换填垫层法

换填垫层法2—1概述换填垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对于较深厚的软弱土层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱土层在荷载下的长期变形依然很大。例如，对较深厚的淤泥或淤泥质土类软弱地基，采用垫层仅置换上层软土后，通常可提高持力层的承载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形量大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体形复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不应采用浅层局部置换的处理方法。对于建筑范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、大古墓或拆除旧基础后的坑穴，均可采用换填法进行地基处理。在这种局部的换填处理中，保持建筑地基整体变形均匀是换填应遵循的最基本原则。开挖基坑后，利用分层回填夯压，也可处理较深的软弱土层。但换填基坑过深，常因地下水位高，需要采用降水措施；坑壁放坡占地面积大或边坡需要支护；因此易引起邻近地面、管网、道路与建筑的沉降变形破坏；再则施工土方量大、弃土多等因素，常使处理工程费用增高、工期拖长、对环境的影响增大等。因此，换填法的处理深度通常控制在3m以内较为合理。大面积填土产生的大范围地面荷载影响深度较深，地基压缩变形量大，变形延续时间长，与换填垫层法浅层处理地基的特点不同，因而大面积填土地基的设计施工应另行按国家现行有关规范执行。换填垫层法常用厂处理轻型建筑、地坪、堆料场及道路工程等。采用换填垫层全部置换厚度不大的软弱土层，可取得良好的效果；对于轻型建筑、地坪、道路或堆场，采用换填垫层处理上层部分软弱土时，由于传递到下卧层顶面的附加应力很小，也可取得较好的效果。但对于结构刚度差、体形复杂、荷重较大的建筑，巾于附加荷载对下的影响较大，如仅换填软弱土层的上部，地基仍将产牛较大的变形及不均匀变形；仍有可能对建筑造成破坏。在我国东南沿海软土地区，许多工程实践经验或教训表明，采用换填垫层时，必须考虑建筑体形、荷载分布、结构刚度等因素对建筑物的影响，对于深厚软弱土层，不应采用局部换填垫层法处理地基。对于不同特点的丁程，还应分别考虑换填材料的强度、稳定性、压力扩散能力、密度、渗透性、耐久性、对环境的影响、价格、来源与消耗等。当换填量大时，尤其应首先考虑当地材料的性能及使用条件。此外还应考虑所能获得的施工机械和设备类型、适用条件等综合因素．从而合理地进行换填垫层设计及选择施工方法。例如，对于承受振动荷载的地基不应选择砂垫层进行换填处理；略超过放射性标准的矿渣可以用于道路或堆场地基的换填，但不应用于建筑换填垫层处理等。处理建筑基础下软弱地基时，采用局部换填，即将基底下一定深度的软弱土全部或局部挖第14页除，然后回填垫层材料。垫层的作用是：1．提高持力层强度，将基底应力扩散，使垫层下软弱地基承受的附加应力减少到安全承载力范围之内，满足地基稳定要求。2．垫层的承载力较高，可减少地基的沉降量。3．加速软弱土层的排水固结。4．防止持力层的冻胀或液化。2—2换填垫层的设计垫层设计应满足建筑地基的承载力和变形要求。首先垫层能换除基础下直接承受建筑荷载的软弱土层，代之以能满足承载力要求的垫层；其次荷载通过垫层的应力扩散，使下卧层顶面受到的压力满足小于或等于下卧层承载能力的条件；再者基础持力层被低压缩性的垫层代换，能大大减少基础的沉降量。因此，合理确定垫层厚度是垫层设计的主要内容。通常根据层的情况确定需要换填的深度，对于浅层软弱土厚度不大的工程，应置换掉全部软土。对需换填的软弱土层，首先应根据垫层的承载力确定基础的宽度和基底压力，再根据垫层下卧层的载力，设计垫层的厚度。设计垫层时，主要工作包括确定材料，垫层的尺寸(厚度、宽度)，密实度以及地基的变形计算等，见图2-1--2-2所示。1．垫层材料垫层材料可用粗砂、中砂、细砂、砾石、矿渣、碎石、石屑、灰土(2：8或3：7)，素土(粉土或粉质黏上)等。最好能囚地制宜就地取材，一般不取粉土或纯细砂做垫层材料。如果采用中、粗砂料作垫层，还可满足防震要求，但要选用级配较好，含泥量少的砂料，也有采用水泥土、土工纤维布等方法加固垫层。(1)砂石：宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑(粒径小于2nzm的部分不应超过总重的45％)，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(粒径小于0．075mm的部分不超过总重的9％)时，应掺人不少于总重30％的碎石或卵石。砂石的最大粒径不官大于50mm。对湿陷性黄土地基，不得选用砂石等透水材料。(2)粉质黏土：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黏土垫层，土料中不得夹有