论施工技术中软基处理之换填法
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摘要：本文作者结合多年工作经验主要针对软弱地基处理的优劣关系到整个工程的质量。合理的软弱地基处理、上部结构设计，可以减轻和消除软弱地基对上部建筑物的不利影响，做出了相关的论证
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。当天然地基存在上述三类问题之一或其中几个问题时，需要采取各种地基处理措施，形成人工地基以满足建筑物对地基的各项要求，保证其安全和正常使用。
一、软弱地基的工程特征及主要处理方法
1．软弱土包括淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土及饱和松散粉细砂与粉土，这类土的工程特性为天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、渗透性差、抗剪强度低等不利的工程性质，如何去保证在软弱地区修建的建筑物稳定性和正常使用一直以来都是一个重大的技术课题。
2．目前软基处理的主要方法有：换填垫层法、挤密法、深层搅拌法、灌浆法、强夯法等。（1）换填垫层法：换填垫层法主要作用是提高地基的承载力。其方法是将基底下一定范围内的软弱土挖去，换填砂、碎石和素土等散体料，并分层夯实成低压缩性的地基持力层。（2）挤密法：挤密法即先往土中打入桩管成孔，然后在孔内填入砾石、砂、石灰，灰土等捣实而成。此法适用于含砂粒、瓦屑的杂填土及含砂量较多的松散土地基，对粘性大的饱和软土地基，由于渗透性小，在加固过程中不能排出很多水分，故挤密效果不大。（3）深层搅拌法：此法通过特制的搅拌轴的轮叶，从地面开始破土搅拌至加固的深度，打开阀门将水泥浆或水泥粉由搅拌头注入地基中，用搅拌头强制搅拌均匀。（4）灌浆法：用钻机成孔，将注浆管放入孔中需要灌浆的深度，钻孔四周顶部封死。启动压力泵，将搅拌均匀的水泥浆或水泥砂浆压入土的孔隙和岩石的裂隙中，同时挤出土中的自由水。水泥浆凝固后，土体与岩石裂隙胶结成整体。此法基本上不改变原状土的结构和体积，所用灌浆压力较小。适用于卵石、中、粗砂和有裂隙的岩石。如是粘性土，则用较高的压力灌入浓度较大的水泥浆或水泥砂浆。（5）强夯法：强夯法是将重锤起重到一定高度，然后自由下落，重复夯打，以加固地基，使强度提高，压缩性减小。此法一般适用于无粘性土，杂填土和半饱和土
3．地基处理的对象是软弱地基和特殊土地基。地基处理
的方法有多种，按时间可分为临时处理和永久处理，按处理深度可分为浅层处理和深层处理，按土性对象分为砂性土处理和黏性土处理、饱和土处理和非饱和土处理，按性质可分为物理处理、化学处理、生物处理；按加固机理可分为置换、排水固结、灌入固化物、震密或剂密、加筋、冷热处理、托换、纠倾等。4．选用地基处理方法的原则是：坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。对具体工程来讲，应从地基条件、处理要求、工程费用及材料、机具来源等各方面进行综合考虑。因地制宜确定合适的地基处理方法。必须指出，地基处理方法很多，每种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点。
二、土质换填的设计
土质换填因材料的不同可分为以下几种类型: （1）砂垫层；（2）天然砂石（或人工级配砂石）垫层；（3）灰土垫层；（4）素土垫层；（5）由聚丙烯、尼龙等化纤材料做成的滤水毡垫层。下面以砂垫层为例，对土质换填的设计和施工方法进行说明。
（一）垫层的设计
垫层设计的具体内容就是确定合理的垫层的厚度和宽度。对于起换土作用的垫层即要求有足够的厚度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的两侧挤出。1．垫层的厚度。用一定厚度的垫层换填软弱土层后，上部荷载通过垫层按一定扩散角传递在下卧土层顶面上的全部压力，不应超过下卧土层的容许承载力，如图1所示：
在实际应用中，可先根据垫层的容许承载力计算出基础底面尺寸，然后根据下卧层土的承载力确定垫层的需要厚度，即先拟定垫层的厚度。实践证明，当换土厚度为0.5~1倍基础宽度时，垫层地基的容许承载力为下卧土层承载力的2~8倍，平均变形模量约为2~3.5倍。垫层不宜太厚，太厚施工难度大，费用高；也不宜太薄，太薄垫层的作用不能发挥，效果不显著。
2．垫层的宽度。垫层的宽度应满足两方面的要求：一方面应满足应力扩散的要求，另一方面应防止侧面土的挤出，通常按45度角来确定砂垫层的宽度。
三、施工要点
（一）垫层材料的选择
不同垫层材料有不同的要求。砂垫层材料应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3％，不含植物残体、垃圾等杂物。当使用粉细砂时应掺入25％~30％的碎石或卵石，其最大粒径不宜大于50mm。
素土垫层的土料中有机质含量不得超过5％，也不得有冻土或膨胀土，不得加有砖、瓦和石块等渗水材料，当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。
灰土垫层宜采用2∶8或3∶7的灰土。土料易用黏性小及塑性指数大于4的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其粒径不得大于15mm，石灰易用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。
矿渣垫层其矿渣应质地坚硬、性能稳定和无侵蚀，小面积垫层一般用8~40mm与40~60 mm的分级矿渣，或0~60mm的混合矿渣；大面积铺垫时，可采用混合矿渣或原状矿渣，矿渣最大粒径不大于200mm。
（二）垫层压实方法的确定
机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑低面积宽大、开挖土石方量较大的工程。重锤夯实法是用重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分压填土。平板震动法是使用震少，透水性较好的松散杂填土地基的一种方法，可达100～120kPa。
（三）分层铺填并压实
除接触下卧软土层的垫层底层应根据施工机械设备及下卧层土质条件的要求具有足够的厚度外，一般情况下垫层的分层铺筑厚度可取200～300mm。
（四）含水量控制
为获得最佳夯压效果，宜采用垫层材料的最佳含水量，作为施工控制含水量，对于素土和灰土，现场可控制在最佳含水量±2％的范围内。最佳含水量可通过击实试验确定，也可按当地经验取用。
（五）铺前先验槽
基坑内浮土应清除、边坡必须稳定，防止塌土。基坑两侧附近如有古井、古墓、洞穴、旧基础等软硬不均匀的部位时，经检验合格后，方可铺筑垫层。
（六）避免软弱土层结构扰动
垫层下卧层为淤泥或淤泥质土时，因其有一定的结构强度，一旦被扰动则强度大大降低，变形大量增加，影响到垫层及建筑的安全使用，通常的做法是：开挖基坑时应预留厚约300mm的保护层，待做好铺填垫层的准备后，对保护层一段随即用换填材料铺填一段，直到完成全部垫层，以保护下卧软土层不被破坏。
素土及灰土垫层分段施工时，不得在柱基础墙角及承载间隙下接缝，上下两层的缝距不得受水浸泡。垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。
四、结语
换填法用于淤泥、淤泥质土、素填土及其它软弱土层地基的浅层处理。换填层的厚度、宽度应满足强度和变形的要求，对建筑地基范围内的局部换填，应根据计算沉降量确定其适用性。在地基处理前，应核对工程地质勘察设计资料，并应根据地基的工程特征、水文地质、施工作业环境等制定合理的施工方案，确保工程质量。
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