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[摘要]本文结合工作者经验和工程实例，主要讲述基底土层换填垫层产生的沉降进行计算分析,以供参考.
[关健词] 換填垫层;沉降观测;沉降量;整体倾料
[abstract] this paper workers experience and engineering examples, and the major change TianDian layer soil base about from the settlement calculation and analysis for your reference.
[key words] change TianDian layer; Settlement observation; The settlement; Overall pour material
中图分类号： [TU196.2]文献标识码：A文章编号：
在工程实践中，因地基土承载力不足进行基底土换填的工程实例已经很常见了，包括规范中也详细地规定了换填的细节。一般来讲，整体换填在换填厚度不大的情况下要相对容易些，不会出现较大的沉降;当换填厚度较大且厚度不均匀的时候，建筑物的沉降量及沉降差就比较明显，不易控制。现在，结合某高层住宅的工程实例，就地基换填设计、施工，对换填土层的检测以及对建筑物的沉降观测等进行介绍与分析，并简要的介绍地基土换填垫层法在工程设计、施工中应该注意的问题。
1 工程及地质条件概况
该工程位某市区，地上11层，地下一层，总建筑面积为5504㎡结构型式为短肢剪力墙结构，基础型式为平板式筏板基础。工程于2006年设计并于同年竣工，现已投人使用。根据勘查结果，建筑场地在钻探深度28.0m范围内各土层物
理力学指标。(见表1)
2 基础设计
2.1 基础方案的确定
该建筑所处场地位置因上部土层相对较差且局部落在回填土上，地勘报告建议采用桩基础。结合建筑特点及土层分布情况，设计中在对基础的
选型上有两种选择:桩基础加构造止水板或筏板基础。桩基础的选择可有沉管灌注桩、预制方桩和PHC静压管桩。按照土层的物理参数来看，预制、沉管桩桩端持力层至少需座落在第⑥层粉质粘土层上，这要求桩长至少13m，经计算，根据桩型的不同其单桩承载力特征值在300KN-360KN左右;而采用PHC桩只有桩端落到第⑧层泥岩层上才能发挥此桩的特点，有较高的承载力，此时桩长都在
20m以上。经过经济技术分析，对于11层的住宅来讲，桩基础的造价较高，而筏板基础则有着无可比拟的的价格优势，但因局部未落在原状土层上，
因此，需要做局部换填处理，即规范所说的换填垫层法。经过对两类基础形式的经济比较，即便是计入地基处理的费用，筏板基础的经济性还是非
常显著的，因此最终确定基础型式为平板式筏板基础，对局部地基土进行换填处理。
2.2 回填控制方案
按照筏板基础方案进行设计，基底落在第②
说明:1、阴影部分为加深开挖部分，需回填处理。
2、需要换填土层的厚度详见表2，单位为米。
表2
层粉质粘土层上。基槽开挖后，经实际测量，基底面积范围内有75%左右没有落在原状土层上，持力层从北向南、从西向东倾斜，原状土与筏板底皮
距离0.7m-1.44m不等，具体详见图1.
考虑到换填面积较大且厚度不均匀，设计对施工的换填工作进行了详细的规定，具体如下:
2.1.1 基底土的处理
(1)基坑开挖至第②层粉质粘土层，并应避免坑底土层受到扰动，保证底层为不受破坏的原状土。
(2) 换 填 界面边缘至筏板边缘距离，等于换填厚度。
2.2.2 材料要求
(1) 采用砂夹石作为换填材料。在选料上，砂采用中粗砂，碎石的最大粒径不宜大于50mm，要求搅拌均匀，砂石的级配良好，碎石的比例不得小于
总重的30%.
