第四章 置换—4.1 换土垫层法

4.1
2. 粉质粘土
换土垫层法
4.1.2 设计
土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土 ， 土料中有机质含量不得超过 或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于 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， 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。 中不得夹有砖、瓦和石块。 3. 灰土 体积配合比宜为2:8或 。土料宜用粉质粘土， 体积配合比宜为 或3:7。土料宜用粉质粘土，不宜使用 块状粘土和砂质粘土，不得含有松软杂质，并应过筛， 块状粘土和砂质粘土，不得含有松软杂质，并应过筛， 其颗粒粒径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰， 。石灰宜用新鲜的消石灰， 其颗粒粒径不得大于 其颗粒粒径不得大于5mm。 。 其颗粒粒径不得大于
4.1
换土垫层法
4.1.2 设计
五、 垫层宽度的确定 垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散和防止 垫层向两侧挤出的要求。 垫层向两侧挤出的要求。可按下式进行计算或根据当地 经验确定。 经验确定。
b′ ≥ b + 2 z tan θ
垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上， 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， 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。 。 出基础底边不宜小于
4.1
三、适用范围
换土垫层法
4.1.1 概述
1、换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。 、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、 、对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、 古墓或拆除旧基础后的坑穴，均可采用换填法进行地基 古墓或拆除旧基础后的坑穴， 处理。 处理。 3、换填法的处理深度通常控制在3m以内较为经济合理。 、换填法的处理深度通常控制在 以内较为经济合理。 以内较为经济合理 4、换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路 、换填垫层法常用于处理轻型建筑、地坪、 工程等。 工程等。
4.1
7 土工合成材料
换土垫层法
4.1.2 设计
由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。所用 土工合成材料的品种与 土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根据工程特性和 土条件，按照现行国家标准《 地基土条件，按照现行国家标准《土工合成材料应用技术规 范》GB 50290的要求，通过设计并进行现场试验后确定。 的要求，通过设计并进行现场试验后确定。 的要求 作为加筋的上工合成材料应采用抗拉强度较高、 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 长率不大于 ～ 、耐久性好、抗腐蚀的土工格栅、 工格室、土工垫或土工织物等土工合成材料； 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 碎石、角砾、砾砂、粗砂、中砂或粉质粘土等材料。 要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。 要求垫层具有排水功能时，垫层材料应具有良好的透水性。 在软土地基上使用加筋垫层时， 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。 许变形的要求。
4.1.2 设计
中砂、粗砂、砾砂、 中砂、粗砂、砾砂、 圆砾、角砾、石屑、 圆砾、角砾、石屑、 卵石、碎石、 卵石、碎石、矿渣 20
Z/b
灰土
0.25
6 28
>0.50
30
23
注： 其余材料均取0 1、当z/b<0.25时，除灰土仍取280 ，其余材料均取00 ； z/b<0.25时 除灰土仍取28 值可内插求得。 2、 0.25<z/b<0.50时，θ值可内插求得。 时 值可内插求得
i =1
hi
s
将软弱土换填，压缩模量提高， 将软弱土换填，压缩模量提高，相 应的地基沉降减小
4.1
D σ c线 zi zi-1
换土垫层法
4.1.1 概述
σ c(i-1)
Hi
p 1i
σ z(i -1) Δ p 1i σ zi
σ z线 p 1i =(σ ci + σ c(i -1) )/2 Δ p i =(σ zi + σ z( i- 1) )/2
二、原理 （3）防止冻胀
换土垫层法
4.1.1 概述
粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可以防 粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象， 止在寒冷地区土中结冰造成的冻胀。 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 对湿陷性黄土、膨胀土等特殊土， 消除或部分消除地基土的湿陷性。 消除或部分消除地基土的湿陷性。
4.1
四、设计程序
换土垫层法
4.1.2 设计
先假设垫层厚度用前面的公式验算， 先假设垫层厚度用前面的公式验算，如果 不能满足，重新假设，继续验算。 不能满足，重新假设，继续验算。
b
z
p z + p cz ≤ f az
d
P
回 土 填
满足， 满足，假设正确
θ z
不 满 足 重 新 假 设
砂 层 垫
Pcz Pz b
4.1
换土垫层法
4.1.2 设计
六、垫层承载力的确定 垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时， 垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时， 可按下表采用，并应进行下卧层承载力的验算。 可按下表采用，并应进行下卧层承载力的验算。
施工 方法 换填材料类别 碎石、卵石 碎石、 砂夹石 碾压 或振 密 土夹石 中砂、粗砂、 中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<Ip<14)） 粘性土和粉土（8<Ip<14)） 灰土 重锤 夯实 土或灰土 0.93～ 0.93～0.95 0.93～ 0.93～0.95 0.94～ 0.94～0.97 压实系数λc 压实系数λc 承载力标准值 200～300 200～ 200～ 200～250 150～ 150～200 150～ 150～200 130～ 130～180 200～ 200～250 150～ 150～200
4.1
八、垫层材料选用 1. 砂石
换土垫层法
4.1.2 设计
