一、换土垫层法的概念、适用条件及作用机理

换土垫层法也称为开挖置换法，是将地基软弱土层部分或全部挖除，然后换填工程特性良好的材料，并予以分层压实，作为地基持力层。它是一种常用的较经济、简便的浅层处理方法。

常用的换填材料主要有砂、碎（卵）石、灰土、素土、煤渣以及其他强度高、压缩性低、稳定性好和无侵蚀性的工程特性良好的材料。

按垫层回填材料的不同，可分别称为砂砾垫层（图3-1）、碎石垫层、灰土垫层等。

当建筑物荷载不大（中小桥或一般结构物）、冲刷较小、软弱或不良土层较薄（如不超过3m）时，采用换土垫层法可取得较好的效果。

换土垫层法的作用机理主要表现在以下几个方面：

（1）提高基底持力层的承载力，减少沉降量 地基中的剪切破坏一般是从基础底面边角处开始，并主要发生在地基上部浅层范围内。另外，由于地基中附加应力随深度增大而减小，所以在总沉降中，浅层地基的沉降量也占较大比例。因此，当基底面以下浅层范围可能破坏的软弱土被强度较大的垫层材料置换后，可以提高承载力和减少沉降量。

图3-1 砂垫层应力扩散图

1—垫层 2—基础 3—回填土

（2）加速地基的排水固结 用砂石作为垫层材料时，由于其渗透性大，在地基受压后垫层便是良好的排水体，可使下卧层中的孔隙水压力迅速消散，从而加速其固结，如图3-1所示。

（3）防止冻胀 采用颗粒粗大的材料（如碎石、砂等）作为垫层，可以降低甚至不产生毛细水上升现象，因而可以防止结冰而导致的冻胀。

（4）消除地基的湿陷性和胀缩性 在湿陷性黄土地基中，采用素土或灰土垫层，置换基础底面下一定范围内的湿陷性土层，可免除土层浸水后湿陷变形的发生、或减少土层湿陷沉降量。同时，垫层还可作为地基的防水层，减少下卧天然黄土层浸水的可能性。采用非膨胀性的黏性土、砂、灰土以及矿渣等置换膨胀土，可以减少地基的胀缩变形量。

以下将主要介绍工程中常用的砂砾垫层的处理方法。

二、砂砾垫层的材料要求和施工要点

1.砂砾垫层的材料要求(www.daowen.com)

砂砾垫层材料应就地取材，同时又要符合强度要求。一般可采用中砂、粗砂、砾砂和碎（卵）石。其中粘粒含量不应大于5%，粉粒含量不应大于25%，因为这些成分含量过多，不利排水和夯实。另外，砾料粒径以不大于50mm为宜，并且不应含有植物残体等杂质。

垫层材料应以中砂为主，其颗粒的不均匀系数不应小于5。也可掺入一定数量的碎石（碎石粒径不应超过100mm），这样既能提高强度，又易于夯实。

2.砂砾垫层的施工要点

1）垫层材料应分层填筑，分层压实。分层厚度和压实遍数应根据具体方法和压实机具而定。一般分层厚度可取20～30cm，压实方法可采用振动法、碾压法、夯实法和水撼法等。分层压实必须达到设计要求的密实度。

2）施工中应控制最佳含水量，以利于达到最大的密实度。

3）当地下水位高于基坑底面时，应采取排水或降低水位措施，以利于施工和保证垫层质量。

4）基坑开挖时应避免扰动垫层下的软弱土层，可保留20cm左右厚的土层暂不挖，待铺填垫层前再挖至设计标高。在基坑挖好经检验后，应迅速铺压垫层材料，以防坑底暴露过久、被践踏、浸水或受冻，使地基土结构遭受破坏、强度降低。

5）在碎石或卵石垫层底部宜设置15～30cm厚的砂垫层，以防止淤泥或淤泥质土层表面的局部破坏。同时必须防止基坑边坡土体坍落混入垫层。

6）砂砾垫层的质量检验，可选用环刀取样法或灌入法进行，以干重度和贯入度为控制指标。

7）垫层底面应尽量水平。

8）垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。

三、挤淤置换法

对于淤泥或淤泥质土层，当其厚度较小、在碾压或强夯下抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤法置换软土。先在软弱土层上堆填块石、片石等，然后将其碾压或夯入土层，以置换和挤出软弱土。

在滨河海开阔地带，可利用爆破挤淤。先在淤泥面堆填块石，然后在其侧边下部淤泥中按设计量放入炸药，通过爆炸挤出淤泥，使块石沉落于底部坚实土层之上。