(2) 换填压实过程中要保证砂石料的含水量，应控制在8%-12%之内;压实系数要控制在0.94-0.97之间。
2.2.3 施工要求
(1)根据施工现场的实际情况，采用20t振动碾压机作为施工机械，每层铺填厚度为200mm，每层压实遍数不少于6遍。
(2)换填施工应该是从低到高、由深至浅的顺序进行换填碾压施工，每层铺填时要保持水平;施工缝应错开搭接，施工缝的搭接处，应适当增加压
实的遍数。
(3)在正式施工前，应选择局部试压，经检测合格后方可全面换填压实施工。
(4)所有换填工作结束后，要对该土层的承载力进行检测，换填后土的承载力特征值(fak )不小于200KPa,验收合格后可进行后续工程的施工。
(5)所有的检验检测均应符合国家现有规范、规定的要求;承载力的检测应由专业的检测队伍进行。
(6)换填部分验收合格后，应及时进行基础施工及周围土体的回填工作。
2.3 理论沉降计算
做为设计的指导依据，施工前对结构的整体沉降作了理论计算。
筏板基础沉降计算采用中国建筑科学设计研究院PKPM系列程序中的JCCAD，
采用的算法为程序中的“单向压缩分层总和法— 弹性解，Mindlin应力公式”;对换填部分砂石层按经验确定其各项物理参数。计算各点的沉降见下图2(限于图形的显示能力，仅给出程序结果中沉降的等高线示意)。
各点的沉 降值在180mm-215mm之间，平均沉降为197.5mm，小于规范的允许值200mm;建筑物各点的最大沉降差为35mm，对于控制建筑物的
整体倾斜的角点沉降差，东西向为25mm，南北向为5mm，倾斜值分别为0.00057和0.00052，远远小于规范m所规定的0.003倾斜限制的要求。从建筑物的沉降计算结果中可以反映出，在承载力满足的情况下，由于基底下面存在较厚的中等压缩性土层，因此，整个建筑物的累积沉降还是非常大的，这是设计之初需要考虑的问题，不能因为建筑物的整体沉降而影响建筑物的使用。
3 质量控制与沉降观测
应该说 ，基底土的换填做法的成功与否，是与施工质量密不可分的，因此，施工中的质量控制非常重要。一方面要严格按照设计要求做好换土的
质量及检测工作;另一方面，在施工过程中乃至竣工后一段时期内都要做好沉降观测，以此来监测工程的安全与否。
3.1 对换填土体的检验
换填施工的质量控制必须贯穿整个施工过程，压实质量检验应分层进行，要求每层的压实系数满足设计要求后方可铺填上层土。必须首先通过现场试验，在达到设计要求压实系数的试验区内，利用贯入试验测得标准的贯人深度或击数，然
后再以此作为控制施工压实系数的标准，进行施工质量检验。按照规范要求，压实系数可采用环刀法、动力触探等方法检验。采用环刀法检验时，取
样点位于每层厚度的2/3深度处，检验数量每lOm-20m不少于一点;采用动力触探检验时，每分层检验点的间距应小于4m.
本工程在换填施工完毕后，建设单位委托质检部门对土体的承载力进行全面的检测。本工程的检测采用10公斤轻型动力触探试验，落距为50cm，检测点按照3mx3m方格布设，共检测74个点，各点分布见图3。经检测，在回填区域特别是边
缘处，由于施工工艺的原因，因压路机无法到达而处理效果不好，lOc m动探平均击数小于15击，30cm击数小于45击，承载力不能满足设计要求。
施工单位有针对性地对该部位加大碎石含量，重新进行碾压处理，二次检测后均满足设计要求。
3.3 沉降观测
作为一个经过地基处理的工程，仅仅是对处理过的地基土体进行检测是不够的，关键是看处理过的效果如何。因此，沉降观测作为最终也是必
须的检测手段，成为施工阶段必有的步骤。而事实上，沉降观测的结果，也充分反映出理论计算与实际沉降变形之间的差异。从施工至截稿为止，共做
过5次沉降观测，分别为地下室封顶、3层封顶、9层封顶、主体结构封顶及建筑物竣工一年以后。各阶段的沉降量值及累积沉降量值(详见表3-7)，沉
降观测点的设置见图4。由实际观测结果分析，可
得到各观测阶段建筑物的平均沉降量及各阶段沉降量所占总观测沉降量的百分比:三层顶为5.1m m，占3.5%;九层顶为14.6mm，占10.3%;主体
封顶为19.6mm，占13.7%;竣工一年为143.Omm,占100%。虽然建筑物的沉降量较大，但平均沉降量和整体倾斜值均满足规范PI的要求，因为基础的整
体性较好，所以并不影响建筑的使用。通过对各点的平均沉降量与观测时间建立坐标关系，可以很直观地看出各阶段的沉降情况，沉降变形曲线见图5。
4 结论
从本工程的理论到实际的数据来分析，至少有这样几种结论:
