换填垫层法地基处理计算书
土木工程施工第2章 换填垫层法
换填法多用于公路构筑物的地基处理，在建筑工程中
也有一定范围的应用。换填法的加固原理是根据土中附加应 力分布规律，让垫层承受上部较大的应力，软弱层承担较小 的应力，以满足设计对地基的要求。
2、垫层的作用
（1）提高持力层的承载力 通过扩散作用使传到垫层下软弱土层的应力减小。
（2）减小沉陷量
一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比 例是比较大的。以条形基础为例，在相当于基础宽度的
（7）土工合成材料 由分层铺设的土工合成材料与地基土构成加筋垫层。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。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。
（8）聚苯乙烯板块垫层EPS
EPS是发泡聚苯乙烯俗名泡沫塑料。这种材料具有超轻 的特点（密度约0.2～0.3kN/m3），仅为普通路堤填料质量
（应力扩散角θ=30°，z/B>0.5） （基础及其上填土平均重度γG=20kN/m3。）
答： （1）假定砂垫层的厚度z＝1.6m，并要求分层碾压夯实，干密 度达到大于1.6g/cm3；则应力扩散角θ=30°。 （2）砂垫层厚度验算 基础底面平均压力设计值
F G 150 1.2 1 20 p 145kPa B 1.2
3、垫层承载力的确定
经换填处理后的地基，由于理论计算方法尚不够完善，
垫层的承裁力宜通过现场载荷试验确定。当无试验资料时， 可按下表选用，并应验算下卧层的承载力。
例题：某五层砖石混合结构的住宅建筑，墙下为条形基础， 宽B＝1.2m，埋深பைடு நூலகம்=1m，上部建筑物作用于基础上的荷载
F=150kN/m。地基土表层为粉质粘土，厚h1=1m，重度γ1＝
道路换填垫层法计算,看完之后秒懂!
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一、换填设计原则
1、原理及适用范围
换填法就是将基础底面以下不太深的一定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、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、粉煤灰、矿渣等材料以及土工合成材料分层充填，并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动，使之达到要求的密实度，成为良好的人工地基。
换填处理深度范围0.5m〜3m ，处理宽度至少比基础每侧宽0.5m〜1m。
换填法适用于浅层地基处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗洪、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。
2、各种垫层的承载力
垫层的承载力宜通过现场试验确定，当无试验资料时，可按照下表选用，并应验算下卧层的承载力。
二、案例分析
案例分析
如圈地质资料,无地下水‘逋路采用换墳处理谶「换煩采用灰土换填r直表灰土垫雇承载力特征AS取bPOOIcp肯F灰土垫层重度取18KN/m* #道路填土高度为3m ’路珈面宽度为弓Om （填土及路面结构层重度取20KN/M ■问道路换煩深蛮多少能满足软弱下卧层淤泥质土层承哉力验算的蓉求？
f。
地基处理_3换填法
? 基底换填 ? 0.6m
灰土垫层施工检验
铺设砂垫层
天津港开发区
抽检砂垫层
路
基
填 土
平整砂垫层
地下室底板下的砂垫层、砼垫层、防水层及砼保护层
基础灰土垫层施工阶段
3.1 概述
定义：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，压缩性能好的岩土材料（砂、 碎石、矿渣、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（土工格栅），并压 （碾、夯、振）实至要求的密实度，并形成垫层。
? 换土垫层法包括：低洼地域筑高和堆填筑高 ? 优点：就地取材、施工简单、机械设备简单、工期短、造价低。 ? 处理深度：3~5m 以内。
3.1.1 加固机理和适用范围
加固机理： 换填、振密、应力扩散。 种类： 砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、
灰土垫层、二灰垫层、矿渣垫层和粉煤灰垫层、土工合 成材料加碎石垫层等。
(3)加速软弱土层的排水固结。建筑物的不透水基础直接与软弱土层相 接触时，在荷载的作用下，软弱土层地基中的水被迫绕基础两侧排出， 因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导 致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫 层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，可以 使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提 高其强度，避免地基土塑性破坏。
（二）素土施工要点 1．基坑（槽）在铺设素（灰）土前必须先进行验槽。 2．碾压前土料的含水率应接近最优含水率。 3．灰土应 拌和均匀 ，拌好后应 及时铺好压实 ，灰土压实 后3天内不能受水浸泡。 4．灰土的 虚铺厚度 ，可根据不同的施工方法按下表选用 。每层灰土的夯打遍数，应根据设计要求的干密度在现 场试验确定。
