任务2.1 换填垫层法的选用

2.1.1 换填垫层法的概念

换填垫层法又称换填法，它是将建筑物基础下一定范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰等强度较大，性能稳定且无侵蚀性的材料，并分层夯实（或振实）至要求的密实度，达到改善地基应力分布、提高地基稳定性和减少地基沉降的目的。

当软弱地基的承载力和变形不能满足建筑物要求，且软弱土层的厚度又不是很大时，换填垫层法是一种较为经济、简单的软土地基浅层处理方法。换填垫层法的优点：可就地取材、施工简便、机械设备简单、工期短、造价低。

在水利工程中，换填法多用于上部荷载不大、基础埋深较浅的水闸、泵房、涵闸、渡槽及堤坝工程。换填开挖厚度一般为1.5～3.0m，垫层厚度过小，往往起不到作用；垫层厚度过大，基坑开挖有一定困难。对于上部荷载较大的建筑物地基处理，换填法必须结合其他地基加固措施（如桩基等）方能满足工程要求。

2.1.2 垫层的作用

换填垫层法处理地基，其作用主要体现在以下几个方面。

1.提高地基承载力

浅基础的地基承载力与持力层的抗剪强度有关。如果抗剪强度较高的砂土或其他材料置换基础下的软弱土层，可以提高地基承载力，同时通过应力扩散作用使传到垫层下软弱下卧层的附加应力大大减小，避免地基破坏。

2.减小沉降量

一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的，以条形基础为例，在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量的50%，如以高模量的密实砂或其他填筑材料代替低模量的上部软弱土层，必然可以减少这部分的沉降量。砂垫层或者其他垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧土层的压力较小，进一步地减小软弱下卧层的沉降量，因此使得总沉降量显著减小。

3.加速软弱土层的排水固结

建筑物的不透水基础与软弱土层直接接触时，在荷载作用下，软弱土地基中的水被迫绕基础两侧排出，因而使基底下的软弱土不易固结，形成较大的孔隙水压力，还可能导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。砂垫层和砂石垫层等垫层材料透水性大，软弱土层受压后，软弱下卧层增加了排水通道，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速软弱土层的固结从而提高其抗剪强度，避免地基土塑性破坏。

用透水材料做垫层相当于增设了一道水平排水通道，起到排水作用。在建筑物施工过程中，孔隙水压力消散加快，有效应力增加也加快，有利于提高地基承载力，增加地基稳定性，加速施工进度以及减少建筑物工后沉降。

4.防止冻胀

因粗颗粒的垫层材料孔隙大，不易产生毛细管水上升现象，因此可以防止寒冷地区浅层土结冰造成的冻胀。砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。

5.消除膨胀土的胀缩作用

在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣、二灰或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用，但垫层厚度应根据变形计算确定，一般不少于0.3m，且垫层宽度应大于基础宽度，而基础两侧宜用与垫层相同的材料回填密实。

6.隔水作用

对于湿陷性黄土地区，设置不透水垫层可防止地下水下渗到湿陷性黄土层，造成湿陷，所以垫层可起隔水作用。

2.1.3 换填垫层法的选用

《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2012）中规定：换填垫层适用于浅层软弱土层或不均匀土层的地基处理。工程实践表明，换填垫层法主要用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、冻胀土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。

换填垫层法各种垫层的适用范围见表2.2。