換填墊層法
3.1.1 基本概念
當建筑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，常采用換填土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、砂石或灰土等，并分層夯實至設計要求的密實程度，作為地基的持力層。換填法適于淺層地基處理，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，采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(yōu)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。
3.1.2 適用范圍
換填法適用于淤泥、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。但在用于消除黃土濕陷性時，尚應符合國家現(xiàn)行標準《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關規(guī)定。在采用大面積填土作為建筑地基時，應符合國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007)的有關規(guī)定。
換填時應根據(jù)建筑體型、結構特點、荷載性質和地質條件，并結合施工機械設備與當?shù)夭牧蟻碓吹染C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。
3.1.3 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(wěn)定。
(2)應力擴散作用?；A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，并使下臥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，在建筑物施工過程中，可加速軟土的固結，減小建筑物建成后的工后沉降。
(4)防止凍脹。由于墊層材料是不凍脹材料，采用換土墊層對基礎地面以下可凍脹土層全部或部分置換后，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(qū)地基，將石芽間軟弱土層挖出，換填壓縮性低的土料，并在石芽以上也設置墊層；或對于建筑物范圍內(nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎后的坑穴，可進行局部換填，保證基礎底面范圍內(nèi)土層壓縮性和反力趨于均勻。
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；墊層采用透水材料可加速地基的排水固結。
【例題1】換填法處理地基的目的和作用是( )。
A、提高基礎底面以下地基淺層的承載力；
B、提高基礎底面以下地基深層的承載力；
C、減少地基沉降量、加速地基的排水固結；
D、消除基礎底面以下適當范圍內(nèi)地基的濕陷性和脹縮性。
答案：A、C、D
3.1.4 墊層設計
3.1.4.1 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(粒徑小于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(粒徑小于0.075mm的部分不應超過總重的9％)時，應摻入不少于總重30％的碎石或卵石。粒徑不宜大于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，其粒徑不宜大于50mm。用于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，不得含有松軟雜質，并應過篩，其顆粒不得大于15 mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。
(4)粉煤灰。可用于道路、堆場和小型建筑、構筑物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰墊層中采用摻加劑時，應通過試驗確定其性能及適用條件。作為建筑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(wǎng)宜采取適當防腐措施。大量填筑粉煤灰時應考慮對地下水和土壤的環(huán)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。礦渣墊層主要用于堆場、道路和地坪，也可用于小型建筑、構筑物地基。選用礦渣的松散重度不小于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(wěn)定并符合安全規(guī)定后方可使用。作為建筑物墊層的礦渣應符合對放射性安全標準的要求。易受酸、堿影響的基礎或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時，應考慮對地下水和土壤的環(huán)境影響。
(6)其他工業(yè)廢渣。在有可靠試驗結果或成功工程經(jīng)驗時，對質地堅硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等均可用于填筑換填墊層。被選用工業(yè)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(jù)工程特性和地基土條件，按照現(xiàn)行國家標準《土工合成材料應用技術規(guī)范》(GB 50290—98)的要求，通過設計并進行現(xiàn)場試驗后確定。
作為加筋的土工合成材料應采用抗拉強度較高、受力時伸長率不大于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。
在軟土地基上使用加筋墊層時，應保證建筑穩(wěn)定并滿足允許變形的要求。
【例題2】換填墊層法施工時的換填材料可以選用( )。
A、碎石土和砂土；
B、陷性黃土；
C、少量膨脹土的素土和砂土；
D、粉土、灰土。
答案：A、D
3.1.1 基本概念
當建筑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，常采用換填土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、砂石或灰土等，并分層夯實至設計要求的密實程度，作為地基的持力層。換填法適于淺層地基處理，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，采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(yōu)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。
3.1.2 適用范圍
換填法適用于淤泥、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。但在用于消除黃土濕陷性時，尚應符合國家現(xiàn)行標準《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關規(guī)定。在采用大面積填土作為建筑地基時，應符合國家標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB50007)的有關規(guī)定。
換填時應根據(jù)建筑體型、結構特點、荷載性質和地質條件，并結合施工機械設備與當?shù)夭牧蟻碓吹染C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。
3.1.3 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(wěn)定。
(2)應力擴散作用?；A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，并使下臥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，在建筑物施工過程中，可加速軟土的固結，減小建筑物建成后的工后沉降。
(4)防止凍脹。由于墊層材料是不凍脹材料，采用換土墊層對基礎地面以下可凍脹土層全部或部分置換后，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(qū)地基，將石芽間軟弱土層挖出，換填壓縮性低的土料，并在石芽以上也設置墊層；或對于建筑物范圍內(nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎后的坑穴，可進行局部換填，保證基礎底面范圍內(nèi)土層壓縮性和反力趨于均勻。
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；墊層采用透水材料可加速地基的排水固結。
【例題1】換填法處理地基的目的和作用是( )。
A、提高基礎底面以下地基淺層的承載力；
B、提高基礎底面以下地基深層的承載力；
C、減少地基沉降量、加速地基的排水固結；
D、消除基礎底面以下適當范圍內(nèi)地基的濕陷性和脹縮性。
答案：A、C、D
3.1.4 墊層設計
3.1.4.1 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(粒徑小于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(粒徑小于0.075mm的部分不應超過總重的9％)時，應摻入不少于總重30％的碎石或卵石。粒徑不宜大于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，其粒徑不宜大于50mm。用于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，不得含有松軟雜質，并應過篩，其顆粒不得大于15 mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。
(4)粉煤灰。可用于道路、堆場和小型建筑、構筑物等的換填墊層。粉煤灰墊層上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰墊層中采用摻加劑時，應通過試驗確定其性能及適用條件。作為建筑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(wǎng)宜采取適當防腐措施。大量填筑粉煤灰時應考慮對地下水和土壤的環(huán)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。礦渣墊層主要用于堆場、道路和地坪，也可用于小型建筑、構筑物地基。選用礦渣的松散重度不小于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(wěn)定并符合安全規(guī)定后方可使用。作為建筑物墊層的礦渣應符合對放射性安全標準的要求。易受酸、堿影響的基礎或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時，應考慮對地下水和土壤的環(huán)境影響。
(6)其他工業(yè)廢渣。在有可靠試驗結果或成功工程經(jīng)驗時，對質地堅硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等均可用于填筑換填墊層。被選用工業(yè)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(jù)工程特性和地基土條件，按照現(xiàn)行國家標準《土工合成材料應用技術規(guī)范》(GB 50290—98)的要求，通過設計并進行現(xiàn)場試驗后確定。
作為加筋的土工合成材料應采用抗拉強度較高、受力時伸長率不大于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。
在軟土地基上使用加筋墊層時，應保證建筑穩(wěn)定并滿足允許變形的要求。
【例題2】換填墊層法施工時的換填材料可以選用( )。
A、碎石土和砂土；
B、陷性黃土；
C、少量膨脹土的素土和砂土；
D、粉土、灰土。
答案：A、D