墊層法是將基礎(chǔ)底面下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后分層填入強(qiáng)度較大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能穩(wěn)定和無侵蝕性的材料，并夯實(shí)（或振實(shí)）至要求的密實(shí)度。

墊層法分類

1.按墊層材料分類：砂墊層、碎石墊層、素土墊層、灰土墊層、粉煤灰墊層、加筋土墊層等。

2.按墊層所起作用分類：換土墊層、排水墊層、加筋土墊層。

墊層法適用條件：適用于淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理，且建筑物荷載不太大的地基。換填法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)較為經(jīng)濟(jì)合理，但不應(yīng)小于0.5m。

墊層的作用

在各類工程中，墊層所起的主要作用有時(shí)是不同的，如建筑物基礎(chǔ)下的墊層主要是起換土作用；而在路堤和土壩等工程，主要是利用墊層起排水固結(jié)作用。

1.換土墊層

（1）提高地基承載力

地基中的剪切破壞是從基礎(chǔ)底面開始的，并隨著基底壓力的增大而逐漸向縱深發(fā)展。因此，若以強(qiáng)度較大的砂或其它填筑材料代替軟弱土層，就可提高持力層承載力，從而避免地基破壞。

（2）減少地基沉降量

基礎(chǔ)下地基淺層部分的應(yīng)力較大，其沉降量一般在地基總沉降中所占的比例也較大，若以密實(shí)的砂或密實(shí)填筑材料代替淺層軟弱土，就可減少地基的大部分沉降量。另外，由于密實(shí)墊層對(duì)應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使作用在下臥土層上的壓力較小，因此也相應(yīng)減少了下臥土層的沉降量。

（3）加速軟弱土層的排水固結(jié)

由于砂或碎石等墊層材料的透水性大，當(dāng)軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎(chǔ)下面的孔隙水壓力得以迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結(jié)，從而提高地基土強(qiáng)度。

（4）防止地基土凍脹

由于粗顆粒墊層材料的孔隙較大，不易產(chǎn)生毛細(xì)管現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中結(jié)冰所造成的凍脹。

2.排水墊層

排水墊層是指軟土地基上堤壩或大面積堆載基底等所鋪設(shè)的水平排水層，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要時(shí)在墊層底和上表面增設(shè)具有反濾性能的土工合成材料，防止砂石墊層被淤堵和拉裂。

其主要作用為：

（1）作為水平排水層和下臥軟土層的排水通道，加速地基的排水固結(jié)，提高淺層地基的抗剪強(qiáng)度，配合砂井，加固深部軟土層；

（2）約束軟弱下臥層的側(cè)向變形，提高地基的穩(wěn)定性，并改善其變形性質(zhì)。

3.加筋土墊層

加筋土墊層是指由砂、石和素土墊層中增設(shè)各種類型加筋材料組成的復(fù)合墊層。如加筋土墊層、土工格室墊層等。其主要作用有以下三個(gè)方面：

（1）擴(kuò)散應(yīng)力，使壓縮應(yīng)力分布均勻；

（2）增強(qiáng)砂石墊層的整體性和剛度，減小不均勻沉降；

（3）約束軟弱土的側(cè)向變形。

換土墊層的設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容：墊層材料的選用、厚度的確定、墊層鋪設(shè)范圍以及地基沉降計(jì)算等。

一、墊層材料選用

墊層材料：砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、礦渣、加筋土等。

選用原則：因地制宜根據(jù)工程的具體條件合理選用。

二、砂墊層厚度及寬度的確定

三.沉降計(jì)算

對(duì)于碎石、卵石、砂夾石、砂和礦渣等粗粒換填材料的墊層由于在施工期間墊層自身的壓縮變形已基本完成，且量值很小，因而在地基變形計(jì)算中，可以忽略該部分；但對(duì)于細(xì)粒材料，尤其是厚度較大的換填墊層，則應(yīng)計(jì)入墊層自身的變形。

s1計(jì)算中，應(yīng)力可取墊層頂面和底面壓力的平均值。一般砂墊層Es=20~30MPa；粉煤灰則Es=8~20MPa，碎石、卵石為30~50MPa。無論是地基還是墊層，其沉降計(jì)算均可傳統(tǒng)分層總和法計(jì)算。

