什麼是換填墊層法-換填墊層法計算

換填法是將基礎地面以下一定範圍內的軟弱土挖去，然後回填強度高，壓縮性較低，並且沒有侵蝕性的材料的方法。那麼換填墊層法又是怎麼樣的呢?

　　1.1 基本概念

當建築物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結構荷載對地基的要求時，常採用換填土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定範圍內的土層挖去，然後回填以強度較大的砂、砂石或灰土等，並分層夯實至設計要求的密實程度，作為地基的持力層。換填法適於淺層地基處理，處理深度可達2～3米。在飽和軟土上換填砂墊層時，砂墊層具有提高地基承載力，減小沉降量，防止凍脹和加速軟土排水固結的作用。

工程實踐表明，在合適的條件下，採用換填墊層法能有效地解決中小型工程的地基處理問題。本法的優點是：可就地取材，施工方便，不需特殊的機械設備，既能縮短工期，又能降低造價，因此，得到較為普遍的應用。

　　1.2 適用範圍

換填法適用於淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。但在用於消除黃土濕陷性時，尚應符合國家現行標準《濕陷性黃土地區建築規範》中的有關規定。在採用大面積填土作為建築地基時，應符合國家標準《建築地基基礎設計規範》(GB50007)的有關規定。

換填時應根據建築體型、結構特點、荷載性質和地質條件，並結合施工機械設備與當地材料來源等綜合分析，進行換填墊層的設計，選擇換填材料和夯壓施工方法。

　　1.3 加固機理

(1)置換作用。將基底以下軟弱土全部或部分挖出，換填為較密實材料，可提高地基承載力，增強地基穩定。

(2)應力擴散作用。基礎底面下一定厚度墊層的應力擴散作用，可減小墊層下天然土層所受的壓力和附加壓力，從而減小基礎沉降量，並使下卧層滿足承載力的要求。

(3)加速固結作用。用透水性大的材料作墊層時，軟土中的水分可部分通過它排除，在建築物施工過程中，可加速軟土的固結，減小建築物建成後的工後沉降。

(4)防止凍脹。由於墊層材料是不凍脹材料，採用換土墊層對基礎地面以下可凍脹土層全部或部分置換後，可防止土的凍脹作用。

(5)均勻地基反力與沉降作用。對石芽出露的山區地基，將石芽間軟弱土層挖出，換填壓縮性低的土料，並在石芽以上也設置墊層;或對於建築物範圍內局部存在鬆填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎後的坑穴，可進行局部換填，保證基礎底面範圍內土層壓縮性和反力趨於均勻。

因此，換填的目的就是：提高承載力，增加地基強度;減少基礎沉降;墊層採用透水材料可加速地基的排水固結。

　　1.4 墊層設計

1.4.1 墊層材料

(1)砂石。宜選用碎石、卵石、角礫、原礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑(粒徑小於2 mm的部分不應超過總重的45%)，應級配良好，不含植物殘體、垃圾等雜質。當使用粉細砂或石粉(粒徑小於0.075mm的部分不應超過總重的9%)時，應摻人不少於總重30%的碎石或卵石。最大粒徑不宜大於50mm。對濕陷性黃土地基，不得選用砂石等滲水材料。

(2)粉質黏土。土料中有機質含量不得超過5%，亦不得含有凍土或膨脹土。當含有碎石時，其粒徑不宜大於50mm。用於濕陷性黃土地基或膨脹土地基的粉質黏土墊層，土料中不得夾有磚、瓦和石塊。

(3)灰土。體積配合比宜為2：8或3：7。土料宜用粉質黏土，不得使用塊狀黏土和砂質粉土，不得含有鬆軟雜質，並應過篩，其顆粒不得大於15 mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大於5mm。

(4)粉煤灰。可用於道路、堆場和小型建築、構築物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰墊層中採用摻加劑時，應通過試驗確定其性能及適用條件。作為建築物墊層的粉煤灰應符合有關放射性安全標準的要求。粉煤灰墊層中的金屬構件、管網宜採取適當防腐措施。大量填築粉煤灰時應考慮對地下水和土壤的環境影響。

