换填地基在地基处理中的应用

【摘要】砂石垫层适用于软弱、透水性强的粘性土层处理，该方法具有强度高、压缩性小、透水性良好和容易碾压密实等特点，且成本低，施工简单、快捷，质量易于控制，因此在软弱地基处理中得到广泛应用。本文对实际应用中主要的施工方法及注意问题进行探讨。

【关键词】软土地基；换填；砂垫层；承载力

1、工程概况

清水池位于山东莱钢银山型钢3#高炉配套公辅工程型钢水厂院内，为矩形钢筋混凝土蓄水池，总蓄水量达20000立方米。清水池长115.5米，宽57.4米，深度约3.3～3.6米，设计地基承载力特征值fak=150KN/m2。面积6600余平方，面积大，沿长度方向设置三道变形缝，沿宽度方向设置一道变形缝，将清水池划分为八个贯通区域，该清水池在处理本区域生产生活用水方面，发挥着重大作用。

2 、工程地质及水文地质条件

清水池范围临近厂区排水河道，主要位于原有河床上，结构底板下土质为淤泥质粉质粘土，局部为膨胀土质，地下水位较浅，经静力荷载力试验，地基承载力为100KN/m2，因此未经处理不能直接作为天然浅基持力层。

3、地基处理方案选择

水池设计采用筏板基础，荷载较为均匀，对地基承载力要求不高，若采用桩基在造价方面显然是不合理的。砂石地基是将基础底面下要求范围内的软弱土层挖去，采用砂或砂石混合物进行换填，经分层夯实而成。砂垫层地基在工程中主要有以下特点：

（1）提高地基承载力

砂垫层密实度大、强度高，作为地基的持力层，可提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压应力，减少变形量；

（2）防止地基冻结

由于砂颗粒大，可防止地下水因毛细作用上升，地基不受冻结的影响；

（3）施工简单

用机械和人工相结合方式使地基密实，施工工艺简单，可缩短工期，降低造价。

砂石垫层适用于 3m以内的软弱、透水性强的粘性土层处理；不宜用于加固湿陷性黄土地基及渗透性系数小的粘性土地基；垫层厚度一般为0.5～2.5m之间为宜。经综合分析，该方法具有强度高、压缩性小、透水性良好和容易碾压密实等特点，且成本低，施工简单、快捷，质量易于控制，且本工程满足该处理方法的适用范围。经勘查、设计、甲方共同协商探讨后，决定采用换填砂垫层法进行地基处理。

4、换填地基处理施工方法

砂垫层的构造既要求有足够的厚度，以置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度，以防止垫层向两侧挤出，经设计部门计算，设计出回填深度及宽度。

（1）材料准备：砂垫层说选用粗砂应颗粒级配良好，质地坚硬，砂中有机含量、含泥量均不超过5%。

（2）清理基土：土方开挖时注意对基坑的保护，机械开挖保留20cm厚土层，人工将基底表面浮土、淤泥、杂物等清除干净，严禁扰动垫层下卧层及侧壁的软弱土层，防止被践踏、受冻或受浸泡，降低其强度，避免扰动土层而破化土的结构。

（3）设置回填厚度控制线：基坑周边挡沙墙砌筑完成后，在挡砂墙竖壁上弹上标高线，无挡砂墙则在基坑的边坡上钉上水平标高木橛，用以控制回填厚度。

（4）铺设砂垫层之前应验槽，边坡要求一定的坡度，防止振动碾压时，发生塌方。

（5）砂垫层应分层铺设，分层压实。根据控制线，控制每层砂垫层的铺设厚度。砂垫层施工的厚度每层不超过500mm，装载机及挖掘机进行整平后，浇水润湿，含水率控制在8%-12%，使用25t振动式压路机进行反复碾压，碾压遍数不少于6遍（振动式压路机振动3-5min），碾压时直线段由一边向另一边回填碾压 ，轮迹重叠宽度不小于500mm，达到无漏压、无死角，确保碾压均匀，确保砂垫层的密实度达到0.95。

（6）分段施工时，清水池基底垫层底面标高不同时，土面挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应夯压密实。分层铺设时，接头应做成斜坡或阶梯形搭接，每层错开0.5～1.0m，并注意充分捣实。

（7）砂垫层及挡砂墙施工如下图：

图1 挡砂墙及砂垫层施工示意图

5、质量控制

（1）施工前对砂的质量进行检查、检测。施工前应检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度。

（2）施工过程中必须检查分层厚度，分段施工时搭接部分的压实情况、加水量、压实遍数、压实系数。

（3）施工时为保证压实系数，分层碾压完成后，采用环刀法做实验，控制压实系数。必须分层进行砂垫层的质量检验，每压实一层就检验该层的平均夯实系数。若压实系数达到设计要求，则继续回填；若达不到设计要求，则再进行碾压，相应提高碾压次数，直至试验合格达到设计要求。

（4）施工结束后，采用静力荷载试验，检查砂垫层处理后的地基承载力。

（5）基坑深度较大，砂垫层施工应派专人进行监护，专人指挥。施工过程中仔细观察边坡稳定情况，发现问题，立即解决。

（6）砂垫层施工过程中机械较多，应注意人员安全。平砂和机械碾压时，机械周围严禁站人。

（7）同时应注意施工过程中可能出现的质量问题：

大面积下沉：主要是未按质量要求施工，分层铺筑过厚、碾压遍数不够、洒水不足等。要严格执行操作工艺的要求。

局部下沉：边缘和转角处夯打不实，留接槎没按规定搭接和夯实。对边角处的夯打不得遗漏。

级配不良：应配专人及时处理砂窝、石堆等问题，做到砂石级配良好。

密实度不符合要求：坚持分层检查砂石地基的质量。每层的纯砂检查点的干砂质量密度。必须符合规定，否则不能进行上一层的砂石施工。砂石垫层厚度不宜小于100mm；冻结的天然砂石不得使用。

总结

采用砂垫层换填是地基处理中的一种经济、快捷、简便的方法。用砂石垫层处理地基，施工是关键。实际施工中往往由于材料上选用细砂，强度不高且不易压实；砂石材料中含泥及杂质较多，使砂石垫层产生不均匀压缩；不当的砂含水量、夯实或压实密实度；基坑土及侧壁土不注意保护，任意破坏原状土结构；砂石垫层基坑底不在同一标高时，不按规定做台阶退台等原因，造成处理效果不好，严重影响质量。本工程严格控制施工过程，在实践中不断创新、改进，通过各项控制措施，提高了砂垫层的回填质量，成为工程中的亮点。

参考文献

[1]《建筑施工手册》 第四版 中国建筑工业出版社

[2]张伟 《山西建筑》 2007年20期