换土夯实法.doc

第三章 换土夯实法
当建筑物的地基土为软弱土或湿陷性土、膨胀土、冻土等不能满足上部结构对地基强度和变形的要求，而软土层的厚度又不很大时（如不大于3m），常采用垫层法处理，与其它地基处理方法相比，此法能取得良好的经济效益。
换填夯实法又称开挖置换法、换土垫层法，简称换土法、垫层法等。该法是将基础下的软弱土、湿陷性土、膨胀土、冻土等的一部分或全部挖去，然后换填密度大、强度高、水稳性好的砂土、碎（卵）石土、灰土、素土、矿渣以及其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层（振、压）实至要求的密度。
换土垫层与原土相比，具有承载力高，刚度大，变形小的优点。砂石垫层还可以提高地基排水固结速度，防止季节性冻土的冻胀，消除膨胀土地基的胀缩性及湿陷性土层的湿陷性，还可用于暗滨和暗沟的建筑场地。另外，灰土垫层还具有促使其下土层含水量的均衡转移的功能，从而减小土层的差异。
在不同的工程中，垫层所起的作用也不同。一般房屋建筑基础下的砂垫层主要起换土作用，而在路堤或土坝等工程中，砂垫层主要是起排水固结作用。换土垫层视工程具体情况而异，软弱土层较薄时，常采用全部换填，若土层较厚时，可采用部分换填，并允许有一定程度的沉降及变形。
换土垫层一般多用于上部荷载不大，基础埋深较浅的中、低层民用建筑的地基处理工程中，一般开挖深度不超过3m。近年来，一些重大的建（构）筑物，也开始用换土垫层，开挖深度超过3m以上甚至更深，一般限制在5m以内，同时注意边坡的防护。
垫层的设计与施工应根据上部建筑物的结构特点、荷载特性、基础形式及埋深、场地土质、地下水条件和当地施工队伍的技术装备、施工经验、材料来源以及工程造价等技术、经济分析论证后确定。
根据换填的材料不同，垫层可分为砂石（砂砾、碎卵石）垫层、土垫层（素土、灰土、二灰土垫层）、粉煤灰垫层、矿渣垫层、加筋砂石垫层等。
第二节 换填（土、石）材料要求
垫层材料可以选择级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砂、卵石、碎石等材料，其颗粒的不均匀系数≥5，最好为≥10不含植物残体、垃圾等杂物，且含泥量不应超过5%若用排水固结的垫层，其含泥量不应超过3%。若用粉沙作换填材料时，不容易压实，而且强度也不高，使用时应掺入25%～30%的碎石或卵石，使其分布均匀，最大粒径不得超过5㎝。碾压或夯、振动功能过大时，最大粒径不得超过8㎝。对于湿陷性黄土地基的垫层，不得选用砂石等渗水材料作为换填材料。采用素土和灰土换填时，因土的压实程度与土的特性尤其是土的含水量、土的颗粒组成和压(夯、振)实能量密切相关。在实际施工中，通常素土垫层施工含水量一般控制在ωOP±2%的范围内。对粉煤灰垫层控制在ωOP±4%的范围内。无试验资料时，最优含水量ωOP可参考表3·2·1。
也可按经验公式确定：
ωOP＝0.4ωL+6 粉质粘土
ωOP＝0.6ωL－3 粘土
土的最优含水量经验值 表3·2·1
塑性指数IP
最大密度rd（kN/m3）
最优含水量ωOP（%）
＜10
＞18.5
＜13
10—14
17.5—18.5
13—15
14—17
17.0—17.5
15—17
17—20
16.5—17.0
17—19
20—22
16.0—16.5
19—21
杂填土的含水量对垫层的分层压实有直接影响。现场施工时，应使填土的含水量接近最佳含水量。当无实测资料时，也可参考表3·2·1和表3·2·2确定。
土的最优含水量和最大密度参考值 表3·2·2
土的种类
变 形 范 围
最优含水量（%）
最大密度（kN/m3）
砂土
8—12
18.0—18.8
粘土
19—23
15.8—17.0
粉质粘土
12—15
18.5—19.5
粉土
16—22
16.1—18.0
若采用高炉矿渣垫层来处理软弱地基时，当压实符合标准时，载荷与变形关系具有直线变形体的一系列特点。如压实不佳、强度达不到设计标准，会引起显著的非线性变形。因此，在设计矿渣垫层时，首先要了解它的组成成分、颗粒级配、软弱颗粒含量和松散密度。矿渣是高炉冶炼生铁过程中产生的固体废渣经自然冷却而形成的，具有原料足、造价低、节约天然资源（砂石料）的特点，作为填料已广泛应用于工程实践中。
在垫层施工中，填料质量好坏，是直接影响垫层施工质量的关键因素。对于砂、石料和矿渣等垫层主要检验其粒径级配以及含泥量，对于土、石灰填料主要检查其含水量是否接近最优含水量，石灰的质量等级以及活性cao+mgo的含量、存放时间等。不允许不合格的材料用于工程中，各种填料的一般质量要求见表3·2·3。

