换土垫层法
换土垫层法
换土垫层法一、引言换土垫层法是一种常用的土木工程施工技术，它主要用于改善地基土的性质，增加地基的稳定性和承载能力。
本文将从换土垫层法的定义、施工流程、施工工艺、应注意的问题等方面进行全面、详细、深入地探讨。
二、定义换土垫层法是指将原有地基土取出，然后用新的土材料进行填补和加固的一种土木工程施工技术。
它可以修复地基的不平整、缓解地基沉降、加强地基承载能力等。
三、施工流程换土垫层法的施工流程通常包括以下步骤：1. 调查勘测在施工前，需要对地基进行调查和勘测，了解地质地貌情况、地基土的性质和承载能力等信息，以确定施工方案和材料选择。
2. 原土清理将原有地基土进行清理，清除其中的杂质、混凝土碎片等，保证换土垫层与原土之间的紧密结合。
3. 土方开挖根据设计要求，开挖地基土，并将其处理妥善。
同时，需要进行土方测量，确保挖掘的土方符合要求。
4. 新土填充将新的土材料运输至施工现场，按照设计要求进行填充。
在填充过程中，需要控制填充层的厚度和均匀度，以保证换土垫层的质量。
5. 压实与加固填充完成后，对换土垫层进行压实与加固。
常见的加固方式包括振动压实、喷射加固、碾压等，以增加垫层的密实度和稳定性。
6. 验收与监测在施工完成后，需要进行垫层的验收与监测工作。
通过检测和监测，评估垫层的质量和性能，确保其达到设计要求和使用功能。
四、施工工艺换土垫层法的施工工艺与具体工程和要求有关，但通常包括以下几个步骤：1. 材料选择根据地基土的性质和工程要求，选择合适的新土材料。
新土材料应具有一定的稳定性、承载能力和抗沉降能力。
2. 地基处理对地基土进行清理和改良。
清除杂质、混凝土碎块等，同时进行地基加固工作，以提高地基的承载能力。
3. 换土垫层施工按照施工流程进行换土垫层的施工。
控制换土垫层的厚度、填充均匀度和加固程度，确保施工质量。
4. 加固处理施工完成后，对换土垫层进行加固处理，以提高垫层的稳定性和承载能力。
加固方式可以根据具体情况选择，常见的有振动压实、喷射加固和碾压等。
换土垫层法
换土垫层一、概述换土垫层法是指将基础底面下一定深度范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后换填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、千渣等性能稳定且无侵蚀性的材料，并分层夯压至要求的密实度。
该法又称换填法。
当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土回填法来处理。
换土回填按其材料分为砂地基、砂石地基、灰土地基等。
二、为什么要进行换土垫层施工在建筑工程实际施工时，如果建筑物的地基土属于不均匀土、冻胀土、软弱土、湿陷性土以及膨胀土等，若对其直接进行建设，则其地基变形以及强度要求都不能满足上部建筑结构所要求的标准，在这种情况下，如果其地基的软土层不是特别厚，就可使用换土垫层施工将其改变。
三、换土垫层的作用1、提高地基的承载力；2、减少地基沉降量；3、加速软土的排水固结；4、防止冻土；5、消除膨胀土的胀缩作用。
6、使底筋和土壤隔离不受污染。
7、找平，使底板受力在一个平面四、垫层的分类垫层分刚性和柔性（又称沸刚性）两类：刚性垫层一般是C7.5-C10的混凝土捣成，它适用于薄而大的整体面层和块状面层；柔性垫层一般是用各种散材料，如砂、炉渣、碎石、灰土等加以压实而成，它适用于较厚的块状面层。
五、换土垫层法原理当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填较高强度的砂、碎石或灰土等，并夯至密实六、换土垫层法施工方法与施工过程1、施工方法有：机械碾压法、振动压实法、重锤夯实法（1）机械碾压法：采用各种压实机械来压实地基土。
适用于地下水位以上大面积填土的压实（2）振动压实法：用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散地基的处理方法。
（3）重锤夯实法：用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基2、施工过程：在施工时需将建筑基础下的土层挖去，但是挖土深度需控制在一定的范围内。
随后对地基内进行换填较高强度、密度较大的灰土、砂、素土、碎石以及矿渣和粉煤灰等稳定性相对较高、且没有侵蚀性的材料，然后对其进行夯实直到达到建筑设计中所要求的密实度。
地坪地基处理方法
地坪地基处理方法一、换土垫层法这是个超简单又好用的法子呢。
就是把地坪地基里那些不好的土啊，像软土或者有杂质的土，给挖出来扔掉。
然后换上好的土，像砂啊，碎石啊之类的。
这样做的好处可多啦，地基会变得更结实，承载能力变强，就像给房子打了个超棒的基础。
不过这个方法也有缺点哦，就是费力气，得把土挖来挖去的，还得找地方放挖出来的土呢。
二、压实法这个方法就像是给地基做按摩，让它变得紧实。
用压路机或者其他压实工具，一遍一遍地压地基的土。
要是土太干了，还得洒点水，让它湿润些才好压。
压实的时候要注意均匀，不能有的地方压得实，有的地方松松垮垮的。
