基底换填计算
什么是换填垫层法-换填垫层法计算
什么是换填垫层法-换填垫层法计算什么是换填垫层法-换填垫层法计算换填法是将基础地面以下一定范围内的软弱土挖去，然后回填强度高，压缩性较低，并且没有侵蚀性的材料的方法。
那么换填垫层法又是怎么样的呢?1.1 基本概念当建筑物基础下的持力层比较软弱、不能满足上部结构荷载对地基的要求时，常采用换填土垫层来处理软弱地基。
即将基础下一定范围内的土层挖去，然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等，并分层夯实至设计要求的密实程度，作为地基的持力层。
换填法适于浅层地基处理，处理深度可达2～3米。
在饱和软土上换填砂垫层时，砂垫层具有提高地基承载力，减小沉降量，防止冻胀和加速软土排水固结的作用。
工程实践表明，在合适的条件下，采用换填垫层法能有效地解决中小型工程的地基处理问题。
本法的优点是：可就地取材，施工方便，不需特殊的机械设备，既能缩短工期，又能降低造价，因此，得到较为普遍的应用。
1.2 适用范围换填法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
但在用于消除黄土湿陷性时，尚应符合国家现行标准《湿陷性黄土地区建筑规范》中的有关规定。
在采用大面积填土作为建筑地基时，应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定。
换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，并结合施工机械设备与当地材料来源等综合分析，进行换填垫层的设计，选择换填材料和夯压施工方法。
1.3 加固机理(1)置换作用。
将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，可提高地基承载力，增强地基稳定。
(2)应力扩散作用。
基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，从而减小基础沉降量，并使下卧层满足承载力的要求。
(3)加速固结作用。
用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的工后沉降。
地基处理之换填地基
地基处理之换填地基灰土地基灰土地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，用一定比例的石灰与土，在最优含水量情况下，充分拌合，分层回填夯实或压实而成。
灰土地基具有一定的强度、水稳性和抗渗性，施工工艺简单，费用较低，是一种应用广泛、经济、实用的地基加固方法。
适于加固深1〜4m厚的软弱土、湿陷性黄土、杂填土等，还可用作结构的辅助防渗层。
1.材料要求(1)土料采用就地挖出的粘性土及塑性指数大于4的粉土，土内有机质含量不得超过5%。
土料应过筛，其颗粒不应大于15mm。
12)石灰应用III级以上新鲜的块灰，含氧化钙、氧化镁愈高愈好，使用前1〜2d消解并过筛，其颗粒不得大于5mm,且不应夹有未熟化的生石灰块粒及其他杂质，也不得含有过多的水分。
2.施工工艺方法要点(1)对基槽(坑)应先验槽，消除松土，并打两遍底夯，要求平整干净。
如有积水、淤泥应晾干；局部有软弱土层或孔洞，应及时挖除后用灰土分层回填夯实。
(2)灰土配合比应符合设计规定，一般用3：7或2：8 (石灰：土，体积比)。
多用人工翻拌，不少于3遍，使达到均匀，颜色一致，并适当控制含水量，现场以手握成团，两指轻捏即散为宜，一般最优含水量为14%〜18%；如含水分过多或过少时，应稍晾干或洒水湿润，如有球闭应打碎，要求随拌随用。
(3)铺灰应分段分层夯筑，每层虚铺厚度可参见表7-1,夯实机具可根据工程大小和现场机具条件用人力或机械夯打或碾压，遍数按设计要求的干密度由试夯(或碾压)确定，一般不少于4遍。
灰土最大虚铺厚度表7-1（4）灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重窗间墙下接缝，上下两层的接缝距离不得小于500mm，接缝处应夯压密实，并作成直槎。
当灰土地基高度不同时，应做成阶梯形，每阶宽不少于500mm；对作辅助防渗层的灰土，应将地下水位以下结构包围，并处理好接缝，同时注意接缝质量，每层虚土从留缝处往前延伸500mm，夯实时应夯过接缝300mm以上；接缝时，用铁锹在留缝处垂直切齐，再铺下段夯实。
挡土墙基础换填专项处理方案
路基挡土墙基底处理专项处理方案一、概况璧山县S208线河福路福禄古镇规划区段公路工程河福路（K4+651.009~K8+264.951）挡土墙工程已陆续投入施工，就已进行基础开挖的挡墙基础承载力试验结论来看，很大部分基底承载力不能满足设计要求，因此，针对这种普遍情况，我项目部本着经济、适用的原则制定挡墙基础换填专项施工方案。
二、编制依据1、本工程施工设计图；2、《公路路基施工技术规范》；3、《公路路基设计规范》；4、《建筑地基处理技术规范》。
三、处理方案1、采用基础换填法提高路堤挡土墙地基承载力。
