換填墊層法
3.1.1 基本概念
當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)地基的要求時(shí)，常采用換填土墊層來(lái)處理軟弱地基。即將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強(qiáng)度較大的砂、砂石或灰土等，并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)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(dá)2～3米。在飽和軟土上換填砂墊層時(shí)，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(jié)的作用。
工程實(shí)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(wèn)題。本法的優(yōu)點(diǎn)是：可就地取材，施工方便，不需特殊的機(jī)械設(shè)備，既能縮短工期，又能降低造價(jià)，因此，得到較為普遍的應(yīng)用。
3.1.2 適用范圍
換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)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(shí)，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。在采用大面積填土作為建筑地基時(shí)，應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)的有關(guān)規(guī)定。
換填時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件，并結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備與當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源等綜合分析，進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì)，選擇換填材料和夯壓施工方法。
3.1.3 加固機(jī)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(shí)材料，可提高地基承載力，增強(qiáng)地基穩(wěn)定。
(2)應(yīng)力擴(kuò)散作用?；A(chǔ)底面下一定厚度墊層的應(yīng)力擴(kuò)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(chǔ)沉降量，并使下臥層滿足承載力的要求。
(3)加速固結(jié)作用。用透水性大的材料作墊層時(shí)，軟土中的水分可部分通過(guò)它排除，在建筑物施工過(guò)程中，可加速軟土的固結(jié)，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(duì)基礎(chǔ)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(duì)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(shè)置墊層；或?qū)τ诮ㄖ锓秶鷥?nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎(chǔ)后的坑穴，可進(jìn)行局部換填，保證基礎(chǔ)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(qiáng)度；減少基礎(chǔ)沉降；墊層采用透水材料可加速地基的排水固結(jié)。
【例題1】換填法處理地基的目的和作用是( )。
A、提高基礎(chǔ)底面以下地基淺層的承載力；
B、提高基礎(chǔ)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(jié)；
D、消除基礎(chǔ)底面以下適當(dāng)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(shè)計(jì)
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(yīng)超過(guò)總重的45％)，應(yīng)級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)砂或石粉(粒徑小于0.075mm的部分不應(yīng)超過(guò)總重的9％)時(shí)，應(yīng)摻入不少于總重30％的碎石或卵石。粒徑不宜大于50mm。對(duì)濕陷性黃土地基，不得選用砂石等滲水材料。
(2)粉質(zhì)黏土。土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5％，亦不得含有凍土或膨脹土。當(dāng)含有碎石時(shí)，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(zhì)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(zhì)黏土，不得使用塊狀黏土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應(yīng)過(guò)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?？捎糜诘缆贰⒍褕?chǎng)和小型建筑、構(gòu)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(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定其性能及適用條件。作為建筑物墊層的粉煤灰應(yīng)符合有關(guān)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。粉煤灰墊層中的金屬構(gòu)件、管網(wǎng)宜采取適當(dāng)防腐措施。大量填筑粉煤灰時(shí)應(yīng)考慮對(duì)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(jí)礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用于堆場(chǎng)、道路和地坪，也可用于小型建筑、構(gòu)筑物地基。選用礦渣的松散重度不小于11 kN／m3，有機(jī)質(zhì)及含泥總量不超過(guò)5％。設(shè)計(jì)、施工前必須對(duì)選用的礦渣進(jìn)行試驗(yàn)，在確認(rèn)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(yīng)符合對(duì)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。易受酸、堿影響的基礎(chǔ)或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)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(yàn)結(jié)果或成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無(wú)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(jí)配和施工工藝等應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
(7)土工合成材料。由分層鋪設(shè)的土工合成材料與地基土構(gòu)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(lèi)應(yīng)根據(jù)工程特性和地基土條件，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50290—98)的要求，通過(guò)設(shè)計(jì)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定。
作為加筋的土工合成材料應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度較高、受力時(shí)伸長(zhǎng)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(zhì)黏土等材料。如工程要求墊層具有排水功能時(shí)，墊層材料應(yīng)具有良好的透水性。