这方法适合那种土质还不错，就是有点松的地基。
三、强夯法听名字就很霸气吧。
用很重的夯锤，高高地举起来再重重地砸下去。
这一砸啊，能让地基土变得特别密实。
不过在做这个的时候要小心周围的东西，因为这个冲击力可大了，可能会震坏旁边的建筑或者设施。
而且这种方法对场地的要求也有点高，场地要比较开阔才行。
四、排水固结法如果地基土里水太多，就可以用这个方法。
先在地基里设置排水通道，像砂井或者塑料排水板之类的。
然后让地基里的水通过这些通道排出去，随着水的排出，地基土就会慢慢固结，变得更结实。
这就像是把地基里的“小水怪”都赶跑，让地基变得健康强壮。
五、化学加固法这个方法就有点高科技啦。
往地基土里注入一些化学浆液，像水泥浆啊，硅酸钠溶液之类的。
这些化学浆液会和地基土发生反应，让土变得更硬更牢固。
不过这个方法要注意化学浆液的用量和注入的深度，要是没弄好，可能会达不到想要的效果。
换土垫层法施工工艺流程
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换土垫层法
换土垫层法本章概述1．换土垫层的概念2．换土垫层适用条件3．换土垫层的五个作用4．换土垫层的设计5．换土垫层的施工要点6．换土垫层法的质量检验方法本章重点与难点重点掌握换土垫层的概念、适用条件及其五个作用；对砂垫层厚度、宽度的设计；换土垫层法的质量检验方法。
第二章换土垫层法第一节概述当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并夯压（振实）至要求的密实度为止，这种地基处理方法称为换土垫层法（Replacement Memod）。
换土垫层法常用作为浅层处理地基的方法．而重锤夯实法、机械碾压法和振动压实法，则是换土垫层法中采用不同的压实机具对换填地基土进行夯（压、碾）实的不同施工方法。
换土垫层法还包括低洼地域筑高（平整场地）或道路筑高（道路路基）。
对回填不同材料形成的垫层，可称之为该材料垫层、如碎垫层、干渣垫层、和粉煤灰垫层等。
换土垫层的作用是：（1）提高地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少垫层下．天然土层所承受的压力。
从而使地基强度满足要求；（2）垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；（3）加速软土层的排水固结；（4）调整不均匀地基的刚度；（5）对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。
换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等地等地基土的浅层处理．常用于轻型建筑、地砰、堆料场和道路工程等地基处理工程中。
大面积填土产生的大范围地面负荷，其影响深度较大，地基土的压缩变形量大，沉降延续时间长，与换土垫层法浅层处理地基的特点不同，因而对大面积填土地基进行设计和施工时，地面堆载要力求均衡，避免大量、迅速、集中堆载，并应根据使用要求、堆载特点、结构类型和地质条件等来确定允许堆载量的大小和范围。
地基处理—换土垫层法(基础工程)
在软土层上回填好土
2.5.1 换填法
软土层较厚时，将基础下面一定范围内的软土挖去, 回填强度高、压缩性低、无侵蚀性的材料作持力层。采用 砂石、灰土、矿渣、素土等材料换土的地基分别称为砂石 地基、灰土地基、粉煤灰地基。
对于解决荷载较大的中小型建筑 物的地基问题比较有效。 处理深度通常控制在3m以内时 较为经济合理。
碾压法 250～350 8～12
60～100kN压路机往复碾压
备注
不宜使用干细砂或含泥 量较大的砂铺筑砂垫层
湿陷性黄土、膨胀土、 细沙地基不得使用
适用于砂石垫层 ①适用大面积砂石垫层 ②不宜用于地下水位以 下的砂垫层
●地基底面标高不同时，边坡应挖成阶梯形（或平缓 斜坡），每层错开0.5~1.0m，按先深后浅的顺序分层铺设， 搭接处充分夯实。
对于承受振动荷载的地基，不应 选择换填垫层法进行处理。
各种换填材料的适用范围
换土种类
适用范围
砂石（砂砾、 碎卵石） 垫层
土 素土垫层 垫 层 灰土垫层
适用于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理； 不宜用于湿陷性黄土地基，也不适宜用于大面积堆载、密 集基础和动力基础的软地基处理；可有条件地用于膨胀土 地基；砂垫层不宜用于有地下水且流速快、流量大的地基 处理；不宜采用粉细砂作垫层。
B′
垫层底宽确定后，按照基坑的坡度向上延伸至基础底面。
②砂石垫层材料要求：
●宜选用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾石、碎石、
石屑等，含泥量不宜超过5%；
●在缺少中粗砂和砾石地区，也可采用细砂，但同时宜掺入最
大粒径不宜大于50mm碎石或卵石，以保证垫层的密实和稳定，其掺 量按设计，不少于总重30%，不大于50%；
换土垫层法在地基处理中作用简析
