换填法在工程中的运用及解析

【摘要】随着我国建筑事业的蓬勃发展，换填法在工程中的运用也越来越重要。本文介绍了换填法在工程中的具体方法，常见的换填材料，结合换填法设计原理，换填法的适用范围和条件，重点分析了换填法的施工要点，在现实的建筑工程的施工中具有一定的指导意义。

【关键词】建筑工程；换填法；设计原理；方法；适用范围；施工要点

中图分类号：TU198文献标识码： A

一、前言

在建筑工程的施工中，加强建筑工程中换填法地基加固施工技术的应用的研究是十分必要的。有利于建筑工程施工的地基的稳固，更好的为建筑工程的深入施工奠定了扎实的基础，延长了建筑物的使用寿命。

二、换填法的设计原理⑴垫层的厚度z应根据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≤fz,(1)式中,pz———垫层底面处的附加压力设计值;pcz———垫层底面处土的自重压力标准值;fz———垫层底面处土层的地基承载力设计值。垫层底面处的附加压力值pz可分别按式(2)和式(3)计算。条形基础pz=b(p-pc)/(b+2ztgθ)。(2)矩形基础pz=bI(p-pc)/[(b+2ztgθ)(1+2ztgθ)]。(3)两式中,b———矩形基础或条形基础底面的宽度;I———矩形基础底面的长度;p———基础底面压力设计值;pc———基础底面处土的自重压力标准值;z———基础底面下垫层的厚度;θ———垫层的压力扩散角(°),可按表1采用。注:①当z/b在0.25～0.5间时可内插,z/b

三、常见的换填法的填充材料

1.砂石：换填材料应采用级配良好，不含杂质的中、粗砂砾石，碎石等。

2.素土：可使用基槽开挖后的原槽土，但土中有机杂质不应大于8%，不得有冻土及冰雪。土中夹杂有碎石、碎砖时基粒径不得大于200mm，用于湿陷性黄土的素土垫层，土料中不得夹有碎砖、石块等杂物。

3.灰土：可采用原槽土，过筛。除去杂质、冰雪。粒径不大于5mm，含水量不宜过大，灰土比例以2～3:8～7为宜（体积比）。

四、换填法的适用范围和施工方法换填法适应于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻涨土、素填土、杂填土及暗沟、古井、古墓等地基处理。处理的办法就是将基础下的软弱土、湿陷性土、膨胀土、冻涨土等的一部分或全部挖出，然后换填密度大、强度高、水稳性好的较粗粒径的材料。换填法多用砂垫层的处理方法，多用于中小型建筑工程，以及沟塘的局部处理。一般饱和的、非饱和的软弱土的地基处理，不能用于大面积堆载、密集基础的软土地基的处理。1.换填垫层的施工方法：施工方法包括，机械碾压法、重锤夯实法和平板振冲法三种。2.机械碾压法：采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械来压实地基土。其施工时应先将拟建建筑物范围一定深度的软弱土挖去，现将基坑底部碾压，再将沙石、素土、或灰土等垫层材料分层铺在基坑内，涿层压实。采用机械碾压施工时应注意保证碾压的速度：平碾不能大于2km/h；羊足碾不能大于3km/h；振动碾不能大于2km/h；振动压实机不能大于0.5km/h。由于分层回填碾压应注意防止基坑灌水或雨水下渗，也应控制施工含水量。防止地基因水处理不当而发生破坏。3.重锤夯实法：重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升至一定的高度后，然后自由下落，不断重复夯击已加固地基。其主要设备为起重机械、夯锤、钢丝绳和吊钩。其施工顺序，应一夯挨一夯的顺序进行，在独立基坑内，易按先外后里的顺序夯击。当夯实完毕时，应将基坑表面修整之设计标高.采用重锤夯实施工时，应控制土的最优含水量，使土粒间有适当的水分，夯击时易于相互滑动挤压密实；同时防止土的含水量过大，避免夯击成“橡皮土”。4.平板振冲法：平板振冲法是利用振动压实机来压实无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的方法。振动压实施工时，先振基槽两边，后振中间。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关。应注意其振动时间对地基土的影响。

五、换填法的施工要点

1.设计（1）垫层厚度的确定垫层宽度的设计：砂垫层的底面宽度按下列公式计算：B1=b+2htgФ当基础荷载较大，或对沉降要求较高，或垫层侧面土的承载力较差时，垫层宽度可适当加大，在筏基、箱基或较大独立基础下采用换填垫层时，对垫层厚度小于0.25倍基础宽度的条件，计算垫层宽度时应考虑应力扩散角的要求。(2)垫层承载力的确定垫层承载力易通过现场载荷实验来确定。如直接载荷实验、取土分析法、标准贯入、动力触探等多种测试方法确定。一般对于重要的建筑或垫层下存在软弱下卧层的建筑，还应进行地基变形计算。对超出原地面标高的垫层或换填材料的密度高于天然土层密度的垫层，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。(3)施工验收要求垫层的工程竣工质量验收，除在施工过程中逐层检验其施工质量外还要做工程质量验收的监测和试验。一般有静载荷实验、静力触探试验、取土分析法、标准贯入、动力触探等测试方法检查验收。

2.分层铺填并压实除接触下卧软土层的垫层底层应根据施工机械设备及下卧层土质条件的要求具有足够的厚度外，一般情况下垫层的分层铺筑厚度可取200～300mm。

3.不同坡度的换填边坡稳定性分析对边坡进行稳定性分析，其目的是根据工程条件确定合理的边坡容许坡度和高度。因换填法适用于开挖较浅的基坑进行换填，且本工程淤泥质土的深度为5m，故取边坡高度H=5m的情况下，在边坡坡度范围内对不同坡度换填边坡的稳定性进行分析。当取边坡高度H=5m，边坡坡度范围为1∶0.7——1∶1.5时，由理正岩土边坡稳定分析软件算得不同坡度时的边坡安全系数。根据安全系数与坡度改变的关系可知，宽高比大于0.7时不同坡度的边坡安全系数均大于1，且随着高宽比逐渐变小，边坡安全系数逐渐增大，故换填边坡是稳定的。

六、换填法处理地基的作用 1.提高地基承载力 通过扩散作用使传到垫层下软弱土层的应力减小。 2.减少地基沉降量 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%，如以密实砂或其他填筑材料代替上部软弱土层，就是可以减小这部分的沉降量。砂垫层或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，这样也会相应减小下卧层的沉降量。 3.加速软弱土层的排水固结 不透水基础直接与软弱土层相接触时，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，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱土层的固结和提高其强度，避免地基土塑性破坏。 4.防止地基土冻胀 因为粗颗粒的垫层材料孔隙大，大易产生毛细现象，因此可以防止寒冷地区土中的冰所造成的冻胀。这时，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和消除湿陷性黄土的湿陷作用 在各类工程中，垫层所起的主要作用有时也是不同的，对膨胀土地基而言主要是消除膨胀土的胀缩作用。

七、结束语

综上所述，在建筑施工中采用换填法能好的处理地基基础和稳固地基，目前对于换填法针对不同地基的施工方法还在研究过程中，在实践中需要不断的完善，以更好的来满足施工的需求，做人民最稳固最坚实的建筑。

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