(5)礦渣。墊層使用的礦渣是指高爐重礦渣，可分為分級礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用於堆場、道路和地坪，也可用於小型建築、構築物地基。選用礦渣的鬆散重度不小於11 kN/m3，有機質及含泥總量不超過5%。設計、施工前必須對選用的礦渣進行試驗，在確認其性能穩定並符合安全規定後方可使用。作為建築物墊層的礦渣應符合對放射性安全標準的要求。易受酸、鹼影響的基礎或地下管網不得采用礦渣墊層。大量填築礦渣時，應考慮對地下水和土壤的環境影響。

(6)其他工業廢渣。在有可靠試驗結果或成功工程經驗時，對質地堅硬、性能穩定、無腐蝕性和放射性危害的工業廢渣等均可用於填築換填墊層。被選用工業廢渣的粒徑、級配和施工工藝等應通過試驗確定。

(7)土工合成材料。由分層鋪設的土工合成材料與地基土構成加筋墊層。所用土工合成材料的品種與性能及填料的土類應根據工程特性和地基土條件，按照現行國家標準《土工合成材料應用技術規範》(GB 50290—98)的要求，通過設計並進行現場試驗後確定。

作為加筋的土工合成材料應採用抗拉強度較高、受力時伸長率不大於4%～5%、耐久性好、抗腐蝕的土工格柵、土工格室、土工墊或土工織物等土工合成材料;墊層填料宜用碎石、角礫、礫砂、粗砂、中砂或粉質黏土等材料。如工程要求墊層具有排水功能時，墊層材料應具有良好的透水性.

1.4.3 墊層的寬度

墊層底面的寬度應滿足基礎底面應力擴散的要求，並且要考慮墊層側面土的側向支承力來確定，因為基礎荷載在墊層中引起的應力使墊層有側向擠出的趨勢，如果墊層寬度不足，四周土又比較軟弱，墊層有可能被壓潰而擠入四周軟土中去，使基礎沉降增大。

墊層底面寬度可按下式計算並根據當地經驗確定：

b'≥b+2ztanθ 1-4

式中：b'為墊層底面寬度;θ為墊層的壓力擴散角，可按表1-1採用，當z/b<0.25時，仍按表中z/b=0.25取值。

整片墊層的`寬度可根據施工的要求適當加寬。墊層頂面每邊宜超出基礎底邊不小於 300mm，或從墊層底面兩側向上按當地開挖基坑經驗的要求放坡。

　　1.5 墊層的承載力

墊層的承載力宜通過現場載荷試驗確定，並應進行軟弱下卧層驗算，驗算下卧層的承載力是否滿足要求。按現行國家標準《建築地基基礎設計規範》(GB50007)劃分安全等級為三級的建築及一般不太重要的、小型、輕型或對沉降要求不高的工程，在無試驗資料或經驗時，當施工達到表1-2規定的壓實標準後，可以參考表1-3所列的承載力特徵值取用。

　　1.6 沉降計算

軟黏土分佈地區的大量建築物沉降觀測及工程經驗表明，採用換填墊層進行局部處理後，當墊層下還存在軟弱下卧層時，由於下卧層的變形，建築物地基往往還會產生過大的沉降量和差異沉降量。類似地，即使採用水泥土攪拌樁複合地基，當樁端以下存在軟弱土層時，仍有較多建築物發生了較大的沉降，由此，對豎向承載的攪拌樁，《建築地基處理技術規範》(JGJ79-2002)規定，其長度除應根據承載力和變形的要求確定外，尚宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層。採用砂石樁法、高壓噴射注漿法等方法處理的地基均有類似規定。

因此，對於重要的建築或墊層下存在軟弱下卧層的建築，還應進行地基變形計算。並且，對墊層下存在軟弱下卧層的建築，在進行地基變形驗算時應考慮鄰近基礎對軟弱下卧層頂面應力疊加的影響。對超出原地面標高的墊層或換填材料的重度高於天然土層重度的墊層，宜早換填並應考慮其附加的荷載對建築及鄰近建築的影響。

換填墊層地基的變形由墊層自身變形和下卧層變形組成。對粗粒換填材料，由於在施工期間墊層的自身壓縮變形已基本完成，且變形值很小，因此，對碎石、卵石、砂夾石、礦渣和砂墊層，當換填墊層厚度、寬度及壓實程度均滿足設計及相關規範的要求後，一般可不考慮墊層自身的壓縮量而僅計算下卧層的變形。

當建築物對沉降要求嚴格，或換填材料為細粒材料且墊層厚度較大時，尚應計算墊層自身的變形。墊層的模量應根據試驗或當地經驗確定。在無試驗資料或經驗時，可參照表1-4選用。 表1-4 墊層模量