地基处理课程设计计算书
地基处理课程设计计算书武汉滨江住宅区2#住宅楼地基处理工程设计（编号B3D3F3）目录一、设计说明1、设计目的2、设计依据3、设计要求4、设计原则二、工程概况1、工程概述2、工程地质条件三、地基处理方案论证1、常用地基处理方案2、地基处理方法选择四、复合地基设计1、桩长及桩径的选择2、布置方式的设计3、承载力计算4、沉降计算5、施工设计五、设计总结1、施工图2、质量控制与检验一、设计说明1、设计目的（1）提高地基承载力结构的荷载最总都将传到地基上，结构建筑物的强度很大，而基础能够承受的强度却很小，压缩性很大。
通过适当的措施，改善和提高土的承载能力。
（2）改善剪切特性地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的抗剪强度。
因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。
（3）改善压缩特性主要是采用一定措施以提高地基土的压缩模量，藉以减少地基土的沉降。
另外，防止侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。
（4）改善透水特性由于地下水的运动会引起地基出现一些问题，为此，需要采取一定措施使地基土变成不透水层或减轻其水压力。
（5）改善动力特性地震时饱和松散粉细砂（包括一部分轻亚粘土）将会产生液化。
因此，需要采取一定措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震特性（6）改善特殊土的不良地基特性主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀性等特殊土的不良地基特性2、设计依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）《地基处理手册（第三版）》——“中国建筑工业出版社龚晓楠2008《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）《地基处理技术》——华中科技大学出版社郑俊杰2004《地基处理》——中国建筑工业出版社叶书麟 2003《基础工程》——北京高等教育出版社赵明华20033、设计要求根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），对比分析可选择的地基处理方案，结合工程的要求和天然地基存在的主要问题，结合上部结构的类型、荷载的性质，并认为主要考虑复合地基处理方法与均质人工地基处理方法同时要求：（1）对所选用的地基处理的方案进行比选后的可行性论证，同时要考虑经济、施工周期等各项条件进行的必要分析；（2）绘制平面布置图、剖面图；（3）编写设计计算说明书一份，内容包含完整的计算说明书，内容参照设计要求，详细叙述每一步设计的细节；书写清楚，字体端正，列入主要过程的计算步骤，计算公式；（4）图件：布图合理，图面整洁，线条及字体规范，图中书写字体一律采用仿宋体4、设计原则考虑建筑地基处理工程存在工程量大、工期紧张、施工条件差等客观因素，因而设计原则上确保工期的情况下、在确保工程质量不受影响的情况下，力争做到好、快同步，又快又好。
《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。
砂石粉煤灰垫层换填法地基处理设计
§2.3 换填垫层法
【解】:
(1)先假设砂垫层的厚度为1m，并要求分层碾压夯实 ，干密度达到>1.5t/m³。
(2)砂垫层厚度的验算：根据题意，基础底面平均 压力设计值为：
P F G 120 1.2 1 20 120kPa
b
1.2
(3)砂垫层底面的附加应力计算:
z
1.2(120 17.5 1) 1.2 2 1 tan 30
这说明所设计的垫层厚度不够，再假设垫层厚度为1.7m，则:
b'
z cz 34.46 30为.76 65.36kPa f x 72.83kPa
(5)确定砂垫层的底宽:
b' b 2z tan
1.2 2 1.7 tan 30 3.2m
§2.4 粉煤灰垫层
§2.4 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。
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。
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
§2 .3 砂（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。
自重轻对工程来讲是好还是不好？
§2.4 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
换填计算书