换土垫层法在地基处理中作用简析一、换土垫层法的作用换土垫层法是全部或部分将基础下一定程度范围内的软弱土层进行挖除，然后对砂、碎石、灰土、素土、高炉矿渣、粉煤灰等较大强度、稳定性能及无侵蚀性的材料进行分层回填并夯实。
当软弱地基的承载力和变形无法与建筑物要求相满足且软弱土层的厚度又相对较小时，换土垫层法则作为一种经济、简单的软土地基浅层处理方法进行应用。
通常情况下，换土垫层法的处理深度应保持在3～5m范围内。
然而，若存在较薄的换土垫层时，则会有不太明显的作用，所以，控制处理深度，使其控制在0.5m以上即可。
换土垫层法的作用主要包括以下几点：1.浅层地基承载力的提升。
由于地基中的剪切破坏是从基础底面开始的，随着应力的增大而向纵深方向发展，因此可对较高抗剪强度的砂或其他建筑材料对基础下软弱的土层进行置换，可将地基破坏现象得到避免。
2.沉降量的减少。
通常情况下，在总沉降中浅层地基的沉降量占据较大比重。
结合密实砂或其他填筑材料对上层软弱土层进行替代，可使这部分的沉降量减少。
3.软弱土层排水固结的加速。
砂垫层和历史垫层等垫层材料有较强的透水性存在。
当软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面得到应用，使基础下面的孔隙水压力快速消散，使垫层相爱软弱土层的固结和强度的提升速度加快，进一步将地基的塑性破坏现象得到避免。
4.冻胀的防治。
由于粗颗粒垫层材料存在较大孔隙，不宜有毛细管现象产生，因此应将冻胀现象得到防治。
5.膨胀土胀缩作用的消除。
二、换土垫层法的应用将软弱土层作为建筑物地基进行直接运用时，一般应与以下要求相结合实施设计：当软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用上覆较好的土层，使其作为持力层进行应用。
若软弱土层为建筑淤泥、填充土及性能稳定的工业废料，且有一定的密实性和均匀性存在时，即可进行使用，使其发挥持力层的作用。
当有较多有机质含量的生活垃圾和对基础造成侵蚀性破坏的工业废料等杂填土存在时，未通过处理的前提下，禁止对其进行应用。
《地基处理》第二章换土垫层法
土方开挖与运
确定开挖范围
根据施工方案，确定需要 开挖的区域和深度。
土方开挖
使用挖掘机等设备进行土 方开挖，注意保持边坡稳 定。
土方运输
将开挖出的土方运至指定 地点，注意避免对环境造 成污染。
垫层材料选择与处理
选择垫层材料
根据工程要求和地质条件，选择合适的垫层材料，如砂、碎石、 矿渣等。
注浆法
要点一
总结词
将浆液注入地基土层中，通过浆液的凝固作用改善土体的 物理性质。
要点二
详细描述
注浆法是一种常用的地基处理方法，通过将浆液注入地基 土层中，利用浆液的凝固作用改善土体的物理性质，提高 其承载力和稳定性。该方法适用于各种类型的软土地基处 理，特别是对于含水量较高、压缩性较大的软土效果显著 。注浆法可以根据不同的情况选择不同的浆液材料和注浆 方式，以达到最佳的地基处理效果。
ERA
定义与原理
定义
换土垫层法是一种地基处理方法，通过将基础下一定深度范 围内的软弱土层挖除，然后回填坚硬、密实、性能稳定的材 料，如砂、碎石、石渣等，形成垫层，以提高地基承载力和 减少沉降。
原理
换土垫层法的原理是通过换填材料的承载力和扩散作用，将 基础荷载传递到下层土体中，从而减小基础沉降和提高地基 承载能力。
软土地基，存在大量淤泥和腐殖质
建设规模
建筑面积约5万平方米，包括商业楼、 办公楼和地下停车场
工程要求
确保建筑物安全稳定，提高地基承载 力
换土垫层法应用过程
土方开挖
按照设计要求，逐层开挖至预 定深度。
垫层铺设
将垫层材料分层铺设、压实， 确保垫层密实度符合要求。
《地基处理》第二章 换土垫层法
B为需处理土层底的宽度
b为条基短边宽度 c为考虑机具影响而增设的附加宽度0.2m θ为基底压力扩散角，宜为22-30o，用素 土时取小值，灰土时取大值
(3)整片垫层的处理范围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度，且不应小 于垫层厚度，并不小于2m；
2.3.3粉煤灰垫层设计
(1)粉煤灰简介
粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，其排放堆积不仅占用土地资源，对 生态环境也构成了不同程度的危害，但粉煤灰是一种良好的软土换填材料， 可用于加固软土地基。 a.粉煤灰种类 按排放系统分：干排灰、湿排灰、调湿灰 按含钙量分：高钙灰（CaO≥10%） 低钙灰（CaO<10%） b.粉煤灰换填法适用范围 厂房、机场、港区陆域和堆场等大面积 填筑工程。
压实系数λc
承载力特征值fak/kPa 200-300
砂夹石（碎、卵石占30%-50%）
碾 压 或 振 密
200-250
0.94-0.97 150-200 150-200 130-180 0.93-0.95 200-250
土夹石（碎、卵石占30%-50%） 中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<IP<14） 灰土
振实效果与填土成份、振 动时间等因素有关