基礎(chǔ)灰土墊層施工

 

1.厚度確定

軟土地基上土墊層厚度的確定與砂墊層相同。

（1）對(duì)非自重濕陷性黃土地基上的墊層厚度應(yīng)保證天然黃土層所受的壓力小于其濕陷起始?jí)毫χ怠?/p>

（2）對(duì)自重濕陷性黃土地基上，墊層厚度應(yīng)大于非自重濕陷性黃土地基上墊層的厚度，或控制剩余濕陷量不大于20cm才能取得好的效果。

2.寬度確定

按照處理范圍素土墊層或灰土墊層可分為局部墊層和整片墊層。

（1）局部墊層：一般設(shè)置在矩形（或方形）基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面下，其平面處理范圍，每邊超出基礎(chǔ)底面的寬度不應(yīng)小于墊層厚度的一半。

（2）整片墊層：一般設(shè)置在整個(gè)建筑物（跨度大的工業(yè)廠房除外）的平面范圍內(nèi)。每邊超出建筑物墻基礎(chǔ)外緣的寬度不應(yīng)小于墊層的厚度，并不得小于2m。

粉煤灰墊層

1.化學(xué)性質(zhì)

粉煤灰和天然土中的化學(xué)成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮濕條件下具有凝硬性，與二氧化硅，三氧化二鋁等物質(zhì)進(jìn)行水化反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物，使碾壓密實(shí)的粉煤灰顆粒膠結(jié)固化形成塊狀結(jié)構(gòu)，可提高粉煤灰的強(qiáng)度，降低壓縮變形，增強(qiáng)抗?jié)B性和水穩(wěn)定性。

2.物理性質(zhì)

粉煤灰的壓實(shí)曲線與粘性土相似，具有相對(duì)較寬的最優(yōu)含水量區(qū)間，其干密度對(duì)含水量的敏感性比粘性土小，最優(yōu)含水量易于控制。

墊層施工

一、土的壓實(shí)機(jī)理

土一般由固體顆粒、水、空氣組成。土中固、液、氣三相組成的比例反映干濕、密實(shí)程度，對(duì)評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)有重要意義，是墊層壓實(shí)參數(shù)選擇的依據(jù)。

實(shí)踐證明，要使土的壓實(shí)效果最好，其含水量一定要適當(dāng)。對(duì)過濕的土進(jìn)行碾壓會(huì)出現(xiàn)“橡皮土”，不能增大土的密實(shí)度。對(duì)很干的土進(jìn)行碾壓，也不能把土充分壓實(shí)。

1.最優(yōu)含水量

在干密度——含水量曲線上干密度的峰值即為最大干密度，與之對(duì)應(yīng)的含水量即為最優(yōu)含水量。

2.干密度——含水量曲線的物理意義

（1）當(dāng)粘性土的含水量較小時(shí)，水化膜很薄，以結(jié)合水為主，顆粒間引力大，在一定的外部壓實(shí)功作用下，還不能克服這種引力而使土粒相對(duì)移動(dòng)，壓實(shí)效果差，土的干密度較��；

（2）當(dāng)增加土的含水量時(shí)，結(jié)合水膜逐漸增厚，顆粒間引力減弱，土粒在相同的壓實(shí)功能下易于移動(dòng)而擠密，壓實(shí)效果提高，土的干密度也隨之提高；

（3）當(dāng)土中含水量增大到一定程度后，孔隙中開始出現(xiàn)自由水，結(jié)合水膜的擴(kuò)大作用并不明顯，顆粒間引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒間的移動(dòng)，并隨著含水量的繼續(xù)增大，移動(dòng)阻力逐漸增大，壓實(shí)效果反而下降，土的干密度隨之減少。