4.1换填土的实际沉降f要大于理论值
通过前面的说明可以看出，在换填过程中，无论是施工还是检测都细致、到位，施工单位甚至动用压路机而不是普通的蛙式夯等简单机械进行逐层碾压夯实，对换填土层的逐点检测也证实该部分土层是密实的。依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，换填土的压缩模量Es可取到20-30之间，本工程理论计算时取Es=20，结果很理想，但实际测量该部位沉降依然大于原状土层，且
随换填厚度由薄到厚呈加大趋势。也就是说，在实际工程中，换填土的沉降变形要引起足够的重视，不能过分依赖于理论计算。
4.3 建筑物的沉降变形时间符合正常规律
通过对几次的沉降变形观测结果的分析可以看出，如果以竣工一年后的变形为基准，那么建筑物的沉降在主体混凝土封顶后的沉降量仅仅能达
到总变形的13.7%，大量的沉降变形是在竣工后一年内产生的。考虑主体结构封顶观测时内部填充墙、楼面抹灰等工作尚未完成，这对于中压缩性土
层来讲，那么實际变形的阶段比例和规范及其它工程经验还是能够吻合的。
5 结束语
通过本工程实例可以看出，对于工程中的地基土的换填工作，既可以把它作为一种常规的地基处理手段，也不能掉以轻心。应该以本地区的工程经验为依托，结合当地的施工手段，理论与实践相结合，恰当地选择使用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
[关健词] 換填垫层;沉降观测;沉降量;整体倾料
[abstract] this paper workers experience and engineering examples, and the major change TianDian layer soil base about from the settlement calculation and analysis for your reference.
[key words] change TianDian layer; Settlement observation; The settlement; Overall pour material
中图分类号： [TU196.2]文献标识码：A文章编号：
在工程实践中，因地基土承载力不足进行基底土换填的工程实例已经很常见了，包括规范中也详细地规定了换填的细节。一般来讲，整体换填在换填厚度不大的情况下要相对容易些，不会出现较大的沉降;当换填厚度较大且厚度不均匀的时候，建筑物的沉降量及沉降差就比较明显，不易控制。现在，结合某高层住宅的工程实例，就地基换填设计、施工，对换填土层的检测以及对建筑物的沉降观测等进行介绍与分析，并简要的介绍地基土换填垫层法在工程设计、施工中应该注意的问题。
1 工程及地质条件概况
该工程位某市区，地上11层，地下一层，总建筑面积为5504㎡结构型式为短肢剪力墙结构，基础型式为平板式筏板基础。工程于2006年设计并于同年竣工，现已投人使用。根据勘查结果，建筑场地在钻探深度28.0m范围内各土层物
理力学指标。(见表1)
2 基础设计
2.1 基础方案的确定
该建筑所处场地位置因上部土层相对较差且局部落在回填土上，地勘报告建议采用桩基础。结合建筑特点及土层分布情况，设计中在对基础的
选型上有两种选择:桩基础加构造止水板或筏板基础。桩基础的选择可有沉管灌注桩、预制方桩和PHC静压管桩。按照土层的物理参数来看，预制、沉管桩桩端持力层至少需座落在第⑥层粉质粘土层上，这要求桩长至少13m，经计算，根据桩型的不同其单桩承载力特征值在300KN-360KN左右;而采用PHC桩只有桩端落到第⑧层泥岩层上才能发挥此桩的特点，有较高的承载力，此时桩长都在
20m以上。经过经济技术分析，对于11层的住宅来讲，桩基础的造价较高，而筏板基础则有着无可比拟的的价格优势，但因局部未落在原状土层上，
因此，需要做局部换填处理，即规范所说的换填垫层法。经过对两类基础形式的经济比较，即便是计入地基处理的费用，筏板基础的经济性还是非
常显著的，因此最终确定基础型式为平板式筏板基础，对局部地基土进行换填处理。
2.2 回填控制方案
按照筏板基础方案进行设计，基底落在第②
说明:1、阴影部分为加深开挖部分，需回填处理。
2、需要换填土层的厚度详见表2，单位为米。
表2
层粉质粘土层上。基槽开挖后，经实际测量，基底面积范围内有75%左右没有落在原状土层上，持力层从北向南、从西向东倾斜，原状土与筏板底皮
距离0.7m-1.44m不等，具体详见图1.