注： 1、施工前需试振，得到稳定下沉量与时间的关系（建筑垃圾 振动时间约在1min以上，细粒填土振动时间约在3-5min，有
效振深为1.2-1.5m）
2、振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两侧，后 振中间； 3、振动合格标准为振动机原地振实不再继续下沉，并辅以轻 便触探检验其均匀性与影响深度。
W较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，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。
置换41换土垫层法
4.1.1 概述
一、定义
换土垫层法——又称开挖置换法、换填垫层法、换填法等。 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 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、粉 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 地）或堆填筑高（道路路基）。
4.1 换土垫层法
4.1.1 概述
二、原理 （3）防止冻胀
粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细现象，因此可以防 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 消除或部分消除地基土的湿陷性。
4.1 换土垫层法
4.1.1 概述
三、适用范围
1、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、
施工 方法
碾压 或振
密
换填材料类别
碎石、卵石 砂夹石 土夹石
中砂、粗砂、砾砂 粘性土和粉土（8<Ip<14)）
压实系数λc 0.94～0.97
承载力标准值
200～300 200～250 150～200 150～200 130～180
重锤 夯实
灰土 土或灰土
0.93～0.95 0.93～0.95
200～250 150～200
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（构）筑物体形、结 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。
4.1 换土垫层法
b
4.1.2 设计
三、垫层厚度的确定
换土垫层法
这类方法是将基础底面下处理范围内厚度不很大的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换层填强度较大的砂、碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰等，并加以压（夯、振）实至要求的密实度。
这类方法主要用于加固地基表层土和回填土等。
按回填不同材料形成的垫层，命名为该种材料的垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层。
设计垫层时，垫层顶面每边宜比基础底面大300mm。
垫层底面宽度为b/（以米计），应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式计算：一、素土（或灰土、二灰）垫层素土垫层（简称土垫层）或灰土垫层（石灰与土的配合比一般为2：8或3：7）在湿陷性黄土地区较为广泛，这是一种以土治土的处理湿陷性黄土地基的传统方法，处理厚度一般为1~3m 。
通过处理基底下的部分湿陷性土层，可达到减小地基的总湿陷量，并控制未处理土层湿陷量的处理效果。
如仅要求消除基底下处理土层的湿陷性时，宜采用素土垫层；除上述要求外，并要求提高土的承载力或水稳性时，宜采用灰土垫层。
素土（或灰土）垫层分为局部垫层和整片垫层。
局部垫层一般设于矩形或条形基础底面下，主要用于消除地基的部分湿陷量，并提高地基承载力。
整片垫层一般设于整个建（构）筑物的平面范围内，用以消除上层的湿陷量，并防止水从垫层上部或侧向渗入下部未处理的湿陷性土层。
素土（或灰土等）垫层材料的含水量宜控制在最优含水量W op±2％范围内。
分段施工时，不得在柱基、墙角、窗间墙下接缝。
上下两层的缝距不小于500mm。
灰土应拌合均匀，当日铺填夯实，压实后3d内不得受水浸泡。
二、粉煤灰垫层粉煤灰是燃煤电厂的废弃物，用于软弱土的换填材料属废物利用，上海一些工程已用于垫层，证明能满足工程设计要求。
粉煤灰的最大干密度ρdmax和最优含水量W op，在设计、施工前应按击实试验法测定。
粉煤灰垫层遇水后强度有所降低，上海的经验数值是：对压实系数λc=0.90～0.95的浸水垫层，其容许承载力可采用120～200kPa，但仍应满足软弱下卧层的强度与地基变形要求。
地基处理——换土垫层法
PZ + pCZ fz
条形基础 矩形基础,平 面分布
( p c )bl pz (b 2 ztg )(l 2 ztg )
fz-经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值