3.土的壓實(shí)系數(shù)λc

二、墊層施工方法

機(jī)械碾壓法、重錘夯實(shí)法和振動(dòng)壓實(shí)法三種。

（一）機(jī)械碾壓法

機(jī)械碾壓法是采用壓路機(jī)、推土機(jī)、羊足碾、振動(dòng)碾或其它壓實(shí)機(jī)械來壓實(shí)軟弱地基土或分層填土墊層。常用于基坑面積寬大和開挖土方量較大的工程。

施工步驟:

1.將擬建范圍內(nèi)一定深度內(nèi)的軟弱土挖出至設(shè)計(jì)要求；

2.將底部土體碾壓加固；

3.分層填筑，逐層加密。

施工參數(shù)：如施工機(jī)械、鋪筑厚度、碾壓遍數(shù)與填筑含水量等由工地試驗(yàn)確定。

為保證有效壓實(shí)質(zhì)量，碾壓速度要有所控制，平碾控制在2.0km/h，羊足碾控制在3.0km/h，振動(dòng)碾控制在2.0km/h。

碾壓法對(duì)表層地基加固深度一般可達(dá)2~3m。一般粘性土經(jīng)表層壓實(shí)處理，其地基承載力可達(dá)80~100kPa。

質(zhì)量檢驗(yàn)：

施工中，隨層檢驗(yàn)平均干密度、含水量。采用環(huán)刀法或貫入測(cè)定法。每個(gè)基坑或100~500m2設(shè)一個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)。

（二）重錘夯實(shí)法

重錘夯實(shí)法是用起重機(jī)械將夯錘（15~30kN）提升到一定高度（2.5~4.5m），然后自由落錘，不斷重復(fù)夯擊以加固地基。

1.施工順序

重錘夯實(shí)宜一夯挨一夯順序進(jìn)行。在獨(dú)立柱基基坑內(nèi)，宜按先外后里的順序夯擊。同一基坑底面標(biāo)高不同時(shí)，應(yīng)按先深后淺的順序逐層夯實(shí)。

2.施工要點(diǎn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)試夯；

（2）夯擊前應(yīng)檢查坑中土的含水量；

（3）施工夯打工藝；

（4）現(xiàn)場(chǎng)有邊坡或鄰近建筑物時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用必要的防護(hù)措施。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

不僅要檢查施工記錄及試夯最后下沉量，而且要檢查加固質(zhì)量�；�槽每30m一點(diǎn)，整片地基每100m2兩點(diǎn)以上。經(jīng)過重錘夯實(shí)的地基承載力可達(dá)100~150kPa。

(三)平板振動(dòng)法

振動(dòng)壓實(shí)法是利用各種振動(dòng)壓實(shí)機(jī)，將松散土振壓密實(shí)。

適用于處理無粘性土或粘粒含量少，透水性較好的松散雜填土地基。

振動(dòng)壓實(shí)機(jī)的工作原理是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)偏心塊以相同速度反向轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)

很大的垂直振動(dòng)力。

壓實(shí)效果：一般雜填土經(jīng)振實(shí)后，地基承載力特征值可達(dá)100~120kPa。

振動(dòng)壓實(shí)的效果與填土成分、振動(dòng)時(shí)間等因素有關(guān)，一般振動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，效果越好，但振動(dòng)時(shí)間超過某一值后，振動(dòng)引起的下沉基本穩(wěn)定，再繼續(xù)振動(dòng)就不能起到進(jìn)一步的壓實(shí)作用。因此，施工前需進(jìn)行試振，得出穩(wěn)定下沉量和時(shí)間的關(guān)系。

參考：對(duì)主要由礦渣、碎磚、瓦塊組成的建筑垃圾，振動(dòng)時(shí)間約在1min以上；對(duì)含爐灰等細(xì)粒填土，振動(dòng)時(shí)間約為3~5min，有效振實(shí)深度為1.2~1.5m。