各种垫层对材料的一般要求 表3·2·3
垫层名称
填料名称
质量要求
砂垫层
砂料
砂石垫层材料，宜采用级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砂砾、圆砂、卵石、碎石等材料，其颗粒的不均匀系数≥5，最好≥10，不含植物残体、垃圾等杂物，且含量不超过5%。若用作排水固结的垫层，其含泥量不应超过3%。若用粉细砂作为换填材料时，不容易压实，而且强度也不高，使用时应掺入25%—30%的碎石或卵石，使其分布均匀，最大粒径不得超过5㎝。碾压或夯、振功能较大时，最大粒径不得超过8㎝，对于湿陷性黄土地基的垫层，不得选用砂石等渗水材料作为换填材料。
碎石垫层
碎、卵石料
素土垫层
土料
素土垫层中的土料应采用基坑（槽）开挖出的土，并应过筛，粒径≤15㎜，土中有机质含量不得超过5%，不得含有冻土、膨胀土，当含有碎石时，其粒径不宜大于50㎜，用于处理湿陷性黄土的素土垫层中的土料不得含有砖、瓦、石块等渗水材料。
灰土垫层
土料
除符合上述素土垫层的土料的质量要求外，土的塑性指数Ip＞4，一般石灰与土配合的体积为3︰7，2︰8。
石灰
灰土垫层中的灰料宜用新鲜的消石灰，应予以过筛，其粒径不得大于5㎜，熟石灰不得含有未熟化的生灰块和过多的水分，一般常用的熟石灰粉末，其质量应符合国家Ⅲ级以上标准，活性cao+mgo含量不得低于50%，要拌制强度较高的灰土，应选用Ⅰ级和Ⅱ级石灰。当活性氧化物含量不高时，应相应增加石灰的用量，石灰贮存时间不得3个月，长期存会降低其活性。灰土还可以用达到国家三等石灰标准的生灰，其粒径不得大于5㎜，生石灰消解3—4d，筛除生石灰块后使用。
粉煤灰垫层
粉煤灰
粉煤灰可采用湿排灰，调湿灰和干排灰，不得有植物、垃圾和有机质等杂物，运输时粉煤灰含量不宜过多或过少，过多运输过程会造成滴水，过少会造成扬尘，污染环境，洒水的水质不应含油质，PH在6—9之间。
高炉矿
渣垫层
矿渣料
矿渣垫层大面积填铺时，多采用高炉混合矿渣（经破碎但不经筛分的分级矿渣），粒径最大不超过200㎜。小面积垫层用粒径20—60㎜分级矿渣，最大粒径不得超过碾压分层虚铺厚度2/3，用于垫层的矿渣应预先进行化学分析鉴定。
第三节 设计计算
垫层设计的一般要求是，既要有足够的厚度以置换可能受到剪切破坏的软弱土层，还要满足建筑物地基强度和变形的要求，另外，还要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出增加沉降，同时还应做到经济合理。
垫层设计的主要内容是确定垫层的合理厚度和宽度。应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，以及机械设备条件、垫层材料来源等综合考虑，进行垫层的设计。
一、垫层厚度的确定
垫层厚度一般是根据垫层底面处软弱土层的承载力而确定的。如图3·3·1所示，h为基础埋深。垫层厚度hs的确定依据是垫层底部软弱土层的承载力。作用于垫层底面处土的自重应力与附加应力之和应不大于下卧层的允许承载力，即
Pz+Pcz≤fz （3·3·1）
式中 Pz——垫层底面处附加应力设计值（kpa）；
Pcz——垫层底面处土的自重压力标准值（kpa）；
fz——垫层底面处经深度修正后软弱土层的地基承载力设计值（kpa）。

