地基处理
中德工程学院 工程管理
1
第四章 置换
本章内容提要： 熟悉基本概念：置换法、换土垫层法、强夯置换法、石灰桩法、
EPS超轻质料填土法； 掌握加固机理及适用范围：换土垫层法、强夯置换法、石灰桩法、
EPS超轻质料填土法； 熟悉不同方法的设计、施工步骤及质量检验：换土垫层法、强夯置
换法、石灰桩法、EPS超轻质料填土法。
4.2
施工方 法
换
土
垫
层
法
碾压或
振密
换填材料类别
碎石、卵石 砂夹石 土夹石
中砂、粗砂、砾砂
压实系数λc 0.94～0.97
承载力标准值
200～300 200～250 150～200 150～200
粘性土和粉土（8<Ip<14)）
130～180
重锤夯 实
灰土 土或灰土
0.93～0.95 0.93～0.95
换
土 同时还应尽量做到经济合理。
垫
层 法
二、垫层设计的主要内容
确定垫层的合理厚度和宽度。应根据建（构）筑物体形、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综合考虑。
16
4.2
第 四
章 4.2.3 施工 1、施工方法及设备 ① 机械碾压法
换 土 垫 层 法
4.2 换土垫层法 ② 平板振动法
18
第 四 章
4.2.4 质量检验
4.2 换土垫层法
（1） 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。
（2）对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量的检验可用环刀法、贯
4.2
入法、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
换 探检验。并均应通过现场试验以设计压实系数所对应的贯入度为标准检验垫层
换作用。
28
第 四
章 二、石灰桩的设计计算
4.4 石灰桩法
1、桩径
根据工程地基条件和采用的施工方法和机具选用，一般300～500mm。
2、填料的选用
4.4
填料选用新鲜的生石灰，其中CaO含量不宜低于70%，生石灰粒径在50mm以
石 灰
下，含粉量不得超过20%，未烧透的石灰块或其他杂物含量不得超过5%。
应穿透软弱土层到达较硬土层。对深厚软黏土地基墩体设置深度一 般不宜超过7m。
墩体深度国内虽有达到10m，但达到一定深度后，增加墩体深 度需要增加的夯击能
是很大的。
单击夯击能，即锤重和落距需通过试验确定。强夯置换法使用的夯锤与 强夯法使用
的夯锤应有所区别，可采用具有较小的底面积的高夯锤。每夯点夯 击击数通过试验
2、主要方法：
换土垫层法、挤扮置换法、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
泡轻质料填土法和EPS超轻质料填土法等。 本章主要介绍换土垫层法、强夯置换法、石灰桩
法和EPS超轻质料填土法。
4
第四章 置换
4.1
概述
4.2
换土垫层法
4.3
强夯置换法
4.4
石灰桩法
4.5
EPS超轻质料填土法
3．确定垫层厚度
4.2 换土垫层法
b
计算公式：
回填土
pk
d
4.2
换
土 垫 层
pz pcz faz
砂垫层
pcz pz
z
法
bB
faz fk b (b 3) d d (d 0.5)
11
第 四
章 3．确定垫层厚度
4.2 换土垫层法
4.2
换 土 垫 层 法
12
第 四 章
3．确定垫层厚度
4.2 换土垫层法
土
垫 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。
层 法
（3）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2/3深度处。
检验点数量，对大基坑每50～100m2不应少于1个检验点；对基槽每10～20m不
应少于1个点；每个独立柱基不应少于1个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层
桩 法
3、桩的布置
正方形或等边三角形。
膨胀前的置换率满足：
正方形布置：
m 0.785（ d/L）2
三角形布置：
m 0.907（ d/L）2
29
第 四
章 4、桩距
4.4 石灰桩法
桩距一般选用桩径的2.5～3.5倍。具体尺寸可根据复合地基承载力公式计算。
pcf m ppf (1 m) psf
b
条形基础：
回填土
pk
d
4.2
换
pz
b( pk pc )
b 2z tan
砂垫层
z
pcz pz
土
b
垫 矩形基础：
层
法
pz