振實(shí)范圍應(yīng)從基礎(chǔ)邊緣放出0.6m左右，先振基槽兩邊，后振中間，其振實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是以振動(dòng)機(jī)原地振實(shí)不再繼續(xù)下沉為合格，并輔以輕便觸探試驗(yàn)檢驗(yàn)其均勻性及影響深度。

三、砂（砂礫、碎石）墊層施工

1.墊層材料

砂石：顆粒級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬的砂石（砂料的不均勻系數(shù)不能小于5，以中粗砂為好，可在砂中摻入一定數(shù)量的碎石，但要分布均勻），不得含有草根、垃圾，含泥量應(yīng)小于5％，對(duì)具有排水要求的砂墊層宜控制在含泥量不大于3%。

灰土：土料宜用粉質(zhì)粘土，不宜使用塊狀粘土和砂質(zhì)粉土，石灰宜用新鮮的消石灰。

2.施工要點(diǎn)

（1）施工機(jī)械應(yīng)根據(jù)不同墊層材料進(jìn)行選擇，壓實(shí)參數(shù)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

（2）不同施工機(jī)具應(yīng)采用不同的最優(yōu)含水量，尤其對(duì)素土和灰土墊層應(yīng)嚴(yán)格控制。

粉質(zhì)粘土和灰土的施工含水量宜控制在最優(yōu)含水量wop±2%的范圍內(nèi);粉煤灰宜控制在最優(yōu)含水量wop±4%范圍內(nèi);砂石料，當(dāng)用平板式振動(dòng)器時(shí)可取15%~20%，采用平碾或蛙式夯時(shí)可取8%~12%，用插入式振動(dòng)器時(shí)宜為飽和；對(duì)于碎石及卵石應(yīng)充分澆水濕透后夯實(shí)。

（3）不良地質(zhì)現(xiàn)象（如墊層下存在古井、古墓、洞穴、舊基礎(chǔ)、暗塘等），應(yīng)先進(jìn)行清理，然后再施工墊層。

（4）施工過程中嚴(yán)禁擾動(dòng)墊層下臥的淤泥和淤泥質(zhì)土等軟弱土層。為避免坑底土層受到擾動(dòng)，可保留約200mm厚的土層暫不挖去，待鋪筑墊層前再挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)碎石或卵石墊層，其底部宜設(shè)置150~300mm厚的砂墊層或鋪一層土工織物，以防止軟弱土層表面的局部破壞。

（5）墊層的底面宜鋪設(shè)在同一標(biāo)高上，若深度不同，基坑底土面應(yīng)挖成階梯狀或斜坡搭接，并按先深后淺的順序進(jìn)行墊層施工，搭接處應(yīng)夯壓密實(shí)。

（6）當(dāng)?shù)叵滤�位高于基坑底面時(shí)，應(yīng)采取排降水措施。

（7）墊層每層虛鋪200~300mm，分層鋪填，分層壓實(shí)，每層經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求后方能進(jìn)行下一層施工。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

施工質(zhì)量檢驗(yàn)——環(huán)刀法或貫入測(cè)定法。

（1）環(huán)刀法：用容積不小于200cm3的環(huán)刀壓入每層2/3的深度處取樣，測(cè)定其干密度，干密度應(yīng)不小于該砂石料在中密狀態(tài)的干密度值。

（2）貫入測(cè)定法：先將砂墊層表面3cm左右厚的砂刮去，然后用貫入儀、鋼叉或鋼筋以貫入度的大小來定性地檢查砂墊層質(zhì)量。

工程質(zhì)量驗(yàn)收——載荷試驗(yàn)。

換土墊層法注意事項(xiàng):

a.淺層(深層施工困難);

b.換填厚度為0.5至3.0m(太薄無用,太厚施工困難,費(fèi)用高);

c.分層回填壓實(shí)(保證質(zhì)量);

d.驗(yàn)算變形；

e.大面積及深厚墊層宜考慮換填材料重度大于天然土?xí)r對(duì)變形的影響（本身影響以及對(duì)臨近建筑物的影響）。