图 3·3·1
具体计算时，一般可根据垫层的地基承载力标准值确定出基础宽度，在根据下卧层的承载力确定出垫层的厚度。垫层的标准承载力要合理拟定。如定的过高，换垫厚度会很深，这样对施工不利，也不经济。根据许多荷载试验资料得出：当软弱下卧层的承载力标准值为60～80 kPa，压缩模量为3MPa左右，换土厚度为基础宽度的0.5～10倍时，例如用砂垫层地基的承载力标准值大约为100～200 kPa。一般是先根据初步拟定的砂垫层厚度hs，再用公式（3·3·1）复核。通常砂垫层厚度为1.0～3.0m之间，太厚施工困难，太薄则换土垫层的作用不明显。
垫层底面处的附加应力pz，除了可用弹性理论的土中应力公式求得外，也可按应力扩散角Q进行简化计算。假定基底应力p按Q角通过砂垫层向下扩散到软弱下卧层顶面，该处由此产生的压力呈均匀分布见图3·3·1。

条形基础： （3·3·2）
矩形基础： （3·3·3）
式中 b——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；
L——矩形基础底面的长度（m）；
P——基础底面压力的设计值（kPa）；
Pcz——基础底面处土的自重应力标准值（kPa）；
hs——基础底面下垫层的厚度（m）；
Q——垫层的压力扩散角（0），可按表3·3·1或3·3·2取值。
垫层压力扩散角Q（0） 表3·3·1
换填材料
hs/b
中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石、碎石
粘性和粉土
（8≤Ip＜14＝
灰 土
0.25
20
6
30
≥0.50
30
23
注：（1）当hs/b＜0.25时，除灰土仍取Q=300外，其余材料均Q=00.
（2当0.25＜hs/b＜0.50时，Q值可由内求得。
垫层压力扩散角Q（0） 表3·3·2
Ea1/Ea2
hs/b
0.25
0.50
3
b
23
5
10
25
10
20
30
注：（1）Ea1为垫层的压缩模量；Ea2为垫层下土的压缩模量，
（2）hs＜0.25 b时，一般取Q=00，必要时宜由试验确定，hs＞0.56时，Q值不变。
假定基础应力P按扩散角Q=350—450通过砂垫层向下扩散到软弱下卧层顶面，并假定该处由此产生的压呈梯形分布，见图3·3·2（b）。

图3·3·2砂石垫层梯形应力分布
根据力的平衡条件可得到：
Lbp=[(b+hstgQ)L+bhstg+(hstgQ)2]pz
整理后，该处软土的附加应力为：
(3·3·4)
根据试验，当矩形基础下垫层厚度为基底宽度的0.8～1.0倍，条形基础下垫层厚度为基底宽度的1.0～1.5倍时，能消除大部分非自重湿陷性黄土地基的湿陷性。对柱基下垫层厚度为基底宽度的1.0～1.5倍时，对条形基础其垫层厚度为基底宽度的1.5～2.0倍时，可基本消除非自重湿陷性黄土地的湿陷性。
对湿陷性黄土垫层处理深度，按《湿陷性黄土地区建筑规范》（GBJ25～90）规定：
（1）、甲类建筑应消除全部湿陷量或桩基、深基、垫层等穿透全部湿陷土层，对非自重湿陷性黄土场地，应将基础下湿陷起始压力小于附加压力与上覆土的饱和自重压力之和的所有土层进行处理，或处理至基础下压缩层的下限为止。对自重湿陷性黄土场地，应处理基础以下的全部湿陷性土层。
（2）、对乙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度为：对非自重湿陷性黄土场地，不应小于压缩层厚度的2/3，对自重湿陷性黄土场地，不应小于湿陷性土层厚度的2/3，并应控制未处理土层的湿陷量不大于20㎝ 。
（3）、如基础宽度大或湿陷性土层厚度大，处理2/3的压缩层或处理2/3的湿陷性土层有困难时，或当控制剩余湿陷量不能满足设计要求时，在建筑物范围内应采取整片处理在非湿陷性黄土场地，其处理厚度不应小于4m，在自重湿陷性黄土场地，其处理厚度不应小于6 m。
（4）、对丙类建筑消除地基部分湿陷量的最小处理厚度应符合表3·3·3。
消除地基部分湿陷量最小处理厚度 表3·3·3
地基湿陷等级
湿陷类型
非自重性湿陷性场地
自重湿陷性场地
Ⅱ
2.0
2.0
Ⅲ
—
3.0
Ⅳ
—
4.0
注：在Ⅲ、Ⅳ级自重湿陷性黄土场地上，对多层建筑地基宜采用整片处理，未处理土层的湿陷量不宜大于30㎝。
二、垫层宽度的确定
垫层的宽度确定主要依据是基础底面应力扩散的要求，其次也要考虑垫层侧面土的允许承载力，以防止垫层向两侧挤入软弱土层中，导致沉降增大，甚至失稳。
目前常用的方法有应力扩散角法及根据侧面土的承载力计算。但宽度的计算，目前尚无完善、可靠的方法。工程施工中主要按各地经验确定。
1、应力扩散角法
以条形基础为例，如砂垫层的底面宽度按下式计算：
b＇=b+2hstgQ (3·3·5)
式中 b＇——垫层底面宽度（m）；
其它符号意义同式（3·3·3）。
各种材料的应力扩散角见表3·3·1和表3·3·2。当坡度延伸至地面，即可得垫层的设计断面，并应满足垫层顶面每边宜超出基础底面且不小于300㎜。见图3·3·3所示。

