换填垫层法设计主要包括以下方面：
1. 确定垫层的合理厚度：
- 理论计算法：根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力来确定。一般要满足公式：p_{z}+p_{cz}\leq f_{az}，其中p_{z}为相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值；p_{cz}为垫层底面处土的自重压力值；f_{az}为垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值。对于条形基础，附加压力值按p_{z}=\frac{b(p_{k}-p_{c})}{b+2z\tan\alpha}计算；对于矩形基础，按p_{z}=\frac{l\times b\times(p_{k}-p_{c})}{(l+2z\tan\alpha)(b+2z\tan\alpha)}计算。式中b为矩形基础或条形基础底面的宽度；l为矩形基础底面的长度；p_{k}为相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；z为基础底面下垫层的厚度；\alpha为垫层的压力扩散角，宜通过试验确定，当无试验资料时，可按相关规定取值。换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。
- 经验法：根据工程实践经验和类似工程案例来初步确定垫层厚度。比如在一般的建筑工程中，如果软弱土层较浅且上部荷载不大，垫层厚度可能在1-2m左右；如果软弱土层较厚或上部荷载较大，垫层厚度可能需要适当增加。
2. 确定垫层的宽度：
- 底面宽度：垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散和防止垫层向两侧挤出的要求。可按下式计算：b' \geq b + 2z\tan\alpha，其中b'为垫层底面宽度，\alpha为压力扩散角，b为基础底面宽度，z为垫层厚度。整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。
- 顶面宽度：垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的当地经验放坡确定。垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm。
3. 选择垫层材料：
- 砂石：质地坚硬的碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂、或石屑等，应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。当使用粉细砂或石粉时，粒径小于0.075mm的部分不应超过总重的9%，且应掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。
- 粉质粘土：土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦和石块。
- 灰土：体积配合比宜为2:8或3:7。土料宜用粉质粘土，不宜使用块状粘土和砂质粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒粒径不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒粒径不得大于5mm。
- 粉煤灰：可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土0.3 - 0.5m。
- 矿渣：垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。
- 其他工业废渣：在有可靠试验结果或成功工程经验时，质地坚硬、性能稳定、无腐蚀性和放射性危害的工业废渣等均可用于填筑换填垫层，其粒径、级配和施工工艺等应通过试验确定。
4. 确定垫层的承载力：
- 试验确定：垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定。
- 经验取值：当无试验资料时，可按相关规范或经验数据取值。例如，素土垫层承载力特征值不宜超过180kPa；灰土垫层承载力特征值不宜超过250kPa。
5. 进行沉降计算：垫层地基的变形等于垫层自身的变形量s_1与下卧土层的变形量s_2之和。下卧层顶面承受换填材料本身的压力超过原天然土层压力较多的工程，地基下卧层将产生较大的变形，所以需要准确计算沉降量。下卧层的变形量s_2可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定计算。对于沉降要求严格的或垫层较厚的建筑，应计算垫层自身的变形。