2.3.2 素土（灰土、二灰）垫层设计
(1)素土、灰土垫层简介
素土垫层（土垫层）
湿陷性黄土地区
灰土垫层（石灰与土体积比2：8，3：7） 处理厚度1-3m
减小地基的 总湿陷量(以 土治土)
分类
素土垫层
消除湿陷性
灰土垫层
消除湿陷性， 提高承载力和
水稳性
局部垫层
整片垫层
设置在矩形基础或条基下，每边 超出基底宽度不小于其厚度一半， 用于消除地基部分湿陷量；无法 阻水从垫层侧面渗入下部未处理 湿陷性土层。
第2章 换土垫层法（换填法）
Cushion
2.1 垫层分类和适用范围
换填法是指挖去地表浅层软弱土层，回填坚硬、较粗粒径的材料， 并夯压密实，形成垫层的地基处理方法。
垫:7 工业废料：粉煤灰，矿渣
土工合成材料、聚苯乙烯板块
适用范围
2.击实曲线特点：具有峰值：峰值点对应于ρdmax和ωop。
工程中常按ωop＝ωp±2
2.0
dmax=1.86
1.8
塑限等于土样 风干时的含水
量
干密度d(g/cm3)
1.6
wop=12.1
1.4
0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%)
3.测定最佳含水量方法：击实试验
试验所用设备：击实仪
机
下易于移动而挤密，所以压实效果较好 ，直至wop时达到ρdmax
理
W继续增大，孔隙中就出现了自由水，此时自由水填充在孔隙中，产
生了阻止土粒移动的作用，所以压实效果又趋下降，ρd 反而减小。
1.最优含水量:在一定压实能量下，使土最容易压实，并能达到 最大干重度的含水量wop，与之相对应的干密度称为最大干密 度ρdmax
(3)砂垫层的承载力确定
a.经换填垫层处理的地基其承载力宜通过试验、尤其是通过现场原位试验（载 荷、标贯、触探）确定。中砂、粗砂、砾砂垫层应控制密实度在中密以上。 b.对于按《建筑地基基础设计规范》划分安全等级为三级的建筑物及不太重要、 小型、轻型或对沉降要求不高的工程，在无试验资料时可按下表取用承载力特 征值。
现场填土的压实质量用下列两个指标来检验：压实 系数λc=ρd/ρdmax、施工含水量w=wop±2%
护筒 导筒 击实筒
击锤
2.3垫层设计
换土垫层作用
软土
（1）提高地基的承载力
（2）减少地基沉降量
垫层
（3）加速软弱土层的排水固结
（4）防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用
2.3.1砂（或砂石、碎石）垫层设计
重
土或灰土
锤
0.93-0.95
150-200
注：压实系数小的垫层承载力取低值，反之取高值
(4)沉降计算
垫层地基沉降分二部分:一是垫层的沉降；二是软弱下卧层的沉降。由于垫层材 料模量远大于下卧层的模量，所以在一般情况下，软弱下卧层沉降量占整个沉降量 的大部分。
经观测及大量工程经验表明，经换填垫层进行局部处理后，往往由于软弱下卧层 的变形，建筑物地基仍将产生过大的沉降及差异沉降，故应按《地基基础规范》中 变形计算方法进行建筑物沉降计算，保证地基处理效果及建筑物安全。
施 工
换填材料
压实系数λc 承载力特征值fak/kPa
碎石、卵石
200-300
砂夹石（碎、卵石占30%-50%）
碾
压
土夹石（碎、卵石占30%-50%）
或
振 密
中砂、粗砂、砾砂
粘性土和粉土（8<IP<14）
灰土
0.94-0.97 0.93-0.95
200-250 150-200 150-200 130-180 200-250
不同材料垫层（如砂垫层、粉煤灰垫层、矿渣垫层）的特性 基本相似，处理稳定后的地基承载力及沉降也相差不大，所 以可将各种材料的垫层近似按砂垫层进行设计。
(1)砂垫层的厚度
垫层厚度应满足：
垫层的厚度一般不宜大于 3m ,太厚施工较困难,太薄 ( < 0. 5m) 则垫层的作用不 显著。
pz pcz faz
适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填 土及暗沟、暗塘等浅层处理 。
开挖基坑后，利用分层回填夯压也可处理较深软弱土层， 但换填基坑开挖过深，因地下水位高，需降水；坑壁放坡 或边坡支护；易引起邻近结构物破坏，且土方量大，费用 高，工期长，对环境影响大，故换填法的处理深度应控制 在0.5-3m
2.2 土的压实机理
因换填法在换填后将土层压实，从而提高了地基的承载力。为 了更好的掌握换填法的机理，首先应了解土的压实机理。
压实的本质
土料孔隙率减小，密实度提高
W较小时，其粒间引力较大，在一定的外部压实功能作用下，还不 能有效地克服引力而使土粒相对移动，这时压实效果就比较差。
压
实
W增大，结合水膜逐渐增厚，减小了引力，土粒在相同压实功能条件
直至满足前式
矩形 基础
pz

bl( pk pc ) ( b 2z tanθ )( l 2z tanθ
)
pk—基底平均压力；
Z=0.5-3m
pc—基础底面处土的自重应力；
θ— 垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时可采用下表
数值：
(2)砂垫层的宽度
垫层底面宽度应满足基底面应力扩散要求
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土， 击 实 筒 容 积 为 947cm3 ， 击 锤 质 量 为 2.5kg 。 把 制 备 成 一 定 含 水 量 的 土 料 分 三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀 锤击25下，击锤落高为30.5cm 重型击实试验适用于粒径小于20mm的土， 击实筒容积为2130cm3，击锤质量为4.5kg， 击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层56 击。根据击实后土样的密度和实测含水量 计算相应的干密度
b' b 2z tanθ
b′—垫层底面宽度，m。
注意：垫层顶面宽度宜超出基础 底面每边不小于300mm，或从 垫层底面两侧向上按开挖基坑的 要求放坡 。
放坡1： 3
确定垫层宽度时，除应满足应力扩散的 要求处同，还应考虑垫层应有足够的宽 度及侧面土的强度条件，防止垫层材料 向侧边挤出而增大垫层的竖向变形量。
pz—垫层底附加应力设计值； pcz—垫层底面处土自重应力标准值； faz—垫层底面处下卧层土经深度修正后 的地基承载力的特征值（设计值）。
垫层底附加应力pz
条形 基础
pz

b( pk pc ) b 2z tanθ
计算时可先假设一个垫层厚度， 然后按前式进行验算，若不符 合要求重新设一个厚度再验算