图3·3·3砂垫层断面示意
2、根据侧面土的承载力标准值确定底面宽度b＇
fk≥200kpa, b＇=b+(0～0.36)hs (3·3·6)
120kpa≤ fk＜200kpa, b＇=b+(0.6—1.0)hs (3·3·7)
fk＜120kpa b＇=b+(1.6～2.0)hs (3·3·8)
3、湿陷性黄土地基下的垫层底面宽度
当垫层厚度小于2m时，每边加宽不小于土垫层厚度的1/3，且不于30㎝，当垫层厚度大于2m时，应考虑基础宽度的影响，适当加宽，每边按0.2～0.3 b加宽，但是，不应小于30㎝，且不大于70㎝。
整片垫层的处理范围，每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度不应小于垫层的厚度，且不小于2m。
三、垫层承载力的确定
垫层的承载力宜通过现场试验确定。如直接用静荷载试验确定或用取图分析法、标准贯入、动力触探等多种测试方法综合确定。对于一般不太重要的、小型的、轻型的或对沉降要求不高的工程，可根据表3·3·4确定。
各种垫层的承载力 表3·3·4
施工方法
换填材料类别
压实系数c
承载力标准值（kpa）
碾压或
振密
碎石、卵石
0.94～0.97
200～300
砂夹石（其中碎石、卵石占全重的30%—50%）
200～250
土夹石（其中碎石、卵石占全重的30%—50%）
150～200
中砂、粗砂、砾砂
150～200
粘性土和粉土（8＜Ip＜14）
130～180
灰土
0.93～0.95
200～250
重锤夯实
土或灰土
0.93～0.95
150～200
注：（1）压实系数小的垫层，承载力标准值取低值，反之取高值；
（2）重锤夯实土的承载力标准值取低值，灰土取高值；
（3）压实系数c为土的控制干密度d与最大干密度dmx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20～22kN/m3。
当采用按压实系数确定垫层的承载力时，根据地区经验，当粗砂垫层的干密度达到16～17 kN/m3时，砂垫层本身的承载力可达到200～300 kPa。但是，当砂垫层下有软弱卧层时，压实条件较差，砂垫层本身的承载力标准值不大于200 kPa。当下卧层软弱土承载力标准值为60～80 kPa，压缩模量约为3MPa左右时，而换土厚度又为基础宽度的0.5～1.0倍时，砂垫层的地基承载力标准约为100～200 kPa。
压实系数的确定可根据下列公式计算：
c= (3·3·9)
式中 c——压实系数；
rd——工地现场实际控制的干密度（kN/m3）；
rdmax——室内试验得到最大干密度（kN/m3）。
压实试验c可通过室内击实试验按公式（3·3·9）求得，当没有试验资料时，压实填土的最大干密度可按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7—89）提供的公式确定：
rdmax= （3·3·10）
式中——水的密度（（kN/m3））
——经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取0.96，粉土取0.97；
——土颗粒的相对密度（土的比重）；
——土的最优含水量（%），可按当地经验或取+2（为塑限），粉土取14～18%。
用压实系数可对填土的施工进行控制。压实系数的大小一般由设计人员根据工程特点、使用要求和填土的工程性质来确定。
四、沉降计算
垫层的断面确定以后，对于比较重要的建筑物或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还要求验算基础的沉降量，以便使建筑物基础的最终沉降量小于建筑物的容许沉降量。对于超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层时，宜尽早换填并考虑其附加的荷载对建筑物以及邻近建筑物的影响。
建筑物基础沉降量等于垫层自身的变形量和软弱下卧层的变形量，总和为S且
S=SC+SP （3·3·11）
式中 SC——垫层自身变量（㎜）；
SP——压缩层厚度范围内（自下卧层顶面，即垫层底面算起）
各土层压缩变形之和（㎜）。
垫层自身变形量可按下式计算：
SC=（hs）/E1 （3·3·12）
式中 SP——基底压力（kpa）
E1——垫层压缩模量，由静载荷试验确定，当无试验资料时，
在24～30MPa范围内取值。
——基底压力扩散系数。
下卧土层的变形量可按分压层总和法确定：
SP=Pzb′ (3·3·13)
式中 —— 沉降计算经验系数，按地区沉降观测资料及经验确
定，也可按表3·3·5；
Pz —— 垫层底面的附加应力（kPa）；
b′ —— 垫层底宽度（m）；
Esi(1—2) ——下卧土层第i层的压缩模量（kPa）；
—— 第i层土的平均附加应力系数与垫层底到第i层底距
离的乘积；
n—— 下卧层计算深度内划分的土层数。

