地基处理换土垫层法
人工地基处理方式之换土垫层法
人工地基处理方式之换土垫层法
当建筑物基础下的持力层相当软弱、不能不能满足上部荷载对地
基的要求时，常选用换土垫层法来处理软弱土地基，即将基础下一定
一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等，
并夯至密实。
实践证明：换土垫层可以有效地处理某些荷载不大的建筑物地基
问题。
归为换土垫层按其回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫
层等。
垫层的主要作用：
1)提高地基承载力;
2)减少沉降量;
3)加速软弱土层的排水固结;
4)防止冻胀;
5)消除膨胀丁桂的胀缩作用。
换填法适用于浅层地基检视处理，包括淤泥、淤泥质土、松散素
填土、杂填土等。
一般而言换填法还适用于一些地域性特殊土的处理，例如在西安地区西安地区可消除粘土的湿陷性，用于山区地基可处理
岩面倾斜、破碎、高低差，软硬不匀以及岩溶等，用于用于描述季节
性冻土钢架可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。
换土垫层地基处理方法施工实例
换土垫层地基处理方法施工实例地基处理方法是建筑工程中非常重要的一个环节，其质量直接影响着建筑物的安全性和使用寿命。
在这里，我们将介绍一种常用的地基处理方法：换土垫层法，并结合施工实例进行说明。
一、换土垫层法的概念换土垫层法是一种改善地基土质条件，提高地基稳定性的地基处理方法。
换土垫层的目的是通过清除原有松软、有机质含量高的地基土层，采用坚实的砂土或碎石等作为新的地基，从而提高地基的承载力和稳定性。
二、换土垫层法的施工步骤1.现场勘测和设计：地基处理是建筑施工的重要环节之一，因此，在进行换土垫层处理前，需要对施工现场进行详细的勘测和设计。
2.清理原有土层：在施工前，需要将原有的松软、有机质含量高的土层清理干净。
清理后，需要进行地面硬化，保证施工时的平整度和稳定性。
3.选材和运土：在对地面进行硬化后，需要选用坚实的砂土或碎石等作为新的地基。
在运土过程中，需要注意控制运输车辆的速度和质量，避免对地面造成损坏。
4.铺设新的地基：在选材和运土完成后，需要将新的地基均匀地铺设于原有土层之上。
铺设完毕后，需要进行细化压实，保证地基的密实度和稳定性。
5.进行验收和回填：在施工完成后，需要对地基进行验收，并对施工质量进行检查。
在验收合格后，进行回填工作，保持施工现场的整洁和平整。
三、施工实例某工地在进行新建地下停车场工程时，施工现场发现原有土层松软且有机质含量较高，不能满足地下停车场的承载力和稳定性要求，根据现场实际情况，决定采用换土垫层法进行地基处理。
在施工前，进行了详细的勘测和设计，并确定了施工方案和选材方案。
在施工过程中，按照施工步骤进行操作，清理了原有松软、有机质较高的土层，选择了坚实的砂土作为新的地基，运输车辆严格按照规定的速度和质量进行运输，确保土壤不会出现松散现象。
在铺设新的地基过程中，施工人员进行了细化压实，保证地基的密实度和稳定性。
在施工完成后，进行了严格的验收和检查，并对施工现场进行了回填处理。
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%；
地基处理中换土垫层法的应用
地基处理中换土垫层法的应用摘要: 根据工程实例，介绍了软弱地基处理的换土垫层法的实际设计应用情况。
关键词：地基处理,换土垫层法,前言在进行建筑物的基础处理设计时，时常会碰到软弱地基问题。
下面根据自己的一些工作实践经验，谈一下软弱地基如何处理和换土垫层法在万科棠越一期一号泵站机房基础设计中的应用情况。
由于换填法施工工艺简单、工期短、成本低、处理效果显著,在地基处理中被广泛采用,所以掌握该方法的设计计算过程就很重要了。
下面比较详细地阐述了换土垫层法的设计计算过程并以具体的实例来说明。
1设计计算内容1.1垫层厚度的确定垫层厚度z应根据垫层底面下卧软弱土层的承载力来确定,即要求作用在垫层底面出土的自重压力与附加压力之和不大于下卧软弱土层的地基承载力,应满足下式要求:Pz+Pcz≤faz (1)其中,Pz相应于荷载效应标准组合时,垫层底面处的附加压力,kPa;P Pcz为垫层底面处的自重压力,kPa; faz为垫层底面处经深度修正后的下卧土层地基承载力特征值,kPa。
垫层底面处的附加压力Pz,除了可用弹性理论的土中应力公式进行计算外,还可按压力扩散角的方法进行简化计算:条形基础:（2）矩形基础:（3）其中,b为矩形基础或条形基础底面的宽度,m;L为矩形基础底面的长度,m;Pk 相应于荷载标准组合时的基础底面压力,kPa;Pc为基础底面处土的自重压力,kPa;z为基础底面下垫层的厚度,m;θ为垫层的压力扩散角,宜按试验确定,当无试验资料时,可按表1确定。
1.2垫层宽度的确定确定垫层宽度时,应满足基础底面压力扩散的要求,同时还应考虑到垫层应有足够的宽度及垫层侧面土的强度条件,以防止垫层材料向侧边挤出而增加垫层的竖向变形量。
垫层的宽度可按下式压力扩散角的方法进行计算,或根据当地经验确定:b′≥b+2ztanθ（4）其中,b′为垫层底面宽度,m;θ为垫层压力扩散角,可按表1采用,但当z/b≥0.25时,仍按z/b=0.25取值。
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。
(土建施工)换土垫层法
