换填垫层法

换填垫层法

一般规定

换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理

应根据建筑体型 结构特点 荷载性质 岩土工程条件

施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析 进行换填垫层

的设计和选择施工方法

设 计

垫层的厚度 应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的

承载力确定 并符合下式要求

式中 相应于荷载效应标准组合时 垫层底面处的附加压

力值

垫层底面处土的自重压力值

垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值

垫层底面处的附加压力值 可分别按 和

式计算

条形基础

矩形基础

式中 矩形基础或条形基础底面的宽度

矩形基础底面的长度

----------------------- Page 15-----------------------

相应于荷载效应标准组合时 基础底面处的平均压

力值

基础底面处土的自重压力值

基础底面下垫层的厚度

垫层的压力扩散角 宜通过试验确定 当无试

验资料时 可按表 采用

表 压力扩散角

换填材料 中砂 粗砂 砾砂 圆砾 角 粉质粘土

砾 石屑 卵石 碎石 矿渣 粉煤灰 注 当 除灰土取 外 其余材料均取 验确定

当 时 值可内插求得

换填垫层的厚度不宜小于 也不宜大于

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

灰土

必要时 宜由试

式中 垫层底面宽度

压力扩散角 可按表 采用 当

时 仍按表中 取值

整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽

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 垫层顶面每边超出基础底边不宜

小于

垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定 并应进行下卧

层承载力的验算

对于垫层下存在软弱下卧层的建筑 在进行地基变形计

算时应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响 当超出

----------------------- Page 16-----------------------

原地面标高的垫层或换填材料的重度高于天然土层重度时 宜早

换填 并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近建筑的影响

垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成 换填垫

层在满足本规范第 条 第 条和第 垫层地基的变形可仅考虑其下卧层的变形 对沉降要求严的或垫

层厚的建筑 应计算垫层自身的变形

垫层下卧层的变形量可按现行国家标准 建筑地基基础设计

规范 的有关规定计算

垫层可选用下列材料

砂石 宜选用碎石 卵石 角砾 圆砾 砾砂 粗砂

中砂或石屑 粒径小于 的部分不应超过总重的 配良好 不含植物残体 垃圾等杂质 当使用粉细砂或石粉 粒

条的条件下

应级

径小于 的部分不超过总重的 时 应掺入不少于总

重 的碎石或卵石 砂石的最大粒径不宜大于 对湿陷

性黄土地基 不得选用砂石等透水材料

粉质粘土 土料中有机质含量不得超过 亦不得含有冻土或膨胀土 当含有碎石时 其粒径不宜大于 湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层 土料中不得夹有砖

瓦和石块

灰土 体积配合比宜为 或 土料宜用粉质粘土

不宜使用块状粘土和砂质粉土 不得含有松软杂质 并应过筛

其颗粒不得大于 石灰宜用新鲜的消石灰 其颗粒不得大

于

粉煤灰 可用于道路 堆场和小型建筑 构筑物等的换

用于

填垫层 粉煤灰垫层上宜覆土 粉煤灰垫层中采用掺

加剂时 应通过试验确定其性能及适用条件 作为建筑物垫层的

粉煤灰应符合有关放射性安全标准的要求 粉煤灰垫层中的金属

构件 管网宜采取适当防腐措施 大量填筑粉煤灰时应考虑对地

下水和土壤的环境影响

矿渣 垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣 可分为分级矿

----------------------- Page 17-----------------------

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 有机质及含泥总量不超过 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

