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【摘 要】本文着重介绍了换填垫层法的具体方法，即垫层材料、宽度、深度的选择，以及该方法适用条件以及具体实施细则。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理，也是经济有效的处理方法。
【关键词】换填；垫层材料；扩散角；软弱下卧层
一 概述：当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，采用换填垫层法能取得较好的效果。
目前，浅层软弱地基及不均匀地基的处理，经常采用的是换填垫层法，如砂垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层、砂石垫层以及其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。虽然材料不同的垫层其计算方法都可按近似的砂石垫层的计算方法计算，不同材料的垫层，也与砂石垫层作用相同。
1 其主要作用是：
1） 提高地基承载力：浅基础的地基承载力与基础下的土层抗剪
强度有关，如果以抗剪强度较高的砂石或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基的承载力。
2） 减少沉降量：由于砂石垫层或其它垫层对应力的扩散作用，
是作用在下卧层上的压力较小，这样会减少下卧层的沉降量。
3） 加速软弱土层的排水固结：建筑物的不透水基础直接与软弱
土层接触时，在荷载的作用下，软弱土地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基地下的软弱土不宜固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而长生的塑性破坏的危险。砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可做为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下的软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。
4）防止冻胀：因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不宜产生毛细管现象，防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时砂石垫层应满足当地冻结深度的要求。
5）消除膨胀土的涨缩作用.
2.垫层的设计：
1）砂石垫层厚度的确定：
根据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）中
Pz+Pcz 先根据初步拟定的砂垫层厚度，再用（4.2.1-1）式复核，砂石垫层厚度一般不宜大于3米，太厚施工困难，太薄（<0.5m）则换填作用不显著。
2）砂石垫层宽度确定：
垫层宽度除要满足应力扩散的要求外，还要根据垫层侧面土的容许承载力来确定，防止垫层向两边挤动。常用的方法是：
<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）中（4.2.2）
整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。
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）根据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）规定，垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，并应进行下卧层承载力的验算。
4） 对于垫层下存在软弱下卧层的建筑，在进行地基变形计算时应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响。当超出原地面标高的垫层或换填材料的重度高于天然土层重度时，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近建筑的影响。
垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成。换填垫层在满足本规范第4.2.1条、第4.2.2条和第4.2.6条的条件下，垫层地基的变形可仅考虑其下卧层的变形。对沉降要求严的或垫层厚的建筑，应计算垫层自身的变形。
垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算。
3.垫层的施工：其要点是是将砂石加密到设计要求的密实度，另外铺筑前要先进行验槽；开挖基坑铺设垫层时，必须避免扰动软弱土层的表面，垫层地面宜在同一标高上等。
二 设计实例：本设计为山东某钢铁集团180m2烧结机工程环冷机基础，环冷机为烧结工艺系统一个重要环节，上部设备高且荷载大，因此对于基础有些较高的要求。
1. 本设计根据地质报告；场区上部2层粉质粘土承载力特征（fak）=140Kpa，基础设计底标高为-2.000m，要求设计承载力达到200Kpa，综合各种经济及工期各方面考虑，对现有基础进行换填设计，方法为用4：6砂石换填，压实系数>0.97，换填深度1.5m， 换填宽度7.4m.
2. 现有基础设计底标高为-2.000m，仅对其进行深度修正。
已知fak=140kpa，rm=18.8，d=2.0m，查<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）表5.2.4得nd=1.6.