通过利用换填搞抗压强度、大应力扩散角、稳定性好、抗侵蚀性强的材料，并进行分层压实至满足承载要求。
2、换填材料采用片石及碎石，片石料尺寸控制在30cm内。
3、换填层计算。
①、换填尺寸根据σH≤[σ]确定。
其中σH，为换填层底面计算压力，KPa；[σ]为换填层层底处地基承载力，KPa。
挡土墙作为带状构造物，基础视为条形基础。
因此，计算换填厚度和换填层宽度以单位长度的挡墒进行计算。
②、换填层厚度计算。
换填层厚度可由公式计算：其中:b为挡墙基础宽度；σ为由荷载引起的挡墙基础地面平均压应力；&为换填材料应力扩散角；Υ为原地面至换填层顶面之间回填土容重；Υs为换填材料容重；hs 为换填层厚度；h为原地面至换填层层顶距离；k为安全系数，可根据《公路路基设计规范》JTGD30-2004表5.4.2-1取值。
由上式公式可知,换填层层顶荷载和挡土墙墙底宽度不变的前提下,换填层层底应力σn与换填层厚度hs 之间呈曲线变化关系,当换填层厚度（本公式可通过函数偏导求最大值法求得）后，换填层层底应力随换填层层厚增加而减小变为随换填层厚度增加而增大。
目前公路工程中普遍认为换填厚度为1.5-3m，小于1.5m 换填作用甚微。
③、换填宽度计算换填层宽度的计算中，不考虑换填层侧土承压能力，即换填层在传递荷载过程中，不对侧土产生横向压力。
专题地基处理方法--换填法
击实试验 《土工试验方法标准》（国家标准）
轻型：土d<5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3层, 25击， 落高30.5cm 重型：土d<40mm； V=2104cm3, m=4.5kg, 5层, 56击， 落高47.7cm
击实仪 •19
2 压实原理 质量控制
•17
2 压实原理
压实原理:当粘性土的土样含水量较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能
作用下，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。当增大土 样含水量时，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件下易于移动 而挤密，所以压实效果较好。但当土样含水量增大到一定程度后，孔隙中就出现了自 由水，结合水膜的扩大作用就不大了，因而引力的减少就显著，此时自由水填充在孔 隙中，从而产生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，因而设计时要选择 一个”最优含水量”wop ，这就是土的压实机理。
❖ 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。
换填法是浅层软土地基的处理方法。
b
回填土 换填土
•3
2. 换填法处理方法
按施工机械不同，施工方法有： 机械碾压 重锤夯实 平板振动
作为压（夯、振）实垫层的不同机具对待，这些施 工方法不但可处理分层回填土，又可加固地基表层土。 按回填材料不同,垫层(Cushion)可分为： 砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、 二灰垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层等；及土工合成材料 加筋垫层。
换填法垫层厚度的实用计算法
建 设部 对 小康住 宅建设 的一 条基 本要求 是设立集中管井，实现户外查表，表具可集 中 或分 楼层设 置 。这 对 于 提 高 管理 水平 ，提 高 居 住 质量具 有重 要意 义 。
由于也度 表 易 出 户 ，一般 住 宅 楼 已 将 电 度表装在楼梯问或其它公共场所 ，所以实现
１
和坩（ｄ＋－ ０．５》一 ＋ ） 。）］ （１２）
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［（ｂ＋２ ｔｇ ）（ｊ＋ ＋２Ｚ２培 ）］／ｆ（６＋
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取矩形基础宽度 ｂ＝Ｌ２ｍ，长度 ｛＝１．
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一
（２）确定 接 假想 条 形 基 础 算 出 的 垫 层 厚
度 ｌｚ。基 Ｊ耄压力 ：‘
‘
Ｐ 善＋枷 ＝ ＋．２０×ｏ－ ８
某三层建筑物 独立柱基础 （见图 １），轴
；１２５．９４ｋＰ粤 －
． ．
心荷重（算至 ±０．００）Ｆ ＝２１１．Ｏ８５ｋＮ，淤泥质
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7.2 置换法(换填法)
文献内容出自：高校土木工程专业指导委员会规划推荐教材《地基处理》P58浙江大学龚晓南编著同济大学叶书麟主审中国建筑工业出版社7.2 置换法（换填法）置换法是指应用物理力学性质较好的岩土材料置换天然地基中的部分或全部软弱土体或不良土体，形成双层地基或复合地基，以达到提高地基承载力、减少沉降目的一类地基处理方法。
