换垫法在工程施工中的应用

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摘 要：当建筑物地基持力层软弱，不能满足上部结构的荷载要求时，常采用换垫法进行地基处理，即将地基持力层范围内的软弱土层挖除，然后更换强度高、压缩性低的灰土、砂、砂石等，并经分层夯实后达到设计要求的密实程度。采用的施工机械和施工方法，与地基的土质特性有很大的关系。

关键词：换垫法；软弱地基；灰土垫层；砂石垫层；施工方法

软弱地基是地基基础工程中经常遇到的一种地基类型，基底承载能力差且不稳定。基槽（坑）施工时遇到软弱地基，必须对其作相应的处理，以满足承载上部结构荷载的要求。

换垫法也称换填法，是将基础底面下处理范围内天然的或后天形成的软弱土层挖去，然后分层回填强度高、压缩性低和无侵蚀性的材料，并经夯实或振实至设计要求的密实度为止，压实后作为基础持力层。其主要作用有以下几个方面：

（1）扩散软弱地基中所受应力的承载力范围，从而达到增强地基承载力，满足强度要求。

（2）减少地基的沉降量。

（3）调整地基的刚度

（4）使用透水性较大的材料（如砂、砂石），还可以消散软弱地基下面的孔隙水压力，有效地减弱了基土的塑性破坏。

（5）砂垫层还能加速软弱土层的排水固结，进而提高其软弱土层的强度。

（6）采用粗砂石等颗粒壮的垫层材料，还能够防止冻胀。

换垫法经常用于轻型建筑、地坪、道路工程等地基处理，适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等土质类型。换垫法常用的材料为砂、砂石、灰土、素土、工业废料（如：粉煤灰、煤渣），因此材料来源广泛，材料价格也便宜，可大量节约工程造价。在实际施工中，地基土质情况是比较复杂的，经常会遇到在同一基槽（坑）内出现多种不同的土质类型。在工程施工中选择具体的换垫方案时，应本着就地取材的原则选择适宜的垫层材料；在选择具体的施工方法及相应的压实设备时，应考虑地基土质特性、垫层材料的密实度要求和换填范围大小，并结合具有的施工机械设备情况等因素综合分析。在实际工程应用中，灰土垫层和砂石垫层是采用最多的施工方法。

一、灰土垫层

灰土垫层比较常用于湿陷性黄土类别的软弱地基，处理厚度通常在1～4m范围内。

1.灰土材料选用

灰土垫层是由石灰和土由一定比例配合而成的。①土料适宜选用有机质含量小的粉土或粉质粘性土，并应过筛，严禁选用耕植土、冻土、膨胀土。②石灰则为新鲜的消石灰，并在使用前1-2天内消解过筛。③拌合灰土时，石灰与土的配合比通常为3：7或2：8，拌合时要控制好含水量，含水量一般宜在14%～18%。拌好后的灰土，以手握成团、轻捏即碎为最佳。实践证明，2：8和3：7灰土是性能最好的，也最适合施工选用。

2.灰土垫层铺设

灰土铺设通常采用机械翻运人工整平的方式进行铺设，平整度和标高用水平绷线控制，整平时应按顺序进行，使灰土层密实均匀，应掌握 " 宁高勿低、宁铲勿补 "的原则，为保证基层的整体性，尽可能一次整平灰土层，尽量减少施工缝。铺设前，要保持基底平整、基（槽）坑无浮土、无积水。采用分层分段铺设法，铺设厚度与设计要求的干密度和选用的施工机具有关。如果采用石夯、木夯等人工夯实方法，虚铺厚度以150～250mm为宜；采用轻型夯实机械（如蛙式打夯机），虚铺厚度以200～300mm为宜。铺设后的灰土需要做夯实处理，夯实后的灰土应满足密实度的要求，密实度差容易导致地基基础变形加大、基础沉降不均匀、上部结构开裂等危害。

3.施工注意事项

下层灰土施工完毕，必须保证夯实后测得的干土密度符合设计要求后，才能进行上层的灰土铺设。

严格按灰土配比配料，拌合要均匀。灰土拌合不均匀，会造成地基软硬不一致的现象。

灰土怕水侵泡。因此，遇到基坑积水，施工时应采取相应的排水措施；夏天应采取防雨措施，避免受到雨淋。夯实后的灰土，在3天内不得受水浸泡，必要时可加盖塑料薄膜以防雨淋，一旦遭受到浸泡雨淋，则必须将受到侵害的部分清除干净，重新补填新灰土。