其他工业废渣 在有可靠试验结果或成功工程经验时

对质地坚硬 性能稳定 无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均

可用于填筑换填垫层 被选用工业废渣的粒径 级配和施工工艺

等应通过试验确定

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 所用土工合成材料的品种与性能及填料的土类应根

据工程特性和地基土条件 按照现行国家标准 土工合成材料应

用技术规范 的要求 通过设计并进行现场试验后确

定

作为加筋的土工合成材料应采用抗拉强度较高 受力时伸长

率不大于 耐久性好 抗腐蚀的土工格栅 土工格室

土工垫或土工织物等土工合成材料 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

垫层的压实标准可按表 选用

表 各种垫层的压实标准

施工方法 换填材料类别 碎石 卵石

砂夹石 其中碎石 卵石占全重的

碾压 振密或夯实

压实系数

土夹石 其中碎石 卵石占全重的

----------------------- Page 18-----------------------

续表

施工方法 换填材料类别 压实系数

中砂 粗砂 砾砂 角砾 圆砾 石屑

粉质粘土

碾压 振密或夯实

灰土

粉煤灰

注 压实系数 为土的控制干密度 与最大干密度 的比值 土的最大干

密度宜采用击实试验确定 碎石或卵石的最大干密度可取

当采用轻型击实试验时 压实系数 宜取高值 采用重型击实试验时 压

实系数 可取低值

矿渣垫层的压实指标为最后二遍压实的压陷差小于

对于工程量较大的换填垫层 应按所选用的施工机械

换填材料及场地的土质条件进行现场试验 以确定压实效果

施 工

垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械 粉质粘

土 灰土宜采用平碾 振动碾或羊足碾 中小型工程也可采用蛙

式夯 柴油夯 砂石等宜用振动碾 粉煤灰宜采用平碾 振动

碾 平板振动器 蛙式夯 矿渣宜采用平板振动器或平碾 也可

采用振动碾

垫层的施工方法 分层铺填厚度 每层压实遍数等宜通

过试验确定 除接触下卧软土层的垫层底部应根据施工机械设备

及下卧层土质条件确定厚度外 一般情况下 垫层的分层铺填厚

度可取

为保证分层压实质量 应控制机械碾压速度

粉质粘土和灰土垫层土料的施工含水量宜控制在最优含

水量 的范围内 粉煤灰垫层的施工含水量宜控制在 的范围内 最优含水量可通过击实试验确定 也可按当

地经验取用

当垫层底部存在古井 古墓 洞穴 旧基础 暗塘等软

硬不均的部位时 应根据建筑对不均匀沉降的要求予以处理 并

----------------------- Page 19-----------------------

经检验合格后 方可铺填垫层

基坑开挖时应避免坑底土层受扰动 可保留约 厚

的土层暂不挖去 待铺填垫层前再挖至设计标高 严禁扰动垫层

下的软弱土层 防止其被践踏 受冻或受水浸泡 在碎石或卵石

垫层底部宜设置 厚的砂垫层或铺一层土工织物 以

防止软弱土层表面的局部破坏 同时必须防止基坑边坡坍土混入

垫层

换填垫层施工应注意基坑排水 除采用水撼法施工砂垫

层外 不得在浸水条件下施工 必要时应采用降低地下水位的措

施

垫层底面宜设在同一标高上 如深度不同 基坑底土面

应挖成阶梯或斜坡搭接 并按先深后浅的顺序进行垫层施工 搭

接处应夯压密实

粉质粘土及灰土垫层分段施工时 不得在柱基 墙角及承重

窗间墙下接缝 上下两层的缝距不得小于 接缝处应夯压

密实 灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压 灰土夯压密实后

内不得受水浸泡 粉煤灰垫层铺填后宜当天压实 每层验收后应

及时铺填上层或封层 防止干燥后松散起尘污染 同时应禁止车

辆碾压通行

垫层竣工验收合格后 应及时进行基础施工与基坑回填

铺设土工合成材料时 下铺地基土层顶面应平整 防止

土工合成材料被刺穿 顶破 铺设时应把土工合成材料张拉平

直 绷紧 严禁有折皱 端头应固定或回折锚固 切忌曝晒或裸

露 连结宜用搭接法 缝接法和胶结法 并均应保证主要受力方

向的连结强度不低于所采用材料的抗拉强度

质量检验

对粉质粘土 灰土 粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验

可用环刀法 贯入仪 静力触探 轻型动力触探或标准贯入试验

检验 对砂石 矿渣垫层可用重型动力触探检验 并均应通过现

----------------------- Page 20-----------------------

场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层的施工质

量 压实系数也可采用环刀法 灌砂法 灌水法或其他方法检

验

垫层的施工质量检验必须分层进行 应在每层的压实系

数符合设计要求后铺填上层土

采用环刀法检验垫层的施工质量时 取样点应位于每层