不少地基处理方法在加固地基时都有置换作用，属于置换法的地基处理方法指的是以置换为主的一类地基处理方法，其方法主要有：换土垫层法、挤淤置换法、褥垫法、强夯置换法以及碎石桩置换法和砂桩置换法、石灰桩法、气泡轻质填土法和EPS超轻质料填土法等。
7.2.1 换土垫层法7.2.1.1 加固机理和适用方法换土垫层法就是将基础底面以下不太深的一定范围内软弱土层挖去，然后用强度高、压缩性能好的岩土材料，如砂、碎石、矿渣、灰土、土工格栅加砂石料等材料分层填筑，采用碾压、振密等方法使垫层密实。
通过垫层将上部荷载扩散传到垫层下卧层地基中，以满足提高地基承载力和减少沉降的要求。
填土垫层法适用于软弱土层分布在浅层且较薄的各类不良地基的处理。
7.2.1.2 设计换土垫层法加固地基设计包括垫层材料的选用，垫层铺设范围、厚度的确定，以及地基沉降计算等。
1.垫层材料选用 P59采用换图垫层处理地基，垫层材料可因地制宜地根据工程的具体条件合理选用下述材料：⑴砂、碎石或砂石料；⑵灰土；⑶粉煤灰或矿渣；⑷土工合成材料加碎石垫层等。
2.确定垫层铺设范围垫层铺设范围应满足基础底面应力扩散的要求。
对条形基础，垫层铺设厚度B可根据当地经验确定，也可按下式计算：≥+B b zθ2tan式中 B—垫层厚度，m；b—基础底面宽度，m；Z—垫层厚度，m；θ—应力扩散角，可按下表采用整片垫层的铺设宽度可根据施工的要求适当放宽。
垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm，或从垫层地面两侧向上，按当地开挖基坑经验放坡。
3.确定垫层厚度垫层铺设厚度根据需要置换软弱土层的厚度确定，要求垫层底面处土的自重应力与荷载作用下产生的附加应力之和不大于同一标高处的地基承载力特征值，如下图所示。
换填法
z cz f z
f z fk b (b 3) d d (d 0.5)
b
zd
回填土 砂垫层
P
θ
Pcz Pz b
z cz f z fz f0 b 0 (b 3) d d (d 0.5)
σz垫层底面处附加应力设计值 fz垫层底面修正承载力设计值
E si
s
将软弱土换填，刚度提高，相 应的地基沉降减小
D
i-1z
zi
σc线
计算下限
σc(i-1) p 1i σci
σc
σz(i-1) Δp1i
σzi
σz线
p1i=(σci+σc(i-1))/2 Δpi=(σzi+σz(i-1))/2
σz=0.2或0.1σc
Hi
s
n i 1
e1i 1
e2i e1i
z /b 1/1.2 0.83 0.5
砂垫层
查表得 Pcz 3Pz00
b
砂垫层底面附加应力：
z
b p
b 2z tan
1.2102.5 1.2 21 tan300
52.2(kpa)
P
d
z
cz
1h
2
z
回填土
θ
17.51 (1砂7垫.8层 10) 1
w
结合水膜增厚，孔隙中出现自由水，由于
自由水充填于孔隙之中，阻止了土粒移动。
（2）不同压实功下：
干密度ρd
压实功越大，最大干密度相应 增大，而最优含水量越小。
A 碾压6遍
B 碾压12遍 C 碾压24遍
换填法
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。
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。
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
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）
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基底换填应力计算
垫层底面地基的承载力容许值fa=180.0kPa
基础底面压力标准值Pk=240.0kPa地基土的容许承载力[σ0]=180基础底面自重压力标准值Gk=27.00kPa地基土容许承载力宽度修正系数k1=0
垫层底面自重压力标准值Gsk=56.25kPa基底下持力层土的天然容重γ1=18
回填土容重γ=18.00KN/m3基础底面的最小边宽b=66砂砾垫层容重γs=19.50KN/m3地基土容许承载力深度修正系数k2=2
基底埋置深度h= 1.50m基础底面的埋置深度h= 3.3 3.3换填深度z= 1.50m
基础长度l=13.00m
基础宽度b= 1.90m
z/b=0.79
砂砾扩散角ф=30.00度
砂砾垫层长度A=14.73m
砂砾垫层宽度B= 3.63m
条形基础垫层底面附加应力标准值Pok=111.42kPa
矩形基础垫层底面附加应力标准值Pok=98.32kPa
条形基础垫层底面要求承载力Pok+Gsk167.67kPa
矩形基础垫层底面要求承载力Pok+Gsk154.57kPa
条形基础计算结果满足设计要求地基土修正后的容许承载力[σ0]=190.8
矩形基础计算结果满足设计要求
一个基础换填工程量113.41m3
453.63。