考虑到换填面积较大且厚度不均匀，设计对施工的换填工作进行了详细的规定，具体如下:
2.1.1 基底土的处理
(1)基坑开挖至第②层粉质粘土层，并应避免坑底土层受到扰动，保证底层为不受破坏的原状土。
(2) 换 填 界面边缘至筏板边缘距离，等于换填厚度。
2.2.2 材料要求
(1) 采用砂夹石作为换填材料。在选料上，砂采用中粗砂，碎石的最大粒径不宜大于50mm，要求搅拌均匀，砂石的级配良好，碎石的比例不得小于
总重的30%.
(2) 换填压实过程中要保证砂石料的含水量，应控制在8%-12%之内;压实系数要控制在0.94-0.97之间。
2.2.3 施工要求
(1)根据施工现场的实际情况，采用20t振动碾压机作为施工机械，每层铺填厚度为200mm，每层压实遍数不少于6遍。
(2)换填施工应该是从低到高、由深至浅的顺序进行换填碾压施工，每层铺填时要保持水平;施工缝应错开搭接，施工缝的搭接处，应适当增加压
实的遍数。
(3)在正式施工前，应选择局部试压，经检测合格后方可全面换填压实施工。
(4)所有换填工作结束后，要对该土层的承载力进行检测，换填后土的承载力特征值(fak )不小于200KPa,验收合格后可进行后续工程的施工。
(5)所有的检验检测均应符合国家现有规范、规定的要求;承载力的检测应由专业的检测队伍进行。
(6)换填部分验收合格后，应及时进行基础施工及周围土体的回填工作。
2.3 理论沉降计算
做为设计的指导依据，施工前对结构的整体沉降作了理论计算。
筏板基础沉降计算采用中国建筑科学设计研究院PKPM系列程序中的JCCAD，
采用的算法为程序中的“单向压缩分层总和法— 弹性解，Mindlin应力公式”;对换填部分砂石层按经验确定其各项物理参数。计算各点的沉降见下图2(限于图形的显示能力，仅给出程序结果中沉降的等高线示意)。
各点的沉 降值在180mm-215mm之间，平均沉降为197.5mm，小于规范的允许值200mm;建筑物各点的最大沉降差为35mm，对于控制建筑物的
整体倾斜的角点沉降差，东西向为25mm，南北向为5mm，倾斜值分别为0.00057和0.00052，远远小于规范m所规定的0.003倾斜限制的要求。从建筑物的沉降计算结果中可以反映出，在承载力满足的情况下，由于基底下面存在较厚的中等压缩性土层，因此，整个建筑物的累积沉降还是非常大的，这是设计之初需要考虑的问题，不能因为建筑物的整体沉降而影响建筑物的使用。
3 质量控制与沉降观测
应该说 ，基底土的换填做法的成功与否，是与施工质量密不可分的，因此，施工中的质量控制非常重要。一方面要严格按照设计要求做好换土的
质量及检测工作;另一方面，在施工过程中乃至竣工后一段时期内都要做好沉降观测，以此来监测工程的安全与否。
3.1 对换填土体的检验
换填施工的质量控制必须贯穿整个施工过程，压实质量检验应分层进行，要求每层的压实系数满足设计要求后方可铺填上层土。必须首先通过现场试验，在达到设计要求压实系数的试验区内，利用贯入试验测得标准的贯人深度或击数，然
后再以此作为控制施工压实系数的标准，进行施工质量检验。按照规范要求，压实系数可采用环刀法、动力触探等方法检验。采用环刀法检验时，取
样点位于每层厚度的2/3深度处，检验数量每lOm-20m不少于一点;采用动力触探检验时，每分层检验点的间距应小于4m.