bl( pk pc )
(b 2z tan )(l 2z tan )
换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。
13
第 四 章
4、沉降计算
4.2 换土垫层法
垫层地基的变形等于垫层自身的变形量S 1 与下卧土层的变形量S 2 之和，可按 下式进行计算：
垫 层
振动碾、平板振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平板振动器、平碾，也可采用振动
法 碾。
② 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外，一般 情况下，垫层的分层铺填厚度可取200~300mm。为保证分层压实质量，应控制 机械碾压速度。
4.4
4、胶凝、离子交换和钙化作用
石 灰
SiO2、Al2O3与Ca（OH）2反应----生成水化硅酸钙、水化铝酸钙----具胶结作用。
桩 法
Ca2+与Na+、K+等离子交换----扩散双电层变薄，粘粒间结合力增强。最终，在桩
周形成一圈2～10cm的硬壳层。
（二）桩身
桩体具有一定的强度和刚度，可提高地基的承载力和改善地基的变形特性----置
1.置换材料选用：
级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于 300mm的颗
4.3
粒含量不宜超过30％；
2.强夯置换碎石墩设置深度和单击夯击能的确定：
强 夯
墩体的设置深度可根据设计承载力要求确定；
置 墩体可能设置的深度主要取决于地基土质条件和单击夯击能量。当软弱 土层不厚时
换 法
③ 重捶夯实法
680 吊环
l=1000
钢板
1430
图2-7 夯锤
17
第 四 章
2、施工要点
4.2 换土垫层法
换土垫层法施工包括开挖换土和铺填垫层两个部分。
开挖换土应注意避免坑底土层扰动，应采用干挖土法。
4.2
① 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
换 土
碾、振动碾或羊角碾，中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用平碾、
200～250
150～200
20
第四章 置换
4.1
概述
4.2
换土垫层法
4.3
强夯置换法
4.4
石灰桩法
4.5
EPS超轻质料填土法
21
目
录
页 21
第 四 章
4.3.1 加固机理和适用范围
4.3 强夯置换法
强夯置换法是指利用强夯施工方法，边夯边填碎
石在地基中设置碎石墩， 在碎石墩和墩间土上铺
4.3
设碎石垫层形成复合地基以提高地基承载力和减
4.4
式中：pcf—复合地基极限承载力
石
ppf—石灰桩极限承载力
还应计算垫层自身的变形。
采用垫层法加固地基可采用分层总和法计算沉降量。
4.2
换 土 垫 层 法
15
第 四 章
4.2.2 设计
4.2 换土垫层法
一、一般要求
既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，又要满足建筑物地基
4.2
强度和变形的要求，另外，还要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出增加沉降，
2
目
录
页2
第四章 置换
4.1
概述
4.2
换土垫层法
4.3
强夯置换法
4.4
石灰桩法
4.5
EPS超轻质料填土法
3
目
录
页3
第 四 章
1、定义：
4.1 概述
4.1
置换法是指应用物理力学性质较好的岩土材
概 述
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。
强 夯
小沉降 一种地基处理方法。
置 换
碎石墩设置深度一般与夯击能和地基土性质有关，
法
深厚软 黏土地基中碎石墩一般可达5-8m深。
强夯置换法适用于加固粉土地基、黏性土地基等。
强夯置换法常应用于堆场、高等级公路地基处理，
有时也应用于多层住宅地基处理。
22
第 四
章 4.3.2 设计
4.3 强夯置换法
强夯置换法设计包括：
垫 层
换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。
法
6
第 四 章
4.2.2 设计
4.2 换土垫层法
换土垫层法加固地基设计包括垫层材 2．确定垫层铺设范围
料的选用，垫层铺设范围、厚度的确 （1）换填垫层法适用于处理各类浅层软
定，以及地基沉降计算等。
弱地基。
4.2
换 土 垫 层 法