 标准值fak=94KPa，计算其沉降量S2。
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。
换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场 及道路工程等
注意！
换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑 范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对 于较深厚的软弱上层，当仅用垫层局部置换上层软弱 土时，下卧软弱上层在荷载下的长期变形可能依然很 大。例如，对较深厚的淤泥或淤泥质土类软弱地基， 采用垫层仅置换上层软土后，通常可提高持力层的承 载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形 量大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体型复 杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应 采用浅层局部置换的处理方法。
用于换填垫层的土工合成材料，在垫层中主要起加筋作用，以提高地基 土的抗拉和抗剪强度、防止垫层被拉断裂和剪切破坏、保持垫层的完整 性、提高垫层的抗弯刚度，因此利用土工合成材料加筋的垫层有效地改 变了天然地基的性状，增大了压力扩散角，降低了下卧天然地基表面的 压力，约束了地基侧向变形，调整了地基不均匀变形，增大地基的稳定 性并提高地基的承载力。
体积配合比宜为2︰8或3︰7。土料宜用粉质粘 土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，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。
提示！
灰土强度随土料中粘粒含量增高而加大，塑性指 数小于4的粉土中粘粒含量太少，不能达到提高灰 土强度的目的，因而不能用于拌合灰土。灰土所 用的消石灰应符合Ⅲ级以上标准，贮存期不超过3 个月，所含活性CaO和MgO越高则胶结力越强。通 常灰土的最佳含灰率为CaO+MgO约达总量的8%。石 灰应消解3～4d并筛除生石灰块后使用。
(2).pz 、pcz 、 faz的确定
垫层底面处的附加压力值 pz：
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)
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）； P-基础底面压力的设计值（kPa）； Pc-基础底面处土的自重压力值
4.地基变形量计算的目的
地基变形量计算的目的
地基基础设计规范规定，对于一些地基除 了进行承载力计算外，还需进行变形量计 算，计算的目的是为了保证由于地基沉降 而引起的建筑物上部结构的变形不出现妨 碍使用的裂缝。
5.地基变形量计算的对象
1. 重要的、有纪念性的大型建、构筑物； 2. 生产工艺上、使用上对地基沉降有特殊要求的建、构
提示！
粉煤灰可分为湿排灰和调湿灰。按其燃烧后形成玻璃 体的粒经分析，应属粉土的范畴。但由于含有CaO、 SO3等成分，具有一定的活性，当与水作用时，因具 有胶凝作用的火山灰反应，使粉煤灰垫层逐渐获得一 定的强度与刚度，有效地改善了垫层地基的承载能力 及减小变形的能力。不同于抗地震液化能力较低的粉 土或粉砂，由于粉煤灰具有一定的胶凝作用，在压实 系数大于0.9时，即可以抵抗7度地震液化。
计算图
d＝1.0
Zn＝7.8
Z1＝2.4
地面 基底
三、垫层施工
（一）、垫层所采用的换填材料不同，垫层的施工方 法和施工机械也有所不同。
垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。 1. 粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾，
中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；
2. 砂石等宜用振动碾； 3. 粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式
提示！
矿渣的稳定性是其是否适用于做换填垫层材料的最主 要性能指标。当矿渣中CaO的含量小于45%及FeS与MnS 的含量≈1%时，矿渣不会产生硅酸盐分解和铁锰分解， 排渣时不浇石灰水，矿渣也就不会产生石灰分解，则 该类矿渣性能稳定，可用于换填。对中、小型垫层可 选用8～40mm与40～60mm的分级矿渣或0～60mm的混合 矿渣；较大面积换填时，矿渣最大粒径不宜大于200mm 或大于分层铺填厚度的2/3。
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。即：
s= s1+ s2
s_基础的沉降量（mm） s1_垫层自身变形量（mm) s2—压缩层厚度范围内（自垫层底面算起）各个压缩变形之和（mm)
垫层自身的变形量s1
s1


p
p
2

z
Es
p N F D D
查明地下水的埋藏条件、类型、埋深等； 查明地下管线、防空洞及地下障碍物的分布范围
和走向； 查明换填土的来源、种类、规格、价格等
垫层的设计
一、原则
对垫层的设计，即要求有足够的厚度以置换可 能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够大宽 度以防止砂垫层向两侧挤出。
二、垫层设计的步骤
垫层厚度的确定
换填法
一、概念
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，也叫换填垫层法 。
二、原理
换填法是浅层软土地基的处理方法。是 将基础底面以下不太深的处理范围内的 软弱土层挖去，然后以质地坚硬，强度 较高，性能稳定好，具有抗侵蚀性的砂， 卵石，素土等去分层换填，同时用人工 或机械方法进行表层压，夯，振动等处 理至满足工程要求的全过程。
三、适用范围
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。
五、垫层的作用
(1)提高地基承载力
(2)减少沉降量
基础
垫层
(3)加速软弱土层的排水固结
(4)防止冻胀
(5)消除膨胀土的胀缩作用
六、换填法处理地基前的准备工作
查明地层土性质及不良地质现象；查明沟、塘、 洞等分布范围和深度；查明填土的成分、范围、 厚度、均匀性、填筑年限和方法等