沉降量计算经验系数 表3·3·5
Es(MPa)

垫层附加应力
2.5
4.0
7.0
15.0
20.0
Pz≥fk
1.4
1.3
1.0
0.4
0.2
pz≤0.75fk
1.1
1.0
0.7
0.4
0.2
注：Es为沉降计算深度范围内压缩模量当量值；
Es=，其中Ai为第i层土附加应力系数沿土层厚度的
积分值。
五、垫层设计算例
对于具体换土垫层工程的设计计算可采用试算法。先根据上部荷载和垫层承载力确定基础宽度，然后初步选取一个垫层厚度值，并用式（3·3·1）验算。如不合要求，修改厚度值，重新验算，直至满足要求为止。
某楼房为四层砖混结构，其承重墙传至设计面±0.00的荷载F=200kN/m3,地表1.2m厚的杂填土，=17.2 kN/m3，其下层为厚约8m的淤泥质土，=17.8 kN/m3，承载力标准值fk=65 kPa。地下水位深度为1.2 m。试设计墙基的砂垫层。
解：
（1）砂垫层材料选用粗砂，查表3·3·4，取垫层承载力标准值fk=150kPa。基础埋深定为h=1.0m。
（2）垫层承载力修正。因基础埋深h=1.0＞0.5 m，砂垫层承载力需进行修正，根据建筑地基处理技术规范（JGJ79～91）有关规定，地基承载力修正系数为：b=0，d=1.0，则垫层承载力设计值为
f=fk+do(h﹣0.5)
=150+1.0×1.72（1.0﹣0.5）=158.6 kpa.
（3）确定基础宽度.
b≥=≈1.44m。
式中：c=20 kN/m3是基础与台阶上土的平均重度。
取基础宽度b=1.5 m.
（4确定垫层厚度，试取砂垫层厚度Z=2.0 m。
对垫层底下淤泥质土的承载力进行修正，查GBJ7～89有关表格得： b=0，d=1.1。
而软弱下卧层以上土的加权平衡重度为：
o=≈11.6 kN/m3.
于是
fz=fk+do（h－0.5）
=65+1.1×11.6（1.0+2.0－0.5）=96.9 kpa.
o(h+z)=11.6(1.0+2.0)=34.8 kPa.
基础底面处的压力为：
===153.3 kpa.
查表3·3·1得砂垫层压力扩散角Q=30°，故
===55.8 kpa.
于是有
+ =34.8+55.8=90.6＜fz
即垫层厚度取Z=20.0m满足要求。
（5）确定砂垫层宽度.
b′≥b+2ztgQ=1.5+2×2.0×tg30°=3.8m.
可取b′=4.0 m.
该建筑无需验算地基变形。
第四节 换填施工工艺
一、换填垫层压实方法介绍.
（一） 、机械碾压法
机械碾压法是采用各种压实机械，如压路机、羊足碾、推土机或其他压实机械来压实地基土的一种压实方法，这种方法常用于大面积填土的压实、杂填土地基处理、道路工程及基坑面积较大的换土垫层的分层压实。
换土垫层的施工参数应根据垫层材料、施工机械设备及设计要求等，通过现场试验确定，以求得最佳压（夯、振）实效果。在不具备试验条件的场合，也可按表3·4·1和表3·4·2取值。
施工时先按设计挖掉要处理的软弱土层，把基础底部土碾压密实后，在分层填土，逐层压密填土。压实效果取决于被压实土料的含水量和压实机械的能量。实际工程中可按表3·4·1和表3·4·2选择合适的分层碾压厚度和次数。
为保证有效压实质量，碾压速度要有所控制，平碾控制在2.0km/h；羊足碾压控制在3.0 km/h；振动碾控制在2.0 km/h；振动压实机控制在0.5 km/h。