模量墊層材料 壓縮模量ES(Mpa) 變形模量E0(Mpa)

粉煤灰 8~20

砂 20~30

碎石、卵石 30~50

礦渣 35~70

　　1.7 墊層施工

1.施工機械

(1)粉質黏土與灰土：宜採用平碾、振動碾或羊足碾，中小型工程也可採用蛙式夯、柴油夯。

(2)砂石：宜用振動碾。

(3)粉煤灰：宜採用平碾、振動碾、平板振動器、蛙式夯。

(4)礦渣：宜採用平碾振動器或平碾、蛙式夯。

2.施工方法、分層鋪填厚度、每層壓實遍數

宜通過試驗確定。除接觸下卧軟土層的墊層底層應根據施工機械設備及下卧層土質條件的要求具有足夠的厚度外，一般情況下，墊層的分層鋪填厚度可取200~300mm。為保證分層壓實質量，應控制機械碾壓速度。

含水量控制

粉質黏土和灰土墊層土料的施工含水量宜控制在最優含水量Wop±2%的範圍內，粉煤灰墊層的最優含水量宜控制在最優含水量Wop±4%的範圍內。最優含水量可通過擊實試驗確定，也可按當地經驗取用。

4.其他施工要點

(1)當墊層底部存在古井、古墓、洞穴、舊基礎、暗塘等軟硬不均的部位時，應根據建築對不均勻沉降的要求予以處理，並經檢驗合格後，方可鋪填墊層。

(2)基坑開挖時應避免坑底土層受擾動,可保留約200mm厚的土層暫不挖去。嚴禁擾動墊層下卧層的淤泥或淤泥質土層，防止其被踐踏、受凍或受浸泡。在碎石或卵石墊層底部宜設置150~300mm厚的砂墊層或鋪設一層土工織物，以防止淤泥或淤泥質土層表面的局部破壞。

(3)墊層底面宜設在同一標高上，如深度不同，基坑底上面應挖成階梯或斜坡搭接，並按先深後淺的順序進行墊層施工，並按先深後淺的順序進行墊層施工，搭接處應夯砸密實。

(4)粉質黏土及灰土墊層分段施工時，不得在柱基、牆角及承重窗間牆下接縫。上下兩層的縫距不得小於500mm。接縫處應夯壓密實。

(5)灰土應拌和均勻並應當日鋪填夯壓。灰土夯壓密實後3d內不得受水浸泡。粉煤灰墊層鋪填後宜當天壓實，每層驗收後應及時鋪填上層或封層，防止乾燥後鬆散起塵污染，同時應禁止車輛通行。墊層竣工後，應及時進行基礎施工與基坑回填。

(6)鋪設土工合成材料時，下鋪地基土層頂面應平整，防止土工合成材料被刺穿、頂破。鋪設時應把土工合成材料張拉平直、繃緊，嚴禁有褶皺;端頭應固定或回折錨固;切忌曝曬或裸露;連接宜用搭接法、縫接法和膠結法，並均應保證主要受力方向的聯結強度不低於所採用材料的抗拉強度。

　　1.8 質量檢驗

1.施工質量檢驗

對粉質黏土、灰土、砂墊層和砂石墊層可用環刀法、貫人儀、靜力觸探、輕型動力觸探或標準貫人試驗檢驗，對砂墊層、礦渣墊層可用重型動力觸探檢驗。並均應通過現場試驗以設計壓實係數所對應的貫人度為標準檢驗墊層的施工質量。壓實係數的檢驗可採用環刀法、灌砂法或其他方法。

墊層的質量檢驗必須分層進行。每夯壓完一層，應檢驗該層的平均壓實係數。當壓實係數符合設計要求後，才能鋪填上層土。

當採用環刀法取樣時，取樣點應位於每層厚度的2/3深度處。檢驗點數量，對大基坑每50～100m2應不少於1個檢驗點;對基槽每10~20m應不少於1個點，每個單獨柱基應不少於1個點。當採用貫人儀或動力觸探檢驗墊層的施工質量時，每分層檢驗點的間距應小於4m。

2.竣工驗收

竣工驗收採用載荷試驗檢驗墊層承載力時，每個單體工程不宜少於3點;對大型工程則應按單體工程的數量或工程面積確定檢驗點數。