一 基本概念
所谓换填就是将基础底面以下“一定”范围、深度的软弱层（淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或高压缩性土层构成的地基）或其它不均匀土层挖出，换填其他性能稳定、无侵蚀性、强度较高的材料，并分层压实形成的垫层。
换填是一种浅层地基处理常用方法，通过垫层的应力扩散作用，满足地基承载力及变形设计要求。
换填垫层一般适用于处理各类浅层软弱地基，所谓浅层一般理论上指处理深度不超过5m,但作者认为换填垫层最好不超过3m；
一般利用基坑开挖、分层换土回填并分层压实、理论上也可以处理较深的软弱土层，但往往都因地下水位高而需要采用可靠的降水措施，或因开挖深度大而需要坑壁放坡占地面积大、施工土方量大、弃土多，或需要基坑支护等。往往会使处理费用增加、工期加长。
二：问题的由来
【案例1】 2018.8.31 某设计师咨询我如下问题：
魏总您好！咨询您个问题：
1 工程概况及问题
三年前我们做了有一个项目，剪力墙结构带二层的沿街商业（辅跨），沿街商业只有地上二层（无地下），主楼二层地下，地上18层。主楼CFG地基处理，筏板基础。沿街商业做的独立基础，工程竣工后半年，商业基础出现下沉，其中一个比较重要的原因是：主楼的污水管通过商业的地面出来接到外面的市政，结果管道破裂，商业的地面被水泡了。商业的部分梁柱出现裂缝，施工单位采用基础注浆处理。商业与主体之间没有设置沉降后浇带，仅设置了施工后沉降浇带。
以下是本工程地勘资料：
场地水对混凝土具有薇腐蚀性，干湿交替情况下对钢筋混凝土中钢筋具有弱腐蚀性。
设计师说：现在施工单位说注浆加固花了300万，说有设计院设计的不合理造成的责任，要求设计院承担部分费用。我们如何对待啊？
2、 我请设计师先回答我几个问题：
问：原设计商业独立基础是如何处理的？
答：原设计独立柱基础采用3:7灰土分层夯实处理，要求压实系数为0.96：
问：灰土垫层最厚度多少？
答：最深柱底3~4米，最浅处没有换填
问：地下水位情况如何？
答：地勘报告建议抗浮水位在0.00以下3米，稳定水位在0.00以下4.0m；
问：地勘单位是否对这部分地基处理提供了建议？
答：勘察报告上没有提及关于这个沿街商业的地基处理建议；
3、针对以上问题的简要了解、作者分析观点如下
本工程事故尽管直接的原因是水管爆裂引起，但结构处理方案也是值得思考的，我认为主要是3:7灰土垫层太厚且不均匀，太厚的灰土垫层施工质量难以保证。
灰土垫层不得在水下施工，因此当基坑底位于水位以下时必须采取排水措施，保证灰土垫层在无水条件下施工，且夯实的灰土在3d内不得浸水。同时、灰土垫层铺设完成后，应及时修建基础和回填基坑。或做临时遮盖、防止雨淋日晒。
【案例2】 2017年 某学校工程
1、 工程概况
原设计2 栋教学楼地上5层，地下1层，两教学主楼之间有一个3~5层 连廊 连廊无地下结构，连廊与主楼之间设有抗震缝，连廊采用框架结构，基础采用独立柱基础，埋深5.2m,基础下设有3m厚的级配砂石垫层。
2、 问题发生
2017年5月突如其来的一场暴雨之后，发现连廊部分结构框架梁出现比较严重的裂缝。如图示：
现场踏勘情况（2017.10月）
沉降观测资料
框架梁裂缝分布示意
3、 原因分析
发现问题后，业主及时组织相关专家对出现问题的原因进行分析论证（本人是专家之一），经过大家听取设计、施工、监理等对本工程的详细介绍，设计、施工、监理均提供了相关资料，证明均满足各自规范及检测要求（以上这些资料均是基于这场暴雨之前）。
但暴雨之后，经过检测连廊框架发生了比较严重的不均匀沉降，最大沉降46mm ,最小沉降只有6mm.