垫层的每层铺填厚度及压实遍数 表3·4·1
碾压设备
每层虚铺厚度（㎜）
每层压实遍数
土质环境
平碾（8—12t）
200—300
6—8
软弱土、素填土
羊足碾（5—6 t）
200—350
8—16
软弱土
蛙式夯（碾）（200㎏）
200—250
3—4
狭窄场地
振动碾（8—15 t）
600—1500
6—8
砂土、湿陷性黄土
碎石土等
振动压实机
1200—1500
10
插入式振动器
200—500

干板振动器
150—250

各种压实机械铺土厚度及压实遍数 表3·4·2
压实机械
粘 土
粉质粘土
铺土厚度（㎝）
压实次数
铺土厚度（㎝）
压实次数
重型平碾（12 t）
25—30
4—6
30—40
4—6
中型平碾8-12 t）
20—25
8—10
20—30
4—6
轻型平碾（8 t）
15
8—12
20
6—10
铲运机

30—50
8—16
轻型羊足碾（5 t）
25—30
12—22

双联羊足碾（12 t）
30—35
8—12

羊足碾（13—16 t）
30—40
18—24

蛙式夯（200㎏）
25
3—4
30—40
8—10
人工夯（50-60㎏.落距50㎝）
18—22

4—5

重锤夯（1000㎏.落距3—4 m）
120—150
7—12

注：一般控制最后一击下沉量1—2㎝（重锤夯实）。
碾压后各种不同填料垫层的承载力标准值应通过现场试验确定，如无实测资料，可按表3·3·4和表3·4·3，表3·4·4取值。
碾（振）压地基承载力标准值f 表3·4·3
碾压方式
填土类别（地基土类别）

f（kpa）
振压、碾压
碎 石
0.95—0.97
200—400
土夹石（其中碎石占全重的30%）
180—400
杂填土

100—120
机械碾压时，还要注意边坡稳定以及碾压对邻近建筑物的影响。压实填土的边坡坡度允许值见表3·4·4。

压实填土承载力和边坡坡度允许值 表3·4·4
填土类别
压实系数c
承载力标准值fk（kpa）
边坡坡度允许值（高宽比）
坡高在8m以内
坡高在8—15m
碎石、卵石
0.94—0.97
200—300
1：1.5—1：1.25
1：1.75—1：1.5
砂夹石（其中碎石、卵石占总重的30%—50%）
200—250
1：1.5—1：1.25
1：1.75—1：1.5
土夹石（其中碎石、卵石占总重量的30—50%）
150—200
1：1.5—1：1.25
1：2.0—1：1.5
粉质粘土、粉土（8＜Ip＜14）
130—180
1：1.75—1：1.5
1：2.25—1：1.75
（二）重锤夯实法
重锤夯实是利用起重设备将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土层，重复夯打，使浅部地基土或分层填土夯实。
重锤夯实一般适用地下水位距地表0.8m以上非饱和的粘土、砂土、杂填土和分层填土，用以提高其强度，减少其压缩性和不均匀性，也可用于消除或减少湿陷性黄土的表层湿陷性，但在有效夯实深度内存在软弱土时，或当夯击振动对邻近建筑物或设备有影响时，不得采用。
1、重锤夯实机具设备
夯锤的形状宜采用圆台型，可用C20以上的钢筋混凝土制作，其底部可填充废铁并设置钢底板以降低重心。重锤不宜小于15kN，锤底面静压力应控制在15～20 kpa。锤的形状见图3·4·1。