厚度的 深度处 检验点数量 对大基坑每 于 个检验点 对基槽每 不应少于 个点 每个柱 不应少

基不应少于 个点 采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量

时 每分层检验点的间距应小于

竣工验收采用载荷试验检验垫层承载力时 每个单体工

程不宜少于 点 对于大型工程则应按单体工程的数量或工程的

面积确定检验点数

----------------------- Page 21-----------------------

预 压 法

一般规定

预压法包括堆载预压法和真空预压法 预压法适用于处

理淤泥质土 淤泥和冲填土等饱和粘性土地基

预压法处理地基应预先通过勘察查明土层在水平和竖直

方向的分布 层理变化 查明透水层的位置 地下水类型及水源

补给情况等 并应通过土工试验确定土层的先期固结压力 孔隙

比与固结压力的关系 渗透系数 固结系数 三轴试验抗剪强度

指标以及原位十字板抗剪强度等

对重要工程 应在现场选择试验区进行预压试验 在预

压过程中应进行地基竖向变形 侧向位移 孔隙水压力 地下水

位等项目的监测并进行原位十字板剪切试验和室内土工试验 根

据试验区获得的监测资料确定加载速率控制指标 推算土的固结

系数 固结度及最终竖向变形等 分析地基处理效果 对原设计

进行修正 并指导全场的设计与施工

对堆载预压工程 预压荷载应分级逐渐施加 确保每级

荷载下地基的稳定性 而对真空预压工程 可一次连续抽真空至

最大压力

对主要以变形控制的建筑 当塑料排水带或砂井等排水

竖井处理深度范围和竖井底面以下受压土层经预压所完成的变形

量和平均固结度符合设计要求时 方可卸载

对主要以地基承载力或抗滑稳定性控制的建筑 当地基土经

预压而增长的强度满足建筑物地基承载力或稳定性要求时 方可

卸载

----------------------- Page 22-----------------------

设 计

堆载预压法

对深厚软粘土地基 应设置塑料排水带或砂井等排水竖

井 当软土层厚度不大或软土层含较多薄粉砂夹层 且固结速率

能满足工期要求时 可不设置排水竖井

堆载预压法处理地基的设计应包括下列内容

选择塑料排水带或砂井 确定其断面尺寸 间距 排列

方式和深度

确定预压区范围 预压荷载大小 荷载分级 加载速率 和预压时间

计算地基土的固结度 强度增长 抗滑稳定性和变形

排水竖井分普通砂井 袋装砂井和塑料排水带 普通砂 井直径可取 袋装砂井直径可取 排水带的当量换算直径可按下式计算

式中 塑料排水带当量换算直径

塑料排水带宽度

塑料排水带厚度

塑料

排水竖井的平面布置可采用等边三角形或正方形排列

竖井的有效排水直径 与间距 的关系为

等边三角形排列

正方 形排 列

排水竖井的间距可根据地基土的固结特性和预定时间内

所要求达到的固结度确定 设计时 竖井的间距可按井径比

选用 为竖井直径 对塑料排水带可取

塑料排水带或袋装砂井的间距可按 选用 普通砂井的

间距可按 选用

排水竖井的深度应根据建筑物对地基的稳定性 变形要

----------------------- Page 23-----------------------

求和工期确定

对以地基抗滑稳定性控制的工程 竖井深度至少应超过最危

险滑动面

对以变形控制的建筑 竖井深度应根据在限定的预压时间内

需完成的变形量确定 竖井宜穿透受压土层

一级或多级等速加载条件下 当固结时间为 时 对应

总荷载的地基平均固结度可按下式计算

式中 时间地基的平均固结度

第 级荷载的加载速率

各级荷载的累加值

分别为第 级荷载加载的起始和终止时间 从零

点起算 当计算第 级荷载加载过程中某

时间 的固结度时 改为

参数 根据地基土排水固结条件按表 采

用 对竖井地基 表中所列 为不考虑涂抹和井

阻影响的参数值

表 值排水固结 竖向排 向内径竖向和向内径向

条件

水固结 向排水排水固结 竖井 参数 固结 穿透受压土层

说 明

土的径向排水固结系数

土的竖向排水固结系数

土层竖向排水距离

双面排水土层或固结应力均匀分

布的单面排水土层平均固结度

----------------------- Page 24-----------------------

当排水竖井采用挤土方式施工时 应考虑涂抹对土体固

结的影响 当竖井的纵向通水量 与天然土层水平向渗透系数

的比值较小 且长度又较长时 尚应考虑井阻影响 瞬时加

载条件下 考虑涂抹和井阻影响时 竖井地基径向排水平均固结

度可按下式计算

式中 固结时间 时竖井地基径向排水平均固结度

天然土层水平向渗透系数

涂抹区土的水平向渗透系数 可取

涂抹区直径 与竖井直径 的比值 可取

对中等灵敏粘性土取低值 对高灵敏粘

性土取高值

竖井深度

竖井纵向通水量 为单位水力梯度下单位时间的排

水量

一级或多级等速加荷条件下 考虑涂抹和井阻影响时竖井穿

透受压土层地基之平均固结度可按式 对排水竖井未穿透受压土层之地基 应分别计算竖井范

围土层的平均固结度和竖井底面以下受压土层的平均固结度 通 ----------------------- Page 25-----------------------

