浅论用换土垫层处理软弱土地基

摘要：随着现代化建设进程的加快,中国工程建设规模日益扩大、难度不断提高,对地基提出更高的要求。人们常将不断满足建筑物对地基要求的天然地基称为软弱地基或不良地基。软弱地基通常要经过人工处理后再建造基础,这种地基加固称为地基处理,建造物的地基问题包括以下三类:(1)地基承载力及稳定性问题;(2)沉降、水平位移及不均匀沉降问题;(3)渗流问题。如何处理好软弱地基，是我们每一工程技术人员需要探讨和研究的问题。这里介绍了软弱地基处理的方法—换土垫层法的实际设计应用情况。

关键词：软弱土；垫层；范围

中图分类号：P642.13+3文献标识码：A 文章编号:

1、概述

软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土，由软弱土组成的地基称为软弱土地基。软弱土地基一般含水量较高，孔隙大，有明显的结构性、流变形。处理软弱土地基一般有几种方法：碾压及夯实法、换土垫层法、排水固结法、振密挤密法、置换及拌入法、加筋锚固法等等。

当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实质要求的密度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称换填法。

换土垫层法是将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等并夯至密实。适用于荷载不大的建筑物地基处理。砂和砂石地基（垫层）采用砂或砂砾石（碎石）混合物，经分层夯实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。

虽然不同的材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验分析，其极限承载力的结果还是比较接近的；通过实际沉降观测资料发现，不同垫层的特点基本相似，故可将各种垫层设计都近似的按砂垫层计算方法进行计算。

通常基坑开挖后，利用分层回填压实，按理也可以处理较深的软弱土层，但经常会遇到底下水位高而需要降水措施；对坑壁放坡占地面积大或需要采取支护措施；施工放量大，弃土多等因素，从而使处理费用高、工期延长，因此换填法的处理深度通常宜控制在3m内，但也不宜小于0.5m，如果垫层太薄，则换填法的处理效果就不显著。

2、软弱土地基的分类和特征

根据《建筑地基基础设计规范》规定，软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，亦应按局部软弱土层考虑。以下简述这些软弱土的特性：

2.1淤泥及淤泥质土

它是在净水或缓慢流水环境中沉积的、经生物化学作用形成的、天然含水量高的、承载力（抗剪强度）低的、软塑到流塑状态的饱和粘性土。其含水量一般大于液限（40&~90%）；天然孔隙比一般大于1.0或等于1.0；当土由生物化学作用形成，并含有机质，其天然孔隙比e大于1.5时为淤泥；天然孔隙比小于1.5而大于1.0时称为淤泥质土，淤泥和淤泥质土总成软（粘）土。广泛分布在我国东南沿海，如天津、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、广州等地区及内陆、湖泊、平原和地区。其工程特性主要是具有触变性、高压缩性、低透水性、不均匀性以及流变性等。在荷载作用下，地基承载能力低，地基沉降变形大，不均匀沉降也大，而且沉降稳定时间比较长。

2.2 冲填土

由水力冲填泥沙沉积形成的填土。常见于沿海地带和江河两岸。冲填土的特性与其颗粒组成有关，此类土含水量较大，压缩性较高，强度低，具有软土性质。它的工程性质随土的颗粒组成、均匀性和排水固结条件不同而异，当含砂量较多时，其性质基本上合粉细砂相同或类似，就不属于软弱土；当粘土颗粒含量较多时，往往欠固结，其强度和压缩性指标都比天然沉积土差，则应进行地基处理

2.3杂填土

含有大量建筑垃圾、工业废料及生活垃圾等杂物的填土。常见于一些较古老城市和工矿区。它的成因没有规律，成分复杂，分布极不均匀，厚度变化大，有机质含量较多，性质也不相同，且无规律性。它的主要特性是土质结构比较松散，均匀性差，变形大，承载力低，压缩性高，有浸水湿陷性，就是在同一建筑物场地的不同位置，地基承载力和压缩性也有较大的差异，一般需要经处理才能作建筑物地基。对有机质含量较多的生活垃圾和对基础油侵蚀性的工业废料等杂填土地基，未经处理，不宜做持力层。