后来只好对连廊进行彻底的加固处理，同时也要求对建筑附近地面防水做好处理，以免今后在遇到暴雨继续出现问题。
会后作者思考：本工程采用超大厚度级配砂石换填，方案选择存在很大的问题。（当然这个观点也和设计进行了沟通，主要原因是设计工程经验不足），这种厚度的换填即存在安全隐患，又非常不经济，建议今后吸取经验教训。
三 、 看看《规范》是如何规定的
1 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012） 第4.1.4：换填垫层的厚度应根据置换软弱土的深度以下及下卧层的承载力确定，厚度宜为0.5~3.0m;
规范为何规定换填厚度宜0.5~3.0m 呢？
1） 过薄换填效果不明显，垫层的作用难以发挥
2） 太厚施工质量难以保证，且经济性很不合理；
3） 所以目前工程界很多业主就明确规定，换填厚度不宜超过2m,超过2m就需要设计院考虑其它处理方法。
2 《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB50046-2008)
4.7.2-1 当土中含有氢离子或硫酸根离子介质时，不应采用灰土垫层、石灰桩、灰土挤密桩等加固方法；
作者建议在地下水位较高的地域也不应采用灰土换填处理地基。
四 ：关于换填垫层的相关知识
1、换填垫层的作用与适用范围
（1）换填垫层适用于处理各类浅层软弱地基，所谓浅层一般指处理深度不超过地面以下5m范围内，换填垫层一般换填厚度在3m以内;所谓软弱地基主要指由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。
（2）利用基坑开挖、分层换土回填并夯实，也可处理较深的软弱土层，但常因地下水位高而需要采取降水措施，或因开挖深度大而需要坑壁放坡占地面积大、施工土方量大、弃土多，或需要基坑支护等，使处理费用增高、工期拖长。因而换填垫层法般只用于处理深度不大的各类软弱土层。
（3）当软弱土地基承载力、稳定性和变形不能满足建筑物(或结构物) 的要求，而软弱层的厚度又不是很大时，采用换填垫层法能取得较好的效果。对于轻型建筑，采用换填层处理局部软弱土时，由于建筑物基础底面的基底压力不大，通过垫层传递到下卧层的加压力很小，一般也可取得较好的经济效益。但对于上部结构刚度较差，体形复杂、荷载较大或不均匀的建筑，在软弱士层较深厚的情况下，采用换填垫层仅进行局部软弱土层处理时，可提高持力层的承载力，但是由于传递到下卧层的附加压力较大或不均匀，下卧软弱土层在荷载的作用下的长期变形可能依然很大，地基仍可能产生较大的变形及不均匀变形，因此一般不可采用该方法进行地基处理。
（4）换填垫层适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、膨胀土、冲填土、杂填土地基。斗般为砂石、粉质黏土、灰土、粉煤灰或矿渣等工业废渣等。
2 垫层的主要作用有哪些
1）.提高地基承载力
由于将基底下的软弱土挖去换填为抗剪强度较高的材料，使持力层的承载力提加筋垫层时，筋材可进步提高垫层的承载力。
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%左右。以低压缩性的层，就可以减少这部分土层的沉降量。同时由于垫层的应力扩散作用，使作用在垫层下的软弱土层上的附加压力减小，也减小了软弱下卧层的沉降量。另外如果采用加筋垫层，通过加筋的作用，可以减小不均匀沉降。
五、 问题思考及建议
1、规范规定的要求是结构设计的最低要求，并不是满足规范或强制性条文要求的设计就等于是安全的，设计师应更据项目具体情况，科学合理应用规范，方可保证工程质量。
2、《规范》规定了设计的基本原则，只解决结构设计中的共性技术问题。
《规范》并不解决所有结构工程中具体技术问题，因为规范不是包罗所有问题的百科全书。《规范》要求设计人员在对规范理解的基础之上能够灵活应用规范的原则，而不是只能够照猫画虎地照搬照抄，遇到稍复杂的工程问题就束手无策。设计者应根据规范的设计原则，分析具体工程情况，解决实际问题并促进技术创新和进步。真正做到“对工程负责”而不是机械的“对规范负责”。
3、大多数结构设计师对地基处理并不熟悉，有的地勘单位有时也不熟悉当地的地基处理经验，盲目根据自己的“经验”给设计单位提供地基处理方案建议，如果设计结合工程实际情况加以分析，就采用地勘报告的建议，难免会出现很多问题。
4、由的设计误认为施工图已经经过施工图审查，责任应有审查单位承担。这个想法是错误的，任何情况下施工图审查机构均不会承担设计质量责任。 审查要点所列审查内容只是保证工程设计符合工程建设标准和法规规定的基本要求，并不是工程设计的全部内容。即使通过了施工图审查，设计责任也是由设计单位承担，设计单位和设计人员应全面执行工程建设标准和法规的规定，结合工程的实际情况进行工程设计，并对其设计质量负责。
5、对于比较复杂的地基处理方案选择，应结合地区经验及工程特点、综合分析，必要时 建议召开专家评审，选择安全可靠、经济合理性方案。
6、大面积采用级配砂石等垫层回填处理地基、厚度最好控制在不超过2m为宜。
来源于：奥来国信检测
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