图3·4·1 锤的形状
起吊设备应采用带有摩擦式卷筒的起重机或其他起重设备。如直接用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起吊能力一般要大于锤重的3倍，采用脱钩夯锤时，起吊能力应大于锤重的1.5倍。落距一般控制在2.5～4.5m之间。
2、夯击参数
重锤夯实的最优含水量应通过试验确定，或参考表3·2·1和表3·2·2。
夯实的影响深度与锤重、锤底直径、落距以及土质条件等因素有关。对于湿或稍湿，密度为稍密到中密状态的建筑垃圾杂填土，夯实时如采用15 kN的锤，底面直径为1.15m，落距为3～4m，其有效夯实深度约为1.1～1.2m（相当于锤径）。
停夯标准：随着夯击遍数的增加，每遍土的夯沉量逐渐减少，但是，当土被夯实到某一密度时，再增加夯击能量或夯击次数，土的密度不再增加，有时甚至会降低。因此，应进行现场试验，确定符合夯击密实度要求的最少夯击次数、最后下沉量（最后两击的平均下沉量），总的下沉量及有效夯实深度等。对于粘性土及湿陷性黄土，最后下沉量不应大于10～20㎜，砂性土不应超过5～10㎜。以此作为控制停夯的标准。
施工夯击遍数的确定：一般试夯约6～10遍，施工时可适当增加1～2遍。
预留土层厚度及每层虚铺厚度的确定：预留土层厚度一般为试夯时总下沉量加50—100㎜，也可按式（3·4·1）确定。分层夯实时，每层土的虚铺厚度应通过试夯确定，一般相当于锤直径即可，试夯的层数不宜少于2层。
△S=hk （3·4·1）
式中 △S——开挖基础坑（槽）时预留夯实土厚度，根据试夯总
下沉量，可增加50～100㎜；
e、e＇——有效夯实深度范围内，夯前土的平均天然孔隙比
和夯后土的平均孔隙比（由试夯确定）；
h——有效夯实深度（㎝）；
k——经验系数，一般取为1.6～2.0。
3、施工要点
（1）重锤夯实施工前应进行试夯。试夯面积不应小于10m×10 m，每层的虚铺厚度应通过试验确定，试夯层数不应少于2层；
（2）夯前应检查基坑（槽）中土的含水量，按照试夯结果决定是否加水。如需加水，应待水全部渗入土中一昼夜后方可夯击。若土的表面含水量过大，夯击成软塑状态时，可采用铺撒吸水材料（如生石灰、干土等）换土或其它有效措施处理。分层填土时，其填料的含水量应控制在最优含水量；
（3）在基坑（槽）的周边应作好排水措施，防止向坑（槽）内灌水。有地下水时应采取降水措施，冬季施工应采取防冻措施；
（4）基坑（槽）的夯实范围应大于基础底面，每边应超出基础边缘0.5 m，以便于夯实工作的进行；
（5）在条形基槽或大面积基坑内夯实时，第一遍宜按一夯挨一夯顺序进行，第二遍宜在第一遍的孔隙点夯击，如此反复进行，最后两遍应一夯搭半夯。在独立柱基基坑内夯击时，应采取先周边后中间后先外后里的顺序夯击。当基坑底面标高不一致时，应按先深后浅的顺序逐层夯击；
（6）注意边坡稳定性和夯击对邻近建筑物的影响，必要时采取有效措施。
（三）、振动压实法
振动压实法是利用振动压实机将松散土振动密实。此法实用于处理无粘性土或粘粒含量少，透水性较好的松散杂填土以及以及矿渣、碎石、砾石、砾砂、砂砾石等地基。
振动压实的效果与换填土的成分、振动时间等因素有关。一般振动时间越长，效果越好。但是，当振动时间超过某一值时，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步的压实作用。为此，一般要在施工之前进行试振，以确定稳定下沉量和时间的关系。对于主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约为1min以上，对于炉灰和细粒填土，振实时间约为3～5min，有效振实深度约为1.2～1.5m。
振动压实范围应在基础边缘每边扩出0.6m左右，先振基槽两边，然后振中间。其振压实的标准以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性和影响深度。振实后的地基承载力标准应通过现场荷载试验。一般杂填土经振实后，地基承载力可达到100～120kpa。如地下水位太高，则影响振实效果。另外，还应考虑振动时对周围建筑物的影响振源与建筑物的距离应大于3m。
总的来说，素填土宜用平碾和羊足碾，砂石等宜用振动碾和振动压实机和水撼法，当有效夯实深度内土的饱和度小于或接近0.6时，可采用重锤夯实。
垫层的虚铺厚度随着垫层材料，施工机具及方法的不同而不同。施工中应根据工程实际进行相关的现场试验来确定，如无试验数据，可根据表3·4·5确定。
垫层虚铺厚度（㎝） 表3·4·5
材料
施工方法
砂石
素土
灰土
粉煤灰
干渣
平振法
20—25