因此 faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（2-0.5）=185kpa
3.根据<<建筑地基处理技术规范>>（JGJ 79-2002）-4中换填垫层法：
垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：Pz+Pcz 根据规范（4.2.1-2）条，换填角度为20度，得出：Pz=138Kpa
反算Pz+Pcz 138Kpa+20Kpa/m2 x 3.5（m）=208 Kpa
-3.5m处地基承载力深度修正：
faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（3.5-0.5）=230kpa
因此，承载力满足设计要求。
三 综上所述在采用此方法时，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法，以达到设计合理、施工便利、建设经济的作用。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》中国建筑工业出版社2002；
[2]《建筑地基处理技术规范》中国建筑工业出版社2003；
【关键词】换填；垫层材料；扩散角；软弱下卧层
一 概述：当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，采用换填垫层法能取得较好的效果。
目前，浅层软弱地基及不均匀地基的处理，经常采用的是换填垫层法，如砂垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层、砂石垫层以及其它性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。虽然材料不同的垫层其计算方法都可按近似的砂石垫层的计算方法计算，不同材料的垫层，也与砂石垫层作用相同。
1 其主要作用是：
1） 提高地基承载力：浅基础的地基承载力与基础下的土层抗剪
强度有关，如果以抗剪强度较高的砂石或其它填筑材料代替软弱的土，可提高地基的承载力。
2） 减少沉降量：由于砂石垫层或其它垫层对应力的扩散作用，
是作用在下卧层上的压力较小，这样会减少下卧层的沉降量。
3） 加速软弱土层的排水固结：建筑物的不透水基础直接与软弱
土层接触时，在荷载的作用下，软弱土地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基地下的软弱土不宜固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而长生的塑性破坏的危险。砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，垫层可做为良好的排水面，可以使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下的软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。
4）防止冻胀：因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，不宜产生毛细管现象，防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。这时砂石垫层应满足当地冻结深度的要求。
5）消除膨胀土的涨缩作用.
2.垫层的设计：
1）砂石垫层厚度的确定：
根据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）中
Pz+Pcz
2）砂石垫层宽度确定：
垫层宽度除要满足应力扩散的要求外，还要根据垫层侧面土的容许承载力来确定，防止垫层向两边挤动。常用的方法是：
<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）中（4.2.2）
整片垫层底面的宽度可根据施工的要求适当加宽。
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）根据<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）规定，垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，并应进行下卧层承载力的验算。
4） 对于垫层下存在软弱下卧层的建筑，在进行地基变形计算时应考虑邻近基础对软弱下卧层顶面应力叠加的影响。当超出原地面标高的垫层或换填材料的重度高于天然土层重度时，宜早换填，并应考虑其附加的荷载对建筑及邻近建筑的影响。
垫层地基的变形由垫层自身变形和下卧层变形组成。换填垫层在满足本规范第4.2.1条、第4.2.2条和第4.2.6条的条件下，垫层地基的变形可仅考虑其下卧层的变形。对沉降要求严的或垫层厚的建筑，应计算垫层自身的变形。
垫层下卧层的变形量可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算。
3.垫层的施工：其要点是是将砂石加密到设计要求的密实度，另外铺筑前要先进行验槽；开挖基坑铺设垫层时，必须避免扰动软弱土层的表面，垫层地面宜在同一标高上等。
二 设计实例：本设计为山东某钢铁集团180m2烧结机工程环冷机基础，环冷机为烧结工艺系统一个重要环节，上部设备高且荷载大，因此对于基础有些较高的要求。
1. 本设计根据地质报告；场区上部2层粉质粘土承载力特征（fak）=140Kpa，基础设计底标高为-2.000m，要求设计承载力达到200Kpa，综合各种经济及工期各方面考虑，对现有基础进行换填设计，方法为用4：6砂石换填，压实系数>0.97，换填深度1.5m， 换填宽度7.4m.
2. 现有基础设计底标高为-2.000m，仅对其进行深度修正。
已知fak=140kpa，rm=18.8，d=2.0m，查<<建筑地基基础设计规范>>（GB50007-2002）表5.2.4得nd=1.6.
因此 faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（2-0.5）=185kpa
3.根据<<建筑地基处理技术规范>>（JGJ 79-2002）-4中换填垫层法：
垫层的厚度z应根据需置换软弱土的深度或下卧土层的承载力确定，并符合下式要求：Pz+Pcz
反算Pz+Pcz
-3.5m处地基承载力深度修正：
faz=fak+ndrm（d-0.5）=140+1.6x18.8x（3.5-0.5）=230kpa
因此，承载力满足设计要求。
三 综上所述在采用此方法时，应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，进行换填垫层的设计和选择施工方法，以达到设计合理、施工便利、建设经济的作用。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》中国建筑工业出版社2002；
[2]《建筑地基处理技术规范》中国建筑工业出版社2003；