---------------------------------------------------------------------- 计算项目: 地基处理计算 1---------------------------------------------------------------------- [ 计算简图 ]---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]---------------------------------------------------------------------- [ 基本参数 ]地基处理方法：换填垫层法[ 基础参数 ]基础类型：矩形基础基础埋深： 1.400(m)基础宽度： 4.800(m)基础长度： 7.050(m)基础覆土容重： 20.000(kN/m3)基底压力平均值： 220.0(kPa)基底压力最大值： 220.0(kPa)[ 土层参数 ]土层层数： 6地下水埋深： 18.420(m)压缩层深度： 18.000(m)沉降经验系数： 0.400地基承载力修正公式：承载力修正基准深度d0： 0.500(m)序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力鏱鏳(m) (kN/m^3) (kN/m^3) (MPa) (kPa)1 素填土 2.000 19.3 --- 10.780 20.0 0.000 1.0002 粘性土 0.500 18.5 --- 9.140 90.0 0.000 1.6003 粘性土 0.800 18.1 --- 8.920 130.0 0.000 1.6004 粘性土 0.700 18.7 --- 21.300 210.0 0.000 1.6005 粘性土 4.300 18.3 --- 16.990 150.0 0.000 1.0006 粘性土 6.000 19.0 --- 19.890 170.0 0.000 1.600***鏱-- 基础宽度地基承载力修正系数***鏳-- 基础深度地基承载力修正系数[ 换填垫层参数 ]材料类型： C***A类：中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣等***B类：粉质粘土、粉煤灰等***C类：灰土等压缩模量： 25.000(MPa)承载力： 220.000(kPa)厚度： 1.850(m)顶面宽度： 9.575(m)底面宽度： 6.800(m)顶面长度： 11.825(m)底面长度： 9.050(m)压力扩散角： 28.000(°)----------------------------------------------------------------------计算结果:----------------------------------------------------------------------1. 垫层承载力验算基底平均压力pk： 220.0(kPa)基底最大压力pkmax： 220.0(kPa)基底自重压力pc： 27.0(kPa)垫层承载力特征值fz： 247.8(kPa)pk <= fz, 满足！pkmax <= 1.2*fz, 满足！因此换土垫层承载力满足要求！2. 换填垫层底面处承载力验算垫层应力扩散角瑁 28.0(度)垫层底附加应力pz： 107.0(kPa)垫层底自重应力pcz： 61.4(kPa)垫层底pz + pcz： 168.4(kPa)垫层底地基土承载力特征值fz： 213.2(kPa)pz + pcz <= fz,垫层底面地基土的承载力满足要求！3. 垫层尺寸验算按照构造要求验算垫层顶面宽度和长度:基础底面宽度B： 4.800(m)垫层顶面宽度B1： 9.575(m)(B1-B)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面宽度超出基础底边宽度不小于300mm！基础底面长度L： 7.050(m)垫层顶面长度L1： 11.825(m)(L1-L)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面长度超出基础底边宽度不小于300mm！按应力扩散角验算垫层底面宽度和长度:垫层底面宽度B2: 6.800(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布宽度B + 2ztg: 6.767(m) 垫层底面宽度B2 >= B + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！垫层底面长度L2: 9.050(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布长度L + 2ztg: 9.017(m) 垫层底面长度L2 >= L + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！4. 下卧层承载力验算土层号深度pz pcz pz + pcz fz 是否满足(m) (度) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa)4 3.30 15.9 106.2 62.3 168.6 294.6满足！5 4.00 23.0 91.7 75.4 167.1 216.0满足！6 8.30 23.0 44.5 154.1 198.6 401.7满足！7 14.30 23.0 22.0 268.1 290.1 584.0满足！***-- 土层的应力扩散角***pz -- 下卧层顶面处的附加应力值***pcz -- 下卧层顶面处土的自重压力值***fz -- 下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值5. 