换填垫层法设计及施工技术要点

江南一鱼6jvvqc 2025-04-25 发布于江西

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基本概念

换填垫层法是一种通过挖除基础底面下一定范围内的软弱土层，回填强度高、稳定性好的材料（如砂石、灰土、矿渣等），并分层压实形成人工持力层的地基处理方法。其核心原理是通过置换软弱土体，改善地基的承载力、减少沉降，并通过排水加速下卧土层的固结。

适用范围

适用于浅层软弱地基（如淤泥、湿陷性黄土、素填土等），处理深度一般为0.5-3m，尤其适合荷载较小的建筑、道路及堆场地基。

设计计算方法

1.垫层厚度确定

垫层厚度需满足置换软弱土层及下卧层承载力的要求。可以通过一下步骤进行估算：

1)初定z=1-2m;

2)计算垫层底处的Pz与Pcz；

3）按Pcz+Pz≤faz验算，若不满足要求则重新取值计算，直到满足要求为止；

4）垫层厚度一般处于0.5-3m范围内。

通过以下公式计算：

2.垫层宽度确定

垫层底面宽度应满足应力扩散要求：b'≥b+2ztanθ,垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每侧超出基础边缘不小于300mm。

其θ角详见下图：

3.承载力与沉降计算

1）承载力

经换填处理后的地基，由于理论计算方法不够完善，或由于很难选择有代表性的计算参数等原因，很难通过计算准确的确定地基承载力，经换填垫层处理的地基承载力宜通过试验确定。

对于按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007设计等级为丙级的建筑物及一般的小型、轻型或对沉降要求不高的工程，在无试验资料或经验时，当施工达到本规范要求的压实标准后，初步设计时可以参考下图所列的承载力特征值取用：

2）沉降

总沉降量=垫层自身压缩量+下卧层沉降量，需结合弹性模量及分层总和法计算。

粗粒换填材料在施工期间垫层自身压缩变形已经基本完成，且变形量很小，一般当采用碎石、卵石、砂夹石、砂石以及矿渣垫层等，当换填垫层宽度、厚度以及压实系数均满足规范要求后，一般我们可以不考虑垫层自身的压缩量，而仅进行下卧层的沉降量计算。

但是当建筑物对沉降要求严格，或换填材料为细颗粒材料且垫层厚度比较厚的时，我们应该计算垫层自身的沉降量，垫层的压缩或变形模量可以根据试验确定，当初步设计时，可按照下图进行估算：

规范构造要求

1.垫层材料选择

1 砂石。推荐采用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑等材料，这些材料应具备良好的级配，且纯净无杂质，如植物残留物、废弃物等。若需使用粉细砂或石粉，则应混合至少占总重量30%的碎石或卵石以增强其性能。此外，砂石的最大颗粒尺寸不应超过50毫米。特别需要注意的是，在处理湿陷性黄土或膨胀土这类特殊地基时，应避免使用砂石等具有高透水性的材料。

2 粉质黏土。土料中有机质含量不得超过5％，且不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其最大粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质黏土垫层，土料中不得夹有砖、瓦或石块等。

3 灰土。体积配合比宜为2:8或3:7。石灰宜选用新鲜的消石灰，其最大粒径不得大于5mm。土料宜选用粉质黏土，不宜使用块状黏土，且不得含有松软杂质，土料应过筛且最大粒径不得大于15mm。

4 粉煤灰。选用的粉煤灰应满足相关标准对腐蚀性和放射性的要求。粉煤灰垫层上宜覆土0．3m～0．5m。

5 矿渣。宜选用分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣等高炉重矿渣。矿渣的松散重度不应小于11kN/m3，有机质及含泥总量不得超过5％。垫层设计、施工前应对所选用的矿渣进行试验，确认性能稳定并满足腐蚀性和放射性安全要求。对易受酸、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，应经场地地下水和土壤环境的不良影响评价合格后，方可使用。

2.分层厚度与压实标准

1）分层铺填厚度一般为200-300mm；

2）最优含水率：粉质黏土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在ωop±2％的范围内，粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在ωop±4％的范围内。最优含水量ωop可通过击实试验确定，也可按当地经验选取。

3）压实系数（λc）需满足规范要求，见下图：