本工程在换填施工完毕后，建设单位委托质检部门对土体的承载力进行全面的检测。本工程的检测采用10公斤轻型动力触探试验，落距为50cm，检测点按照3mx3m方格布设，共检测74个点，各点分布见图3。经检测，在回填区域特别是边
缘处，由于施工工艺的原因，因压路机无法到达而处理效果不好，lOc m动探平均击数小于15击，30cm击数小于45击，承载力不能满足设计要求。
施工单位有针对性地对该部位加大碎石含量，重新进行碾压处理，二次检测后均满足设计要求。
3.3 沉降观测
作为一个经过地基处理的工程，仅仅是对处理过的地基土体进行检测是不够的，关键是看处理过的效果如何。因此，沉降观测作为最终也是必
须的检测手段，成为施工阶段必有的步骤。而事实上，沉降观测的结果，也充分反映出理论计算与实际沉降变形之间的差异。从施工至截稿为止，共做
过5次沉降观测，分别为地下室封顶、3层封顶、9层封顶、主体结构封顶及建筑物竣工一年以后。各阶段的沉降量值及累积沉降量值(详见表3-7)，沉
降观测点的设置见图4。由实际观测结果分析，可
得到各观测阶段建筑物的平均沉降量及各阶段沉降量所占总观测沉降量的百分比:三层顶为5.1m m，占3.5%;九层顶为14.6mm，占10.3%;主体
封顶为19.6mm，占13.7%;竣工一年为143.Omm,占100%。虽然建筑物的沉降量较大，但平均沉降量和整体倾斜值均满足规范PI的要求，因为基础的整
体性较好，所以并不影响建筑的使用。通过对各点的平均沉降量与观测时间建立坐标关系，可以很直观地看出各阶段的沉降情况，沉降变形曲线见图5。
4 结论
从本工程的理论到实际的数据来分析，至少有这样几种结论:
4.1换填土的实际沉降f要大于理论值
通过前面的说明可以看出，在换填过程中，无论是施工还是检测都细致、到位，施工单位甚至动用压路机而不是普通的蛙式夯等简单机械进行逐层碾压夯实，对换填土层的逐点检测也证实该部分土层是密实的。依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，换填土的压缩模量Es可取到20-30之间，本工程理论计算时取Es=20，结果很理想，但实际测量该部位沉降依然大于原状土层，且
随换填厚度由薄到厚呈加大趋势。也就是说，在实际工程中，换填土的沉降变形要引起足够的重视，不能过分依赖于理论计算。
4.3 建筑物的沉降变形时间符合正常规律
通过对几次的沉降变形观测结果的分析可以看出，如果以竣工一年后的变形为基准，那么建筑物的沉降在主体混凝土封顶后的沉降量仅仅能达
到总变形的13.7%，大量的沉降变形是在竣工后一年内产生的。考虑主体结构封顶观测时内部填充墙、楼面抹灰等工作尚未完成，这对于中压缩性土
层来讲，那么實际变形的阶段比例和规范及其它工程经验还是能够吻合的。
5 结束语
通过本工程实例可以看出，对于工程中的地基土的换填工作，既可以把它作为一种常规的地基处理手段，也不能掉以轻心。应该以本地区的工程经验为依托，结合当地的施工手段，理论与实践相结合，恰当地选择使用。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。