2.4垫层施工（掌握）
1砂和砂石垫层
1.1材料要求：1级配良好，不均匀系数不小于10； 2以中粗砂为主，可添置少量碎卵石但要分布均匀，最
1.2灰土垫层 1.2.1材料要求：1石灰与土体积2:8或3:7，宜用粉质粘土
；2石灰采用熟石灰不得含有过多水分，粒径不得大于 5mm；3一定范围内，灰土强度随石灰增大而增大；4 二灰垫层强度更高。
1.2.2施工要点 1施工时，应将灰土拌和均匀，控制含水量，如土料水
分过多或不足时，应晾干或洒水润湿，一般可按经验 在现场直接判断，其方法为手握灰土成团，两指轻捏 即碎。这时，灰土基本上接近最优含水量； 2夯实后灰土3d内不得受水浸泡； 3掌握分层虚铺厚度
2垫层设计 （掌握）
1、垫层力的确定
4、沉降计算
软基换填路段（2米片石垫层+砂砾换填+土 工格栅）
处理深度
通常基坑开挖后，利用分层回填压实，也可处理较深
的软弱土层，但经常由于地下水位高而需要采取降水 措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护，以及施 工土方量大、弃土多等因素，从而使处理费用增高、 工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控制在 3m 以内，也不宜小于 0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层 的作用也不显著。
1.3碎石矿渣
1碎石和矿渣有足够的强度，变形模量大，稳定性好;
2垫层本身还可以起排水层的作用，并加速下部软弱土
层的固结。
1.4粉煤灰垫层 1虚铺厚度和碾压遍数应通过现场小型试验确定。若元
浅谈换土垫层法在建筑工程地基处理运用
浅谈换土垫层法在建筑工程地基处理运用一、换土垫层的分析1.换土垫层法的应用原理软弱土主要包括淤泥质土、淤泥、松散粉细砂、杂填土以及粉土等，该类土存在高压缩性、低强度等特点，很难对地基承载力及变形的要求得到满足。
当软弱土存在时，则对软弱土的较低强度、较大压缩性造成确定，一旦出现扰动，则会对土体结构造成破坏，随之强度逐渐减弱。
在软土地基上的建筑物中，由于地基压缩变形，导致出现较大沉降量或不均沉降出现，往往导致建筑物的破坏或使用受到影响。
换土垫层法是在建筑物基底下的一定深度的软弱土层进行挖除，然后对具有较大强度、较小压缩性且价格适宜的碎石、砂土、矿渣、煤灰以及粉煤灰等性能稳定的材料进行回填，并通过分层夯实直到与相应标准相符即可。
使其发挥地基持力层的作用，实现承载力增加，避免地基沉降的问题发生。
2.垫层的设计在垫层设计中不仅应对建筑物地基的强度以及变形要求得到满足，而且還应对足够的宽度存在，避免垫层材料向侧边挤出而导致垫层的竖向变形量增大的问题发生。
建筑物基底荷载的扩散是通过一定厚度的垫层向较大范围的下卧层上进行的。
当垫层的厚度达到一定要求时，才能对扩散至下卧层顶面的压力与下卧层的承载能力要求得到满足。
所以，在设计垫层时，应结合下卧层的承载力，先对垫层的厚度进行假定，然后对承载力和变形要求得到满足的垫层厚度值中，对垫层的厚度进行最终确定。
二、换土垫层法的要求1.换土垫层法在对各类浅层软弱地基及不均匀地基的处理中得到适用。
当建筑物范围内存在较薄的上层软弱土石，可运用全部置换的方式进行处理。
当处理范围内存在暗沟、松填土、废坑、暗塘、墓穴、废井以及拆除旧基础后的坑穴时，应对建筑物地基整体变形的均匀进行保持，作为换土垫层法中的一项基本原则。
2.运用换土垫层法对厚度不大的软弱土层进行全部置换。
当存在深厚的软土土层时，避免采用局部换填垫层法对地基进行处理。
当工程项目中存在不同特点时，应对换填材料的强度、压力扩散能力、稳定性、渗透性、密实、耐久性、对环境造成的影响、来源、价格以及消耗等进行分别考虑。
地基换填垫层法
地基换填垫层法当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部荷载对地基强度和变形的要求时，常采用换填法进行地基处理。
一般情况下是先将基础下一定范围内承载力低的软弱土层挖去，然后回填强度较大的砂、碎石或灰土等，并夯至密实。
主要有以下几种处理方法：（1）挖：就是挖去表面的软土层，将基础埋置在承载力较大的基岩或坚硬的土层上。
此种方法主要用于软土层不厚，上部结构的荷载不大的情况。
（2）填：当软土层很厚，而又需要大面积进行加固处理，则可在原有的软土层上直接回填一定厚度的好土或砂石、矿石等。
（3）换：就是将挖与填相结合，即换土垫层法。
施工时先将基础下一定范围内的软土挖去，而用人工填筑的垫层作为持力层，按其回填的材料不同可分为砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层等。
换填法适用于淤泥、淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴等的地基处理。
换土垫层的处理深度应根据建筑物的要求，由基坑开挖的可能性等因素综合决定，一般多用于上部荷载不大，基础埋深较浅的多层民用建筑的地基处理工程中，开挖深度不超过3 m。