20—25
碾压法
25—35
20—25
20—30
20—30
25—30
夯实法
15—20
15—25
20—25

锤击法

重锤10—15
中锤5—7.5
重锤10—15
中锤5—7.5

插振法
同插入器的深度

二、各种垫层的施工
（一）砂和砂石垫层
1、对材料的要求
砂石垫层材料，宜采用级配良好、质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砂、卵石、碎石等材料，其颗粒的不均匀系数＞5，最好为＞10，不含植物残体，垃圾等杂物，且含泥量不应超过5%。若用作排水固结的垫层，其泥量不应超过3%。若用粉细砂作为换填材料时，不容易压实，而且强度也不高，使用应掺入25%—30%的碎石或卵石、使其分布均匀，最大粒径不得超过5㎝。碾压或夯、振动能较大时，最大粒径不得超过8㎝。对于湿陷性黄土地基的垫层，不得选用砂石等渗水材料作为换填材料。
2、施工参数选择
砂和砂石垫层采用施工机具和方法对垫层的施工质量至关重要。下卧层是高灵敏度的软土时，在铺设第一层时要注意不能采用振动能量大的机具扰动下卧层，除此之外，一般情况下，砂及砂石垫层首先用振动法。因为，振动法更能有效地使砂和砂石密实。分层厚度和最优含水量可参考表3·4·6。
砂和砂石垫层每层铺筑厚度及最优含水量 3·4·6
振捣方法
每层铺筑
厚度（㎜）
施工最优含水量%）
施 工 说 明
备 注
平振法
200—250
15—20%
用平板式振捣器振捣
不宜使用细砂或含泥量较大的砂所铺筑的砂垫层。
插振法
振捣器
插入深度
饱 和
⑴用插入式振捣器；
⑵插入间距可根据机械振幅大小决定；
⑶不应插入下卧粘性土层
⑷插入振捣器完毕后所留的孔洞应用砂填实。
水撼法
250
饱 和
⑴注水高度应超过每次铺筑面；
⑵钢叉摇撼捣实，插入点间距为100
㎜，钢叉分四齿，齿的间距800㎜，
长300㎜，木柄长90㎜，重4N
湿陷性黄土、膨胀土地区不得使用
夯实法
150—200
8—12
⑴用木夯或机械夯；
⑵木夯重400 N，落距400—500㎜；
⑶一夯压半夯，全面夯实。

碾压法
250—350
8—12
60—100KN压路机往复碾压。
⑴适用于大面积砂垫层
⑵不宜用于地下水位以下的砂垫层；
注：在地下水位以下的垫层其下层的铺筑厚度可比上表增加50㎜。
3、施工要点
（1）砂石垫层首先选择振动碾和振动压实机，其压实效果、分层填铺厚度、压实次数、最优含水量等应根据具体的施工方法及施工机械现场试验确定。如无试验资料，砂石垫层的每层填铺厚度及压实遍数可参考表3·4·1和表3·4·6。分层厚度可用样桩控制。施工时，应将下层的密实度经检验合格后，方可进行上层施工。一般情况下，垫层的分层厚度可取为20～30㎝。
（2）砂及砂石料可根据施工方法不同控制最优含水量，最优含水量由工地试验确定，也可查表3·4·6选择。对于矿渣应充分撒水湿透后进行夯实。
（3）铺筑前，应先验槽，浮土应清除，边坡须稳定，要防止塌土。基坑（槽）底部或两侧有孔洞、沟、古井、旧基础和墓穴等软硬不均的部位时，应预先清理，再用砂石和好土逐层填实，并检验合格后方可铺填施工。
（4）开挖基坑铺设砂石垫层时，必须避免扰动垫层下卧的软弱土层的表面，防止被践踏、浸泡或暴晒过久，否则，坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度就会显著降低，以致在建筑荷重作用下，将产生很大的附加沉降。因此，基坑开挖后，要及时回填土以避免扰动。在卵石或碎石垫层底部应设置150～300㎜厚度的砂层，并用木夯夯实（不得使用振捣器），以防止下卧的淤泥和淤泥土层表面的局部破坏。如下卧的软弱土层不厚，在碾压荷载下抛石能挤入该土层底面时，可先在软弱土层面上堆填块石、片石等，然后将其压入以置换或挤出软土。
（5）垫层底面宜设在同一标高上，如深度不同，基坑底面应挖成阶梯形或斜坡搭接形，分层搭接位置应错开0.5～1.0 m水平距离。搭接处注意夯压密实，并按先深后浅的顺序进行垫层施工。
（6）人工级配的砂石垫层，应将砂石拌合均匀，再行铺垫捣实。采用细砂作为垫层填料时，要注意地下水位的影响，且不宜采用平振法、插振法和水撼法。
（7）水撼法施工时，在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层为25㎝。铺砂后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉拔除，在相距10㎝处重新插入