换土垫层法一、换土垫层的概念：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二、换土垫层适用条件：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。
三．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。
四．换土垫层的设计1、砂垫层厚度的确定砂垫层的厚度一般是根据砂垫层底部软土层的承载力来确定的，即作用在垫层底面处土的附加应力与自重应力之和，不大于软弱层的承载力设计值，如图2－1所示，并符合下式要求：式中p z—垫层底面处的附加应力设计值（kPa）；p cz—垫层底面处土的自重应力标准值（kPa）；f z—经深度和宽度修正后垫层底面处土层的基承载力设计值（kPa）。
图2－1垫层内应力分布砂垫层底面处的附加应力，除了可以采用弹性理论的土中应力公式求得外，也可按应力扩散角θ进行简化计算：条形基础：（2－2）矩形基础：（2－3）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）；P—基础底面压力的设计值（kPa）；Pc—基础底面处土的自重应力标准值（kPa）；Z—基础底面下垫层的厚度（m）；θ—垫层的应力扩散角（0）。
各种换填材料的应力扩散角θ值见表（2－1）。
表2－1压力扩散角θ（0）注；当z／b<0.25时，除灰土取θ=30°外，其余材料均取θ=0o；当0.25<÷<0.5时，θ值可内插求得。
《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。
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同层：分段填筑，上下层相错＞1000
边坡应宽填：需修整：宽填0.2m，
不需修整：宽填0.5m。
注意： a. 分层应接近水平
b. 各种土不得混杂使用
c. 透水性小的土应铺在透水性大的
土之上
第三节 垫层施工
四、压实方法：
机械碾压法 重锤夯实法 振动压实法
第三节 垫层施工
机械碾压法
采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、 推土机或其他压实机械来压实地基土的一 种压实方法，常用于大面积填土的压实、 杂填土地基处理、道路工程及基坑面积较 大的换土垫层的分层压实。
时，承载力可达200-300KPa。但应进行 下卧层强度验算。
第三节 垫层施工
土由固体颗粒、水、空气组成。土中固、 液、气三相组成的比例反映干湿、密实程 度，对评价土的工程性质有重要意义，是 垫层压实参数选择的依据。 一、土的压实机理 要使土的压实效果最好，其含水量一定要 适当。过湿的土进行碾压会出现“橡皮 土”，不能增大土的密实度。对很干的土 进行碾压，也不能把土充分压实。 1.最优含水量：在干密度—含水量曲线上干 密度的峰值即为最大干密度，与之对应的 含水量即为最优含水量。
施工顺序：
重锤夯实宜一夯挨一夯顺 序进行。在独立柱基基坑内， 宜按先外后里的顺序夯击。 同一基坑底面标高不同时， 应按先深后浅的顺序逐层夯 实。
第三节 垫层施工
第三节 垫层施工
二、土的压实参数
1.压实系数λc
c
d d max
ρd——现场土的实际控制干密度； ρdmax——土的最大干密度。
第三节 垫层施工
无资料时：d
max
·
1
pw ·ds
0.01·op
·d s
pw——水的密度（kN/m3） η——经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取
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⑥基础工程
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地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京)
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China University of Geosciences (Beijing)
垫层的作用
• 提高持力层的承载力，减小基础尺寸， 通 过垫层将基底压力扩散到下层地基许 可承 载力范围内。
地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
垫层厚度的计算
回填土
基底
通事基Βιβλιοθήκη 自重压力n，
垫层
b+2ztanθ
，
Pc
P
z
z
N
pz
附加压 力
地基处理概论-排水团结法
2009 中国地质大学(北京)
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China University of Geosciences (Beijing)
c
d max
填土干密度 最大干密度
0.94 ~ 0.97
Foundation Engineering
地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
换填法的适用范围
• 换土垫层法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填 土等高压缩性软弱土层及暗沟、暗塘等。对于承受振动荷载的地基不 应选择换土垫层法进行换填处理。