一、砂和砂石地基砂和砂石地基是采用级配良好、质地坚硬的中粗砂和碎石、卵石等，经分层夯实，作为基础的持力层，提高基础下地基强度，降低地基的压应力，减少沉降量，加速软土层的排水固结作用。
砂石垫层应用范围广泛，施工工艺简单，用机械和人工都可以使地基密实，工期短、造价低；适用于 3.0 m 以内的软弱、透水性强的黏性土地基，不适用加固湿陷性黄土和不透水的黏性土地基。
1.材料要求砂和砂石地基材料，宜采用颗粒级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、石屑和碎石、卵石等，含泥量不宜超过5%，且不含植物残体、垃圾等杂质。
若用作排水固结地基的，含泥量不宜超过3%；在缺少中粗砂的地区，若用细砂或石屑，因其不容易压实，而强度也不高，因此在用作换填材料时，应掺入粒径不超过50 mm，不少于总重30%的碎石或卵石并拌和均匀。
换土垫层法
灰土垫层
不仅可以使用在湿陷性黄土地基以及中小型工程的建设中，对膨胀土地基的处 理也相对适用
粉煤灰材 比较适合机场、堆场、厂房以及港区陆地等相关工程的大面积填筑工程 料
灰土垫层 适用于工业与民用建筑室内地坪、室外散坡、道路的灰土垫层工程
矿渣工程 最适合对堆场以及地坪等相关的工程大面积地基处理，不能在碱性废水以及酸性等相关的地 基处理中
二、进行换土垫层施工的原因
当建筑物基础下的持力层比较软弱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ不能满足上部荷载对地 基的要求时，常采用换土回填法来处理。
三、换土垫层的作用
01 提高地基的承载力 02 减少地基沉降量
03 加速软土的排水固结 04 防止冻土
05 消除膨胀土的胀缩作用 06 使底筋和土壤隔离不受污染
四、垫层的分类
材料
（含水量 分层夯实）
回填
夯实
六、适用范围
换土垫层法适用于处理浅层软弱土地基、湿陷性黄土地基（只能用灰土垫层）、 膨胀土地基、季节性冻土地基。不同换土材料的适用范围不同，具体情况见下表：
砂土材料 水下黄土以及一般饱和或是非饱和软弱土等地基处理中比较适用
土垫层
素土垫层： 一些湿陷性黄土基地、大面积回填以及中小型工程中较为适用
处理方法。
用起重机将夯锤提升 到某一高度，然后自 由落锤，不断重复夯
击以加固地基。
五、施工过程
准备工作：垫层尺寸设计
五、施工过程
将建筑基础下的土层挖 去，注意：换土深度需 控制在一定的范围内。
（0.5—3m）
挖土
稳定性相对较高、且 没有侵蚀性的材料， 比如灰土、碎石以及
矿渣和粉煤灰等
达到建筑设计中所 要求的密实度
换土垫层法
《换土垫层法讲》课件
建筑工程：用于提高建筑 物的承载力和稳定性
Part Four
换土垫层法的优缺 点分析
优点分析
提高地基承载力： 换土垫层法可以 有效提高地基的 承载力，减少地 基沉降。
改善地基变形： 换土垫层法可以 改善地基的变形， 提高建筑物的稳 定性。
提高地基抗震性 能：换土垫层法 可以提高地基的 抗震性能，减少 地震对建筑物的 影响。
检测项目：压实度、厚度、 含水量等
验收流程：自检、互检、专 检等
验收记录：记录检测数据、 验收结果等
整改措施：对不合格项进行 整改，确保工程质量
Part Three
换土垫层法的应用 实例
道路工程中的应用
提高道路承载能力 改善道路排水性能 减少道路沉降和变形 延长道路使用寿命
房屋建筑工程中的应用
降低工程造价： 换土垫层法可以 降低工程造价， 提高经济效益。
缺点分析
施工难度大：需要更换土层，施工难度较大 成本较高：更换土层需要大量材料和人工，成本较高 工期较长：更换土层需要较长时间，工期较长 环境影响：更换土层可能会对环境造成一定影响，需要采取措施减少影响
适用条件与限制因素
适用于软弱地基的处理
垫层施工方法
清理场地：清除原有土层， 平整场地
测量放线：确定垫层位置， 进行测量放线
挖槽：根据设计要求，挖 出垫层槽
铺设垫层：将换土垫层材 料铺设在垫层槽内
压实：使用压实机械对垫 层进行压实
养护：保持垫层湿润，防 止干裂和沉降
质量检测与验收
验收标准：符合设计要求、 满足施工规范等
检测方法：钻孔取样、现场 检测等
换土垫层法的应用范围广泛，可以用于各 种类型的地基处理，如软弱土层、湿陷性 黄土、膨胀土等。
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fz-经深度修正后的垫层底面处软弱下卧层土的地基承载力设计值
砂（砂石、碎石垫层）
压力扩散角θ
换填材料
z/b
0.25 ≥0.50
中、粗、砾、 碎石土、石 屑
灰土
粉质粘土和粉土
20 30
6 23
28
注：1、当Z/b<0.25时，除灰土外，其余材料均取=0°； 2、当0.25<Z/b<0.50时，可内插求得。 计算时，先假设一个垫层的厚度，验算。如不合要求， 则改变厚度，重新验算，直至满足为止，一般砂垫层的厚度 为1～2m左右，过薄的垫层(<0.5m)的作用不显著，垫层太厚 (>3m)则施工较困难。 换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜小于3m。