上部基础施工完毕后，应尽快回填基坑并夯实。

二、砂或砂石垫层

砂或砂石垫层是处理软弱土地基最常用的一种方法，但对于湿陷性黄土地基，不适宜选用。

1.材料选用

砂和砂石垫层宜选用级配良好的中、粗砂，一般以天然河砂为好，因其级配良好且质地坚硬。对于含泥量大、杂质多的土砂，因其透水性较差，一般不宜选用。选用砂石材料时，应特别注意控制好材料的粒径和级配比例，选用的砂石料要级配良好，不能含有垃圾、有机物等杂料，同时应严格控制含泥量。由于天然砂石料并不一定能够完全满足工程要求，如颗粒级配不合理，所以还需要进行人工处理。如果是材料粒径偏小或大粒径比例较小，可以按25%～30%左右的比例渗入适当的碎石并充分拌合，拌合后要均匀，以使颗粒级配达到使用要求。

2.砂石垫层铺设

铺设垫层时，应保持基坑内无淤泥、无浮土、无杂物，因此在开挖时可保留200mm厚土层暂不开挖，等到铺砂石前再挖除。铺设垫层时，要注意避免对软弱土层的扰动和破坏坑底土的结构，铺设时应分层铺设，如果铺设面积较大还可以分段，每层铺设厚度可控制在200～300mm内，每层都需要振密压实。铺设第一层时，不得使用振捣器捣实，以防下部 软弱土层（特别是淤泥或淤泥质土层）表面受到局部破坏。垫层铺设完毕后，应做密实度试验，以保证密实度达到设计要求，只有在下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。密实化处理是关键工序之一，直接影响垫层质量。

3.施工注意事项

振实砂石垫层时，应避免破坏基底土和侧面土的强度，铺设最下一层时，不宜选用机械夯实，宜采用木夯进行人工夯实。

当垫层底面标高不一致时，基坑开挖应错台做阶梯型或斜坡搭接，铺设顺序可先深后浅。

分段施工时，接头处可作成斜坡，并错开0.5～1.0m。

为防止砂的流失和基坑受水浸泡，铺设前应有排水与防水措施。

在基础施工完毕后，应及时回填基坑。

三、不同土质类型选用的施工方法

无论是灰土垫层换垫法还是砂石垫层换垫法，其采用的施工方法基本是相同的，按施工时选用的机械设备划分，一般可分为机械碾压法（如压路机、羊足碾、振动碾）、重锤夯实法（夯锤）和平板振动法（振动压实机）三种。至于具体选择哪一种施工机械与施工方法，与地基土质特性在很大的关系。

1.适用于机械碾压法的地基土质类型

采用机械碾压法施工，一般是逐层压实逐层铺筑，可选用的机械设备也是多种多样，如压路机、推土机、羊足碾等。如软弱土是以粘性土为主，施工时可采用平碾或羊足碾，此外，平碾还适宜于杂填土为主的地基换填施工；湿陷性黄土、砂性土、杂填土，则宜采用振动碾和振动压实机；遇到狭窄场地、边角夯实的情况，采用蛙式打夯机是不错的选择。

2.适用于重锤夯实法的地基土质类型

重锤夯实法是将夯锤提升到一定高度后，然后将其自由落下，如此反复起落夯击以加固地基。适用于湿陷性黄土的换填施工，可降低其透水性，有效消除湿陷性，从而使地基强度得到改善；对于地下水位距地表0.8m以上稍湿的砂土、粘性土、杂填土，也比较适用；但由于其施工时振动较大，如遇到距相邻建筑物太近，不宜采用。

3.适用于平板振动法的地基土质类型

平板振动法是采用振动压实机进行施工的一种方法。对于无粘性土或是透水性好的杂填土（如：建筑垃圾、碎砖块），一般可用此法进行地基处理。

四、结语

采用换垫法进行地基基础处理，施工工艺简单、易于操作、材料来源广泛，可就地取材，并且造价较低经济合理，因而可节约工程成本。是目前软弱地基处理中最常使用的一类施工方法。

参考文献：

[1]徐伟，苏宏阳. 土木工程施工手册 中国计划出版社 2002.12

[2]赵明华. 土力学与基础工程 武汉工业大学出版社 2000.07