砂石垫层材料宜选用质地坚硬的碎石、卵石、角砾、 砂石垫层材料宜选用质地坚硬的碎石、卵石、角砾、圆 砾、砾砂、粗砂、中砂、或石屑（粒径小于2mm的部分不 砾砂、粗砂、中砂、或石屑（粒径小于 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 ），应级配良好，不含植物残体、 应超过总重的 ），应级配良好 杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于 杂质。当使用粉细砂或石粉（粒径小于0.075mm的部分不应 的部分不应 超过总重的9%） 超过总重的 ）时，应掺入不少于总重的30%的碎石或卵 应掺入不少于总重的 的碎石或卵 石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基， 砂石的最大粒径不宜大于 。对湿陷性黄土地基， 不得选用砂石等渗水材料。 不得选用砂石等渗水材料。
计算下限
σ ci σc
σ z = 0 . 2 或 0.1σ c
n σ zi e1i − e2i s =∑ hi = ∑ hi i =1 1 + e1i i =1 Esi n
附加应力主要分布于浅层， 附加应力主要分布于浅层，所以提高 浅层地基的强度可大大降低沉降。 浅层地基的强度可大大降低沉降。
4.1
矩形基础： 矩形基础：
回填 土 砂垫层
pcz pz
b′
d z
bl ( pk − pc ) pz = (b + 2 z tan θ )(l + 2 z tan θ )
换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。 ，也不宜大于 。 换填垫层的厚度不宜小于
4.1
材料
换土垫层法
粉质粘土、 粉质粘土、 粉煤土
4.1
4. 粉煤灰
换土垫层法
4.1.2 设计
粉煤灰。可用于道路，堆场和小型建筑，构筑物等 粉煤灰。可用于道路，堆场和小型建筑， 的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土 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， 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。 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、 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 采取适当防腐措施。 水和土壤的环境影响。 水和土壤的环境影响。
第四章 置
4.1 换土垫层法 4.2 强夯置换法 4.3 石灰桩法 4.4 EPS超轻质料填土法 EPS超轻质料填土法
换
4.1
一、定义
换土垫层法
4.1.1 概述
换土垫层法——又称开挖置换法、换填垫层法、换填法等。 又称开挖置换法、换填垫层法、换填法等。 换土垫层法 又称开挖置换法 通常指当软弱土地基的承载力和变形满足不了建（ 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 筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时， 面以下处理范围内的软弱土层的部分或全部挖去， 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、 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（ 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 实至要求的密实度。它包括低洼地域筑高（ 地）或堆填筑高（道路路基）。 或堆填筑高（道路路基）。
4.1
二、原理
换土垫层法
4.1.1 概述
（1）提高地基承载力 将基础以下的软弱土挖去，换填为好土， 将基础以下的软弱土挖去，换填为好土，满足上部 结构荷载要求。 结构荷载要求。 （2）降低变形： 降低变形：
s =
E si
n
∑
i =1
e 1i − e 2 i hi = 1 + e 1i
n
∑
σ
E
zi si
4.1
Hale Waihona Puke Baidu换土垫层法
b
4.1.2 设计
三、垫层厚度的确定
回填土
pk
d z
计算公式： 计算公式：
砂垫层
p z + pcz ≤ f az
pcz pz
b′
faz = fk +ηbγ (b − 3) +ηdγ d (d − 0.5)
4.1
三、垫层厚度的确定
换土垫层法
b
4.1.2 设计
pk
b ( p k − pc ) 条形基础： 条形基础： pz = b + 2 z tan θ
4.1
5. 矿渣
换土垫层法
4.1.2 设计
矿渣，垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣， 矿渣，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、 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。 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 ／ 渣的松散重度不小于 超过5%。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验， 。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验， 超过 在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。 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。 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 碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。 填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。 填筑矿渣时，应考虑对地下水和土壤的环境影响。
4.1
一、一般要求
换土垫层法
4.1.2 设计
既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层， 既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，又 要满足建筑物地基强度和变形的要求，另外， 要满足建筑物地基强度和变形的要求，另外，还要有足够的宽度 以防止垫层向两侧挤出增加沉降，同时还应尽量做到经济合理。 以防止垫层向两侧挤出增加沉降，同时还应尽量做到经济合理。 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（ 确定垫层的合理厚度和宽度。应根据建（构）筑物体形、结 筑物体形、 构特点、荷载性质、岩土工程条件、 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。 来源等综合考虑。
4.1
6 、其他工业废渣
换土垫层法
4.1.2 设计
在有可靠试验结果或成功工程经验时，对质地坚硬、 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 性能稳定、 于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、级配和施工 于填筑换填垫层。被选用工业废渣的粒径、 工艺等应通过试验确定。 工艺等应通过试验确定。
4.1
七、沉降计算
换土垫层法
4.1.2 设计
垫层地基的变形等于垫层自身的变形量S 1 与下卧土层 之和，可按下式进行计算： 的变形量S 2 之和，可按下式进行计算：
s = s1 + s 2
( p + αp ) z s1 = 2 Es
可按现行国家标准《 垫层下卧层的变形量S 2 可按现行国家标准《建筑地基基础 设计规范》 设计规范》（GB50007—2002）的有关规定计算。 ）的有关规定计算。