2.4其他高压缩性土

饱和的松散粉细沙（含部分粉质粘土），亦属于软弱地基的范畴。当受到机械振动和地震荷载重复作用时，将产生液化现象；基坑开挖时会产生流砂或管涌，再由于建筑物的荷重及地下水的下降，也会促使砂土下沉。其它特殊土如湿陷性黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土以及季节性冻土等特殊土的不良地基现象，亦属于需要地基处理的软弱地基范畴。对建在软弱地基上的建筑物，在工程设计和地基处理方案确定前，应进行工程地质和水文地质勘察，查明软弱土层的组成、地质成因、分布范围、均匀性、软弱土层厚度、持力层位置及状况以及地基土的物理和化学性质等。对冲填土还应了解均匀性和排水固结条件；对杂填土尚应查明堆载历史年代，明确自重下稳定性和湿陷性等基本因素；对其它特殊土应查明其特征、工程性质、成层情况等，以作为工程设计和选用地基处理方案的依据。

3、垫层的作用及适用范围

筑物的地基土为软弱土或湿陷性土、膨胀土、冻胀土等不能满足上部结构对地基强度和变形的要求，而软弱土层的厚度又不很大时(如不大于3m)，常采用垫层法处理、可得到较好的处理效果，与其它地基处理方法相比，用垫层法处理能取得良好的经济效益。

换填法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填1：地基及暗沟、暗塘的浅层处理。

垫层处理就是将基础下的软弱、湿陷性冻土、膨胀土、冻胀土等的一部分双全部挖去．然后换填密度大、强度高、水稳性好的砂砾土、碎(卯)石土、灰土、素土、矿渣以及其它性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层夯(振、压)实至要求的密实度。

换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小的优点。砂石垫层还可提商地基排水固结速度，防止季节性冻土的冻胀，消除膨胀土地基的胀缩性及湿陷性土层的湿陷性，还灯用于瞄沃和暗沟的建筑场地。另外，灰土垫层还具有促使其下土层含水量均衡转移的功能，从而减小土层的差异。

如：换土垫层和排水垫层。一般房屋建筑基础下的砂垫层主要起换土作用，而在路堤或土坝等工程中，砂垫尼主要是起排水固结作用。换土垫层视工程具体情况而异，软弱土层较簿时、常采用全部换土，

换土垫层的处理深度应根据建筑物的要求，由基坑开挖深度的可能性等因素综合确定。

—般多用于上部荷载不大、基础埋深较浅的中、低层民用建筑的地基处理工程中．一般开挖深度不超过3m。近年来，一些重大的建（构)筑物，如高层建筑、大型博物馆等也开始使用换土垫层。开挖深度有的已达3m以上，甚至更深，但在这种情况下，一定要注意边坡的稳定性，有时还需采取加固或锚固边坡的措施。在场地土质较好或湿陷性黄土地区，地下水位以上坑壁可直立稳定或边披稳定时，一般限制垫层厚度在5m以内。

垫层的设计与施工应根据上部建筑物的结构特点、荷载特性、基础形式及埋深、场地土质、地下水条件和当地施工队伍的技术装备、施工经验、材料来源以及工程造价等技术、经济分析论证后确定。

根据换填材料的不同，将垫层分为砂石(砂砾、碎卵石)垫层、土垫层(素土、灰土、二灰土垫层)、粉煤灰垫层、矿渣垫层、加筋砂石垫层等。

4、结束语

垫层不适于冬季施工以及在湿陷性黄土地基、不透水的粘性地基上施工，但也是人工加固地基建造浅埋基础的很重要的一种方法，具有施工工艺简单，工期短、工程成本低，就地取材方便，减少基础沉降，提高地基强度和稳定性，减少基础埋深的优点，值得推广运用。

参考文献：

[1]土木工程施工,毛鹤琴.武汉理工大学出版社,2007.

[2]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册(第三版),中国建工出版社,2005.

[3]《软土地基与地下工程》孙更生、郑大同.