砂土：①不存在最优含水量； ②在完全风干和饱和两种状 态下易于击实；③潮湿状态 下不易击实
压实原理及压实参数
• 土的压实机理
d
粘土 颗粒 阳离子 水分子
粘性土
强结合水
粘性土在某种压实功能下 （标准压实功能）达到最 密时的含水量称为最优含 水量，对应的干密度称为 最大干密度
弱结合水
引力
自由水
d
压实原理及压实参数
换土垫层法
• 定义：
换填法在古今应用都十分广泛。 长城的城墙基础的地基用灰土处理。 换填法根据换填材料和施工工艺可分为：
砂垫层
换 填 材 料 碎石垫层 素土垫层 干渣垫层 粉煤灰垫层 施 工 机械碾压法 重锤夯实法 振动压实法
换土垫层法
• 适用性：
当软弱土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，
回填土
d
b
z
B= b+2ztg
砂（砂石、碎石垫层）
• 各参数的计算
pcz Pcd 填 z
( p c )b pz b 2 ztg
PZ + pCZ fz
条形基础 矩形基础,平 面分布
( p c )bl pz (b 2 ztg )(l 2 ztg )
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响
自重轻
击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
粉煤灰垫层经压实后承载能力的试 验结果可知，具有遇水后强度降低 的特性。当无试验资料时，压实系 数为0.9~0.95时的浸水垫层，其容 许承载力可采用120~200kPa,但尚 应满足软弱下卧层的强度和地基变 形要求。
压实原理及压实参数
• 土的压实机理
d d
粘性土
砂土
人们很早就用土 作为建筑材料， 而且知道要把松 土击实。公元前 200多年，我国 秦朝修筑驰实 （行车大道）， 就有用“铁锥筑 土坚实”的记载， 说明那时人们已 经认识到土的密 度和土的工程特 性有关。
粘性土在某种压实功能下 （标准压实功能）达到最 密时的含水量称为最优含 水量，对应的干密度称为 最大干密度
注意
排水砂垫层不同于置换垫层，前 者主要在基础底面设置厚度为 30cm的砂（或砂石、碎石）垫层， 以利于软土层的排水固结
（砂石、碎石）垫层
砂垫层的厚度设计
砂垫层厚度z应根据砂垫层底面下卧层 的承载力及建筑物对地基变形要求确定。 PZ + pCZ fz
按下 卧层 的承 载力 确定
pCD pCZ
填z
砂（砂石、碎石垫层）
• 沉降计算
• 当垫层断面确定后，对于重要的建筑物或垫层下 存在软弱下卧层的建筑物，还应进行地基的变形 计算。 垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成。 换填垫层在满足规范要求，垫层地基的变形可仅考虑 其下卧层的变形。对沉降要求严的或垫层厚的建筑， 应计算垫层自身的变形。 垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑地基基 础设计规范》的有关规定计算。
砂（砂石、碎石垫层）
• 砂（砂石、碎石）垫层质量检验 垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层 的压实系数符合设计要求后铺上层土。 检验方法有：环刀法、贯入仪、静力触探、轻 型动力触探或标准贯入试验检验；另对砂石垫 层也可用重型动力触探检验，并均应能过现场 试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检 验垫层的施工质量。压实系数也可用环刀法， 灌砂法等。
而软弱土层的厚度又不很大时，将基础底面下处理范围内 的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂、 碎石、素土、灰土、二灰、粉煤灰、高炉干渣或其它性能 稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实至要求的密实 度为止，这种地基处理方法称为换填法。
• 《建筑地基处理技术规范》JGG79-2002中规定： 4.1.1 换土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的 处理。
砂（砂石、碎石垫层）
• 砂（砂石、碎石）垫层施工
1、选料：
砂垫层和砂石垫层的材料，宜采用题起级配良 好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、卵石或碎石， 石子的粒径不宜大于50mm，砂、石料中不得含有杂 物，含泥量不应超过5％。对用作排水固结的砂垫层 ，其含泥量不宜大于3％。粉细砂也可以作为垫层的 材料，但因其不易压实，而且强度也不高，此时宜 掺入25％～30％的碎（卵）石，以保证垫层的密实 度和稳定性。
砂（砂石、碎石垫层）
• 砂垫层的宽度确定（JGJ79-2002）
砂（砂石、碎石垫层）
• 砂垫层承载力的确定