换填法概念
• 将基础底面以下一定范围的软弱土层挖 去 或挤开，然后回填强度较高、压缩性 较低 并且没有侵蚀性的材料（如中粗砂、 碎石 或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣 等）， 再分层夯实，作为地基的持力层， 从而将 软弱地基改良成良好地基的方法。
Foundation Engineering
地基处理概论-排水固结法
Foundation Engineering
地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
压实系数λc
• 垫层铺填时一定要注意压密，以保证垫 层 的质量。
• 最大干密度可由击实试验确定，对于大 规 模的填土，则应在施工现场进行碾压 试验 确定。
Foundation Engineering
地基处理概论-排水固结法 Soil Replacement
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
垫层的工程应用
5.5
上游
8.5
海潮下游
3
10.7
5.0
11.5
1
1.5
某水闸柑土垫层
地基
(淤泥质粘土)
pcz pz faz
pcz 垫层底面处土的自重压力, kPa, 按垫层材料及其上回填土容重计算 pz 垫层底面处的附加压力, kPa
faz 垫层底面处软弱土的承载力特征值, kPa
一般要求垫层: >0.5m (扩散和技术要求), <3.0m (工程量,经济性)
Foundation Engineering
《基础工程》
换土垫层法
• 换土垫层概念 • 垫层的作用 • 垫层材料 • 换填法适用范围 • 垫层承载力 • 垫层厚度计算 • 垫层宽度计算 • 设计要点 • 施工要点 • 例题
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目录
地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
垫层承载力
换填材料 碎石、卵石
承载力特征值 fak (kPa) 200~300
砂夹石 (石占30%~50%)
200~500
土夹石 (石占30%~50%)
150~200
中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾 150~200
粉质粘土
130~180
石屑
120~150
灰土
200~250
粉煤灰
120~150
矿渣
200~300
• 减少地基沉降量； • 加速软弱土层的排水固结； • 防止持力层的冻胀或液化。
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地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)
垫层材料
• 块石：抛石挤淤 • 砂石：压实,防冻,防液化,加速固结 • 粉质粘土：有机质含量<5% • 灰土:灰与土体积比2:8,3:7 • 三合土:石灰、砂、碎石或碎砖瓦 • 工业废渣（粉煤灰、矿渣）：用于道路、堆场、 小型建筑物垫层 • 加筋土：分层土工合成材料与地基土加筋垫层。
垫层种类
适用 范 围
砂、砂石、碎石 垫层
一般饱和、非饱和的软土和水下黄土处理,深度1-3m；不宜用于湿陷性 黄土处理和大面积堆载、密集基础及动力基础下的软土地基；砂垫层不 宜用于地下水流速快和流量大地区的地基处理
素土垫层
中小型工程及大面积回填和湿陷性黄土的地基处理
灰土垫层
中小型工程，尤其是湿陷性黄土的地基处理
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地基处理概论-排水固结法
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垫层厚度的计算
• 根据垫层底部较软弱土层的承载力来 确定，当上部荷载通过垫层按一定 的 扩散角传到下卧层顶面所受的总压力 不应超过其承载力。
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换填法
《基础工程》p214
适用范围
淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土
垫层设计
垫层厚度，垫层宽度
垫层材料 工艺控制
砂石、粉质粘土、灰土、粉煤灰、矿渣、工业废渣、 土工合成材料
分层夯实，控制含水量
垫层厚度的计算
附加压力的确定
条形基础 矩形基础
pz
p pc0 b 2z tan
b
pz
a
p pc0 ab 2z tan b 2z
tan
pz 垫层底面处的附加压力, kPa p 基底压力，按荷载效应标准组合, kPa pc0 基底标高处土的自重压力, kPa b 基础的宽度, m z 垫层厚度, m 垫层材料的压力扩散角, 度() a 基础的长度, m
粉煤灰垫层 厂房、机场、港口陆域和堆场的地基处理
干渣垫层
小型建筑工程，尤其是适用于地坪、堆场等工程的大面积地基处理和 场地平整。对受酸性或碱性废水影响的地基不得采用干渣垫层
Foundation Engineering
地基处理概论-排水固结法
中国地质大学(北京) China University of Geosciences (Beijing)