沉降计算沉降计算点坐标(X0,Y0) = (0.000,0.000)层号厚度压缩模量 Z1 Z2 压缩量应力系数积分值 (m) (MPa) (m) (m) (mm) (z2a2-z1a1)1 0.60 25.000 0.00 0.60 4.62 0.59892 0.50 25.000 0.60 1.10 3.78 0.48953 0.75 25.000 1.10 1.85 5.30 0.68704 0.05 8.920 1.85 1.90 0.93 0.04305 0.70 21.300 1.90 2.60 5.06 0.55816 4.30 16.990 2.60 6.90 22.12 1.94727 11.10 19.890 6.90 18.00 12.15 1.2520压缩模量的当量值： 19.942(MPa)沉降计算经验系数： 0.400总沉降量：0.400 * 53.96 = 21.58(mm)***Z1 -- 基础底面至本计算分层顶面的距离***Z2 -- 基础底面至本计算分层底面的距离。
2019年《地基处理技术》换填垫层法、排水固结法、强夯法和强夯置换法
2 控制压实效果的主要因素
（1）最优含水量 在一定的压实机械的功能条件下，土最易于被 压实、并能达到最大密实度时的含水量，称为最优 含水量，相应的干密度称为最大干密度。最优含水 量大致为塑限＋2％。土中黏土矿物含量大，则最优 含水量越大。 （2）压实功能 当压实功能较小时，土压实后的最大干密度较 小，对应的最优含水量则较大。所以，在压实工程 中，若土的含水量较小，则需选用夯实功能较大的 机具，才能把土压实至最大干密度。
3.5 粉煤灰垫层(Flyash Cushion)
粉煤灰垫层适用于厂房、机场、公路和堆场等
工程大面积填筑。 粉煤灰的工程特性 （1）自重轻。松散重度6～7kN/m3，击实 后干重度9.2～13.5 7kN/m3。 （2）击实性能好。粉煤灰的最优含水量变 动幅度是4％，大于土的2％的变动幅度。 （3）抗剪强度。粉煤灰的抗剪强度指标与 粉煤灰的灰种、剪切方法、压实系数大小和龄 期长短有关。当压实系数为0.9~0.95时,黏聚力 5~30kPa,内摩擦角23~30度。
b( p k pc ) b 2 z tg
压力扩散角
换填 材料 z/b
中砂、粗砂、 砾砂、圆砾、 角砾、石屑、 卵石、碎石、 矿渣
粉质黏土、 粉煤灰灰土0.25源自20628
≥ 0.50
30
23
28
2 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 的要求，可按下式确定：
b b 2 z tg
垫层底面处的附加压力值可分别按下两式计算：
对条形基础 p z bl ( p k pc ) pz 对矩形基础 (b 2 z tg )(l 2 z tg ) 式中 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 处的平均压力值（kPa）； pc－－基础底面处土的自重压力值（kPa）； z －－基础底面下垫层的厚度（m）； θ－－垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当 无试验资料时，可按下表采用。
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16#东头基础承载力计算书
地勘报告采用的标高与总图标高不一致，差值为0.7米，总图上标注16#楼±标高为29.80米，对应地勘报告为30.50米，设计室内外高差0.3米，即设计室外地面对应地勘报告为30.20米，16#东头在地勘剖面上对应第20-20轴的117点。
117点处现状地面为29.56米。
现场挖坑的坑底标高为25.0米，从地勘剖面看已深入第3层粘土层约0.5米。
分层铺填级配砂石垫层总厚度为1.20米，
1、按照《建筑地基处理技术规范》4.2.2条复核中间轴基础尺寸
式4.2.2-1 z cz ae p p f +≤
承载力修正用的埋深 5.5d m =，m 1.018，d ηγ==，
01.200.25,0.25=20， 取，查表z z m b
θ=> 110 1.018(5.50.5)200ae f kPa =+⨯⨯-=
=5.51899cz p kPa ⨯=
故20099101z ae cz p f p kPa ≤-=-=
根据公式4.2.2-3 ()(2tan )(2tan )
k c z bl p p p b z l z θθ-=++且b l =，()2100k c bl p p kN -=
2ztan 4.56b m θ+==
4.562ztan 4.562 1.2tan 20 3.69b m θ=-=-⨯⨯=
2、按照《建筑地基处理技术规范》4.2.2条复核南北边轴基础尺寸
式4.2.2-1 z cz ae p p f +≤
承载力修正用的埋深 5.2d m =，m 1.018，d ηγ==，
01.200.25,0.25=20， 取，查表z z m b
θ=> 110 1.018(5.20.5)194.6ae f kPa =+⨯⨯-=
=5.21893.6cz p kPa ⨯=
故194.693.6101z ae cz p f p kPa ≤-=-=
根据公式4.2.2-3 ()(2tan )(2tan )
k c z bl p p p b z l z θθ-=++且b l =，()1200k c bl p p kN -=
2ztan 3.45b m θ+==
3.452ztan 3.452 1.2tan 20 2.58b m θ=-=-⨯⨯=
考虑到施工等不利因素等，经上述计算后，基础尺寸再略有放大。