换填垫层法计算实例
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。
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＝
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）
Ｘ
（
与条
形基
础一样 ，可 ．■
，口
８
、，
取
＝０， ＝１．１，
＝ｌｓｋ￣ｎ？，将此散据代人 （１２）式得 ：
。
载力罄芷系数 仉 为 Ｏ；基 础埋量深度惨 正系
［（ｂ＋２ ｔｇ ）（ｊ＋ ＋２Ｚ２培 ）］／ｆ（６＋
数 粕 ＝１．１，并且 辞 取 １８ｋＮ／ 将 逮 些 ２ｚｌｔｇ８） ｔＡ ＋１．１ ｘ：１８（ ４－ｚｉ—ｎ．５，一（ｄ
取矩形基础宽度 ｂ＝Ｌ２ｍ，长度 ｛＝１．
６血
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
数据代人 （Ｓ）式褥 ：
６（Ｐ．一Ｐ
ｂ＋２Ｚｉｇ８ 。
（ｄ＋Ｚ一０．５）
整理 后得 ｔ
３．６ｔｇ６酽 ＿ ＋［１：ｓ（２ｄｔｇ￣＋６，）一１９．￣Ｓｔｇ０＋
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换填法垫层厚度的实用计算法
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一 （４）
将（２）、（３）、（４）代人（１）式得 ￡’
ｆ ＋（ｄ＋ｚ） 。＝＾ （６·一３）＋
舶 ｙ。（ｄ＋＝一０．５） 式中 ６—条形基础的宽度（ｍ）；‘
（５）
变 化 ，一般随着 垫层 厚度 ｚ的增 大 ， 、Ｐ 增 大而 Ｐ。减 小 ，因而 目前普遍 采 用的设计方法
换 土垫层设 计 的主要 内容是 确定 垫层的 厚度 和 宽度 ，而确 定 垫 层厚 度是 换 土 垫 层设 计 的关键 ，只要 确定 了垫层 厚度 ，根据压力扩 散角理论不难确定垫层的宽度 规范确定垫 层厚度 的方 法是根 据作用 在垫层底 面处 土的 自重应力 Ｐ 与附加应力 Ｐ 之和碰不大于 软弱 土层地 基承载 力 试 算满足这 一条 件。 但 由于 、Ｐ 均 随垫 层厚度 ｚ钧变 化 而
法领反复试 算 的缺点 。
关麓词 兰兰兰．兰墨墨壅 实用兰兰 毛 张 。亏 越 ．
１ 换填法的应 用现状及垫层厚度确定 的方
法
。
在软弱地基 上建造建 筑物 ，在我国 占有
相当大的比例 ，但由于软土压缩性高 ，承载力
垫层工程量计算例题
垫层工程量计算例题
垫层工程量计算例题
垫层工程量计算是在土建工程中常见的一项任务，它用于确定需要多少材料来填充和平整地基，以便为上部结构提供稳定的基础。
以下是一个垫层工程量计算的例题，帮助我们理解如何进行这项计算。
例如，假设我们需要为一座新建筑物的地基提供一个垫层，地基的尺寸为20米长、15米宽、1.5米深。
根据工程要求，我们需要使用C25的混凝土作为垫层材料。
现在我们需要计算需要多少方的混凝土来填充整个地基。
首先，我们需要计算地基的体积。
地基的体积可以通过将地基的长度、宽度和深度相乘得到。
在这个例子中，地基的体积为20米 * 15米 * 1.5米 = 450立方米。
接下来，我们需要计算混凝土的用量。
混凝土的用量可以通过将地基的体积除以混凝土的容重得到。
假设C25混凝土的容重为2400千克/立方米，那么混凝土的用量为450立方米 / 2400千克/立方米= 0.1875吨。
因此，我们需要0.1875吨的C25混凝土来填充整个地基。
除了计算混凝土的用量外，我们还需要考虑其他因素，如垫层的均匀性和厚度的控制。
在实际工程中，我们还需要考虑到混凝土运输、浇筑和压实的过程中的损耗和浪费。
因此，在进行垫层工程量计算时，还需要对这些因素进行合理的估计。
总结起来，垫层工程量计算是土建工程中必不可少的一项任务。
通过计算地基的体积和混凝土的用量，我们可以确定需要多少材料来填充和平整地基。
然而，在进行此类计算时，我们还需考虑其他因素，并对其进行合理估计，以确保工程的顺利进行。
换填垫层法的概念施工技术与工程实例
3.1 概述 3.1.1换填垫层法概念与应用
换填垫层法也称为换填法，是指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是很大时，将基础底面以下处理 范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂、碎石、 素土、灰土、粉煤灰、高炉干渣等强度较大、性能稳定和无侵蚀性的材料，
200～500
平板振动器
150～250
压实遍数 6～8 8～16 3～4 6～8 10 — —
为了保证有效压实深度，机械碾压速度控制范围为：平碾为2km/h；羊 足碾3km/h；振动碾2km/h；振动压实机0.5km/h。
2）重锤夯实法
重锤夯实法是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。
d s ——土粒相对密度； wop ——土的最优含水量。