• 垫层的承载力决定于填筑材料的性质、施 工机具能量大小及施工质量的优劣等，一 般应通过试验现场确定。另外垫层承载力 的设计值尚必须对软弱下卧层的承载力验 算后再确定。 垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定， 并应进行下卧层承载力的验算。
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响
自重轻
击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
粉煤灰的压缩性能与击实功能、密 实度和饱和程度等因素有关。上海 规范指出应通过土工试验确定，当 无试验资料时，在压实系数为 0.9~0.95时，Es＝８～２０Ｍpa
换土垫层法
例题 :某四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每米120kN，基础的平均重度 为20kN/m³ 。地基土表层为粉质粘土，厚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fak=50kPa,第三层为密实的砂砾石,地下水 距地表为1m.因为地基土较软弱,不能承受建筑物的荷载,试 设计砂垫层.
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰是燃煤电厂排放的工业废弃物，每年排放量与日俱 增。粉煤灰是电厂在煤粉燃烧过程中，当煤通过炉膛高温时 绝大部分矿物杂质在高温下熔化，在被送到低温区时固化成 球状颗粒的玻璃体。
注意
粉煤灰的处理与利用已为我国一个比较突出的经济 和社会效益问题
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响 粉煤灰比重比粘性土小得多，一般 松散重度在６－７kN/m3间，经轻 型击实试验后干密度为 0.92~1.35t/m3;比土要轻的多，产 生差别的原因在于粉煤灰主要是以 硅，铝为主的非晶态玻璃球体组成， 结晶矿物含量较少。而粘性土矿物 都由石英、长石和粘土矿物等晶体 组成。
自重轻
击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响
自重轻
击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
c ，￠应通过室内土工试验确 定。当无试验资料时，可定为当压 实系数为0.9~0.95时，￠＝２３～ ３０，c=5-30kPa
压实原理及压实参数
影响土的压实性的因素
击实功能的影响 1、实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一 种土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小， 最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干 密度也大，最优含水率小 2、用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击数 进行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水 率与干密度关系曲线。
粉煤灰垫层
粉煤灰简介
粉煤灰的工程特性及其对环境的影响
自重轻
击实性能好 抗剪强度 压缩性 承载能力 渗透性 抗液化性 对环境的影响
粉煤灰颗粒组成近似砂质粉土，压 实过程中与压实初期具有较大的渗 透系数，但随着龄期的增加，渗透 性能逐渐减弱。
粉煤灰有火山灰反应—龄期效应
粉煤灰垫层
• 击实试验 轻型：粒径小于5毫米
V 947cm3 G 2.5Kg H 30 .5cm
25下，分三层击实
重型：粒径小于40毫米
V 2104 3 G 4.5Kg cm H 45 .7cm
56下分5层击实
压实原理及压实参数
• 击实试验
压实原理及压实参数
影响土的压实性的因素
含水率的影响 对同一种土料，分别在不同的 含水率下，用同一击数将他们 分层击实，测定土样的含水率 和密度，然后以含水率为横坐 标，干密度为纵坐标，绘制击 实曲线。 从图中可以看出，当含水率较 小时，土的干密度随着含水率 的增加而增大，而当干密度增 加到某一值后，含水率继续增 加反而使干密度减小。干密度 的这一最大值称为该击数下的 最大干密度，此时对应的含水 率称为最优含水率。
压实原理及压实参数
施工现场如何控制压实程度？
压实度
d c d max
现场施工的土料，土块大小不一， 含水量和铺填厚度又很难控制均匀，因 此实际压实土的均质性较差，固对现场 土的压实，应以压实系数来进行检验。
砂（砂石、碎石）垫层
砂（碎石、砂石）垫层的设计
设计要求： 既要求有足够的厚度以置换可能被剪 切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度 以防止砂垫层向两侧挤出。
换 土 垫 层 法
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