过预压使该两部分固结度和所完成的变形量满足设计要求

预压荷载大小应根据设计要求确定 对于沉降有严格限

制的建筑 应采用超载预压法处理 超载量大小应根据预压时间

计算 其中

内要求完成的变形量通过计算确定 并宜使预压荷载下受压土层

各点的有效竖向应力大于建筑物荷载引起的相应点的附加应力

预压荷载顶面的范围应等于或大于建筑物基础外缘所包围的

范围

加载速率应根据地基土的强度确定 当天然地基土的强度满

足预压荷载下地基的稳定性要求时 可一次性加载 否则应分级

逐渐加载 待前期预压荷载下地基土的强度增长满足下一级荷载

下地基的稳定性要求时方可加载

计算预压荷载下饱和粘性土地基中某点的抗剪强度时

应考虑土体原来的固结状态 对正常固结饱和粘性土地基 某点

某一时间的抗剪强度可按下式计算

式中 时刻 该点土的抗剪强度

地基土的天然抗剪强度

预压荷载引起的该点的附加竖向应力

该点土的固结度

三轴固结不排水压缩试验求得的土的内摩擦角

预压荷载下地基的最终竖向变形量可按下式计算

式中 最终竖向变形量

第 层中点土自重应力所对应的孔隙比 由室内固

结试验 曲线查得

第 层中点土自重应力与附加应力之和所对应的孔

隙比 由室内固结试验 曲线查得

----------------------- Page 26-----------------------

第 层土层厚度

经验系数 对正常固结饱和粘性土地基可取

荷载较大 地基土较软弱时取较大值 否

则取较小值

变形计算时 可取附加应力与土自重应力的比值为 的深

度作为受压层的计算深度

预压法处理地基必须在地表铺设与排水竖井相连的砂垫

层 砂垫层厚度不应小于

砂垫层砂料宜用中粗砂 粘粒含量不宜大于 混有少量粒径小于 的砾石 砂垫层的干密度应大于 其渗透系数宜大于

在预压区边缘应设置排水沟 在预压区内宜设置与砂垫层相

连的排水盲沟

砂料中可

砂井的砂料应选用中粗砂 其粘粒含量不应大于

真空预压法

真空预压法处理地基必须设置排水竖井 设计内容包

括 竖井断面尺寸 间距 排列方式和深度的选择 预压区面积

和分块大小 真空预压工艺 要求达到的真空度和土层的固结

度 真空预压和建筑物荷载下地基的变形计算 真空预压后地基

土的强度增长计算等

排水竖井的间距可按本规范第 条选用 砂井的砂料应选用中粗砂 其渗透系数应大于

真空预压区边缘应大于建筑物基础轮廓线 每边增加量

不得小于 每块预压面积宜尽可能大且呈方形

真空预压的膜下真空度应稳定地保持在 以上

且应均匀分布 竖井深度范围内土层的平均固结度应大于

当建筑物的荷载超过真空预压的压力 且建筑物对地基

变形有严格要求时 可采用真空堆载联合预压法 其总压力宜

----------------------- Page 27-----------------------

超过建筑物的荷载

对于表层存在良好的透气层或在处理范围内有充足水源

补给的透水层时 应采取有效措施隔断透气层或透水层

真空预压地基最终竖向变形可按本规范第 算 其中 可取 真空堆载联合预压法以真空预压为主时 可取

真空预压所需抽真空设备的数量 可按加固面积的大小

和形状 土层结构特点 以一套设备可抽真空的面积为

条计

确定

施 工

堆载预压法

塑料排水带的性能指标必须符合设计要求 塑料排水带

在现场应妥加保护 防止阳光照射 破损或污染 破损或污染的

塑料排水带不得在工程中使用

砂井的灌砂量 应按井孔的体积和砂在中密状态时的干

密度计算 其实际灌砂量不得小于计算值的

灌入砂袋中的砂宜用干砂 并应灌制密实

塑料排水带和袋装砂井施工时 宜配置能检测其深度的设备

塑料排水带施工所用套管应保证插入地基中的带子不扭

曲 塑料排水带需接长时 应采用滤膜内芯带平搭接的连接方

法 搭接长度宜大于

袋装砂井施工所用套管内径宜略大于砂井直径

塑料排水带和袋装砂井施工时 平面井距偏差不应大于井

径 垂直度偏差不应大于 深度不得小于设计要求

塑料排水带和袋装砂井砂袋埋入砂垫层中的长度不应小于

对堆载预压工程 在加载过程中应进行竖向变形 边桩

水平位移及孔隙水压力等项目的监测 且根据监测资料控制加载

----------------------- Page 28-----------------------

速率 对竖井地基 最大竖向变形量每天不应超过 对天

然地基 最大竖向变形量每天不应超过 边桩水平位移每

天不应超过 并且应根据上述观察资料综合分析 判断地基