（3）击实功
击实功是用击数来反映的，如用同一种土料 ，在同一含水 线，从而得出以下结论。
•
1）对于同一种土，最优含水率和最大干密度随击实功
而变化；击实功愈大，得到的最优含水率愈小，相应的最大
1）粉煤灰材料 粉煤灰是燃煤电厂中磨细煤粉在锅炉中燃烧后从烟道排出并被收尘
器收集的物质，其主要成分是SiO2、Al2O3和Fe2O3等。 粉煤灰颗粒尺寸变化范围大，从几百微米到几微米，比表面积一般
为2500～7000cm2/g，比重为2.01～2.22。 我国根据粉煤灰的细度和烧失量将其分为三个等级： Ⅰ级粉煤灰，0.045mm方孔筛筛余量小于12%，烧失量小于5%； Ⅱ级粉煤灰，0.045mm方孔筛筛余量小于20%，烧失量小于8%； Ⅲ级粉煤灰，0.045mm方孔筛筛余量小于45%，烧失量小于15%。
换填垫层法参考
根据重庆宏源勘测设计有限公司提供的重庆开县康园自行车有限公司厂房工程地勘报告，本工程基础采用卵石垫层法对地基进行处理，即在基础底面影响范围内（每边宽出柱下独立基础基底各1.5m范围内），挖除素填土层及及局部的冲洪积层，换填1.2m厚的4：3：3的级配卵石层，在卵石层之上做独立基础。
换填卵石层置于粘土层上，粘土层地基基础承载力特征值不小于160 kPa。
具体要求及计算：一、卵石填料的标准要求：要求采用级配卵石，其配比关系宜为4：3：3即：卵石4（砾径50≥d≥20mm）:圆砾3（砾径20≥d≥2m m）:中粗砂3（砾径2≥d≥0.25mm）。
最大粒径不超过50mm，含泥量﹙＜0.1mm颗粒含量﹚不超过3%。
二、施工参数：①、使用18-24吨振动压路机；②、压路机行驶度≤50m/min；③、毎层压实填料虚铺厚度≤40cm；④、毎层先静压2遍，再振压8遍。
的确定三、卵石垫层承载力特征值fak由静载荷试验确定或由N超重型动力触探试验确定。
由灌水、灌砂法确定其压120实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表4.2.6确定：当压实系数在0.94-0.97时，对于地基基础设计等级为丙级的建筑，其承载力特征值可取250kPa。
四、卵石垫层的计算：1、依据JGJ79-2002规范第4.2.1条，垫层的厚度Z应根据下卧层的承载力确定，并符合下式：Pz+Pcz≤faz式中：Pz-垫层底面处的附加压力Pcz-垫层底面处土的自重压力f-垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。
az2、灰土垫层的承载力卵石垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，本工程的地基础设计等级为丙级，当4:3:3卵石垫层的压实系数不小于0.95时，其承载力特征值f a 可采用250kPa 。
3、计算基础底面面积A ：卵石垫层的地基承载力特征值﹙不做深度修正﹚f a =250kPa ，单柱荷重标准值F k =2400kN ，基础埋深d=2.50m ，基础及上覆土的平均重度γ=20kN/m 3。
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。
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垫层计算
基础埋深d=
1.6
m
垫层厚度z=
1.4
m
基础宽度b=
2.9
m
基础长度l=
2.9
m
垫层压力扩散角θ=
28
度
土容重γ=
18
kn/m3
地基承载力特征值：fak=
100
kpa
地基承载力深度修正系数：ηd=
2
基底平均压ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标准值（包括基础自重）Pk=
180
kpa
基底处土自重压力标准值Pc=dγ=
28.8
190
kpa
垫层底面处土自重压力标准值Pcz=γ(d+z)=
54
kpa
垫层底每边超出基础宽度(不小于0.3)b1=ztgθ=
0.74
m
独基计算结果(pz+pcz)-faz=
120.02
—
190.0
=
-69.98
满足要求
条基计算结果(pz+pcz)-faz=
153.91
—
190.0
=
-36.09
满足要求
kpa
垫层宽b'=b+2tgθ=
4.39
m
条基垫层底面处附加压力标准值Pz=[b(Pk-Pc)]/(b+2ztgθ)=
99.91
kpa
独基垫层底面处附加压力标准值Pz=[bl(Pk-Pc)]/[(b+2ztgθ)(l+2ztgθ)]=
66.02
kpa
地基承载力特征值（垫层底面处经深度修正）faz=fak+ηdγ[(d+z)-0.5]=
表4.2.1
压力扩散角θ（度）
换填材料
中砂.粗砂，砾砂，园砾，角砾，石宵，卵石，碎石，矿渣
粉质粘土，粉煤灰
灰土
z/b
0.25
20
6
28
>=0.50
30
23
注：
1.当z/b<0.25,除灰土取θ=28。外,其余材料均取θ=0。，必要时宜由试验确定。
2.当0.25<z/b<0.5时，θ值可内插求得。
3.垫层厚度不宜小于0.5m,也不宜大于3m。