换填法地基处理技术

摘要：地基处理换填法的原理是位于基础下的受力最大的软土代之以强度较高可以碾压振动或打夯加密的土石料，这种方法也叫垫层法。本文浅析地基处理换填法施工技术。

关键词：地基；换填法；垫层施工

中图分类号：TU47文献标识码： A 文章编号：

引言

换填法适用于处理浅层的软弱土与不均匀地基，施工时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质、岩土工程条件、施工机械设备及填料性质和来源等进行综合分析，保证建筑物的安全与正常使用。

一、地基处理的概念和作用

换填法是将基础底面天然的或后天形成的软弱土层挖去或部分挖去,分层回填强度高、压缩性低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等材料,压实后作为基础持力层,常见的有换填砂卵石和灰土法。其主要作用表现为以下几个方面:①换填强度较高的垫层材料后,可以有效地提高地基的承载力。②换填压缩性较低的材料后,可减少建筑物的沉降量。③换填透水性较大的材料(砂石),可使基础下面的孔隙水压力迅速消散,避免基土的塑性破坏,并可加速垫层下软弱土层的固结及其强度提高。另外换填砂石等材料,因其颗粒粗大、孔隙大、无毛细水现象,可以防止材料受冻而造成的冻胀,如很多建筑物的散水和台阶以及道路的面层下均铺一定厚度的砂石,就是这个道理。④在湿陷性黄土地基中,用素土或灰土材料置换黄土,可消除湿陷变形,同时,换填后的材料因其密实度增加,还可做为防水层,减少下卧天然黄土层被水浸泡的可能性。⑤换填法除能满足上述要求外,在对环保要求较高的现代社会,它基本对周边环境不构成噪声、水质污染、大气污染、地面泥浆污染等,只有一定的振动感,但波及范围较小。

二、换填法的适用范围和条件

当软土地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软土层的厚度又不是很大时，可采用换填法取得较好的效果。换填法常用于荷载不大的建筑、地坪、堆料场地和道路工程等的地基处理。适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。处理深度一般在3m以内，也不宜小于0.5m。

三、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。

1、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。

2、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”。

3、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。

四、换填法种类及施工技术

1、素土垫层

素土垫层是先挖去基础底面下部分或全部软弱土层，然后分层回填较好的素土夯实而成。素土具有一定的承载力，压缩模量在14.0~30.5MPa之间，施工简便，降低工程造价，加快建设速度。但其承载力较低，仅适用于荷载不大的浅层地基加固。其施工要点：施工过程中以控制最优含水量在19%~21%之间；填土应从最低处整片分层回填夯实，不能任意分段接缝；小面积可用人工填土而后夯实，大面积可用机械或人工，如土层太干可喷水是土湿润方可继续回填，以保证上下层土良好的结合；夯实必须夯迹叠合一半，机械碾压不到之处，用人工或小型机械配合夯实；上下相邻土层接搓应错开，不应小于500mm，并在夯实时，再接搓处夯实遍数应加多。

2、灰土垫层

灰土垫层是将基础地面以下按要求挖去软弱土，用石灰按一定的体积比（石灰与土的体积配合比宜为2:8或3:7），在最优含水量的情况下，分层回填和压实。其具有一定的强度，水稳定性和抗渗性，施工简单，费用低。其施工要点：施工前先验槽，使其内部平整干净；灰土配合比满足设计规定，保证最优含水量在14%~18%范围内；铺灰层应分段分层夯筑，一般至少夯实四遍，如图表所示；灰土分段施工时，不得在墙角、柱基及承重墙墙下接缝，上下两层接缝距离不得小于500mm，接缝处应压实；每铺土层必须及时夯实；雨季施工应防水，保证在无水状态下施工，夯实灰土3天内不得受水浸泡；冬季施工，应防冻注意保温。

3、砂和砂砾石垫层

砂垫层和砂砾石垫层采用砂和砾石混合物，经分层夯实而成。提高了地基承载力，降低建筑物对地基的压应力，减少沉降，由于沙石透水性大，可做良好的排水层，加速软弱土层的排水固结。施工要点：先验槽，确保其干净稳定；在做垫层按先深后浅的顺序施工；人工级配的砂石，应先将砂、卵石拌和均匀后再铺夯压实；铺地层时应减少对地基的扰动，以免破坏地基；垫层分层铺设，交叉重叠夯实，防止漏震漏压，下层密度检验合格后，方可进行上层施工；入地下水位较高时，应加强基坑内外侧四周的排水工作，确保地基稳定；铺完时，应立即进行下一道工序，保证砂垫层的稳定。

4、碎石垫层

用碎石来做软弱土的地基，要求随时要有足够的强度。用作人工地基固结块，下沉能及早完成，变形模量大稳定性好。其施工简便，经济适用，是一种良好的垫层形式。其施工要点:先验槽，然后做砂框，用平板振动器振实，在做碎石垫层；垫层应分层铺设和压实；碎石垫层一般用碾压法和振捣法压实；碾压法的压实机一般为8~12t压路机、6~10t振动压路机或拖拉机牵引4t重平碾；交叉碾压，控制每层碾压最后两遍的沉落差小于1mm；振动时应根据时间来确定碾压的质量；垫层达到设计标高后，在基础范围垫层顶抹面20~40mm后的水泥砂浆一层封闭，即可施工上部基础。

5、废渣垫层

利用建筑垃圾或工业废渣等做垫层，成废渣垫层。利用废料，施工简便，经济实惠，有绿色环保理念，常用的废渣垫层有矿渣垫层、碎砖三合土垫层、粉煤灰垫层等。

5.1矿渣垫层

利用矿渣做垫层，其变行模量大（在30~75MPa之间），可利用工业废料，施工简便，经济适用，是一种良好的换填垫层形式。

5.2碎砖三合土垫层

碎砖三合土垫层，是用碎砖与石灰砂浆拌匀夯实而成。其施工简便，就地取材，可利用建筑废料，造价低廉等优点。施工要点为：先验槽，在夯实槽底两遍；可用机械或人工配置三合土，最终标准为，是碎砖上粘满砂浆并指稠度均匀为止；垫层厚度在300mm以内,可一次性浇筑，大于300mm可以分层浇注，铺设厚度第一层为220mm，以后每层为200mm，每层夯打至150mm，逐层铺垫至设计高度；浇筑时，空置其均匀，不得在夯打后再补填或产销；要夯实平整，高低偏差不得大于20mm；铺设到设计高度时，最后一遍夯打时需加浇浓浆一层，再铺薄层砂子或炉渣，进行最后正平夯实。

5.3粉煤灰垫层

粉煤灰是火力发电长的工业废料，有良好的物理力学性能，可作为处理软弱土层的换填材料。其承载力和变形模量较大，废料利用施工简便，质量易于控制，经济效果好的优点。施工要点：前验槽，预压槽两遍，使之密实；垫层分层铺设并夯实；铺设时控制最优含水量在要求的范围内；每铺完一层并检验合格后，即使铺下一层，防干燥；冬季施工时，最低气温不得低于0℃,以免粉煤灰含水冻胀。

结束语

地基处理换填法是实际工程中用的比较多的方法,虽然设计及施工相对简单,但还是有一些需要注意的问题,只有注意了这些问题,我们才可以保证垫层施工的质量,从而保证地基处理的效果。

参考文献

[1]张新峰,闫依兵,赵松国.复杂地质条件下建筑物基础的设计及施工[J].能源技术与管理.2007.

[2]孙建兵.论地基处理换填法设计的若干问题[J].建材与装饰(中旬刊).2008.