换填垫层法施工原理及计算

（1）垫层换填原理

• 换填垫层适用于浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理。
• 换填垫层的厚度应根据置换软弱土的深度以及下卧土层的承载力确定，厚度宜为0.5-3.0m。
• 换填垫层法主要原理是采用砂砾、灰土垫层、粉煤灰垫层等换填地基土上部软弱层，对上部传至基础的荷载应力通过换填层扩散减小，另外换填垫层底面的地基承载力会因深度修正而加大，从而使修正后的地基承载力满足扩散后的上部荷载要求，以达到基地稳定的目的。

  （2）垫层换填计算方法  

• 应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并应符合下式要求：
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  式中：Pz----相应于作用的标准组合时，垫层底面处的附加压力值；  
•          Pcz----垫层底面处的自重压力值；
•          Faz----垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值
• 垫层底面处附加压力值Pz按照下列公式计算：
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• 式中：b----矩形基础或条形基础底面的宽度；
•          l----矩形基础底面的长度；
•          Pk----相应于作用的编制组合时，基础底面处的平均压力值；
•         Pc----基础底面处的自重压力值；
•         Z----基础底面下垫层的厚度；
•          ----垫层材料的压力扩散角，无试验资料时，可按下表采用；
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  例题分析：某支架混凝土独立基础底面平面尺寸为4*3，基础高度1.5m，台阶状设计。上台阶平面尺寸2.5m*1.5m，台阶高度0.75m。基础顶面与地面平齐、作用于基础顶面的竖向荷载标准值为N=900KN。基础所在位置土层为淤泥质粘土，土的重度18KN/m³，地基基本承载力fck=80KPa。基底以下采用砂砾土进行换填，换填厚度2.0m，砂砾土的应力扩散角取30°。  
  试计算：  
  （1）作用于基础底面的压力标准值（KPa）  
  （2）换填垫层底面的附加压力标准值（KPa）  
  （3）换填垫层底面的总压力标准值（KPa）  
  （注：基底以上基础与土的平均重度取20KN/m³）  

答：基础底面的压力标准值：Pk=900/（4*3）+20*1.5=105KPa

   换填垫层底面的附加压力标准值：Pz=（4*3*（105-18*105））/（（4+2*2*tg30）(3+2*2*tg30)）=28KPa

    换填垫层底面的总压力标准值：Pz+Pcz=28+18*（1.5+2.0）=91.0KPa

（3）地基承载力的修正

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中规定：垫层底面处的底基承载力特征值仅进行深度修正。

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中对地基承载力特征值修正的规定为：当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试，经验值等方法无法确定的地基承载力特征值，按下式修正：