在軟土地基上使用加筋墊層時(shí)，應(yīng)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(shí)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(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)地基的要求時(shí)，常采用換填土墊層來(lái)處理軟弱地基。即將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強(qiáng)度較大的砂、砂石或灰土等，并分層夯實(shí)至設(shè)計(jì)要求的密實(shí)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(dá)2～3米。在飽和軟土上換填砂墊層時(shí)，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(jié)的作用。
工程實(shí)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(wèn)題。本法的優(yōu)點(diǎn)是：可就地取材，施工方便，不需特殊的機(jī)械設(shè)備，既能縮短工期，又能降低造價(jià)，因此，得到較為普遍的應(yīng)用。
3.1.2 適用范圍
換填法適用于淤泥、淤泥質(zhì)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(shí)，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。在采用大面積填土作為建筑地基時(shí)，應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)的有關(guān)規(guī)定。
換填時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑體型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件，并結(jié)合施工機(jī)械設(shè)備與當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)源等綜合分析，進(jìn)行換填墊層的設(shè)計(jì)，選擇換填材料和夯壓施工方法。
3.1.3 加固機(jī)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(shí)材料，可提高地基承載力，增強(qiáng)地基穩(wěn)定。
(2)應(yīng)力擴(kuò)散作用?；A(chǔ)底面下一定厚度墊層的應(yīng)力擴(kuò)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(chǔ)沉降量，并使下臥層滿足承載力的要求。
(3)加速固結(jié)作用。用透水性大的材料作墊層時(shí)，軟土中的水分可部分通過(guò)它排除，在建筑物施工過(guò)程中，可加速軟土的固結(jié)，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(duì)基礎(chǔ)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(duì)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(shè)置墊層；或?qū)τ诮ㄖ锓秶鷥?nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎(chǔ)后的坑穴，可進(jìn)行局部換填，保證基礎(chǔ)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(qiáng)度；減少基礎(chǔ)沉降；墊層采用透水材料可加速地基的排水固結(jié)。
【例題1】換填法處理地基的目的和作用是( )。
A、提高基礎(chǔ)底面以下地基淺層的承載力；
B、提高基礎(chǔ)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(jié)；
D、消除基礎(chǔ)底面以下適當(dāng)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(shè)計(jì)
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(yīng)超過(guò)總重的45％)，應(yīng)級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。當(dāng)使用粉細(xì)砂或石粉(粒徑小于0.075mm的部分不應(yīng)超過(guò)總重的9％)時(shí)，應(yīng)摻入不少于總重30％的碎石或卵石。粒徑不宜大于50mm。對(duì)濕陷性黃土地基，不得選用砂石等滲水材料。
(2)粉質(zhì)黏土。土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過(guò)5％，亦不得含有凍土或膨脹土。當(dāng)含有碎石時(shí)，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(zhì)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(zhì)黏土，不得使用塊狀黏土和砂質(zhì)粉土，不得含有松軟雜質(zhì)，并應(yīng)過(guò)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?？捎糜诘缆贰⒍褕?chǎng)和小型建筑、構(gòu)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(shí)，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定其性能及適用條件。作為建筑物墊層的粉煤灰應(yīng)符合有關(guān)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。粉煤灰墊層中的金屬構(gòu)件、管網(wǎng)宜采取適當(dāng)防腐措施。大量填筑粉煤灰時(shí)應(yīng)考慮對(duì)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(jí)礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用于堆場(chǎng)、道路和地坪，也可用于小型建筑、構(gòu)筑物地基。選用礦渣的松散重度不小于11 kN／m3，有機(jī)質(zhì)及含泥總量不超過(guò)5％。設(shè)計(jì)、施工前必須對(duì)選用的礦渣進(jìn)行試驗(yàn)，在確認(rèn)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(yīng)符合對(duì)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。易受酸、堿影響的基礎(chǔ)或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。大量填筑礦渣時(shí)，應(yīng)考慮對(duì)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(yàn)結(jié)果或成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無(wú)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(jí)配和施工工藝等應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。
(7)土工合成材料。由分層鋪設(shè)的土工合成材料與地基土構(gòu)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(lèi)應(yīng)根據(jù)工程特性和地基土條件，按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB 50290—98)的要求，通過(guò)設(shè)計(jì)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定。
作為加筋的土工合成材料應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度較高、受力時(shí)伸長(zhǎng)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(zhì)黏土等材料。如工程要求墊層具有排水功能時(shí)，墊層材料應(yīng)具有良好的透水性。
在軟土地基上使用加筋墊層時(shí)，應(yīng)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(shí)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