换填垫层法地基处理要点分析

由于有些软土地基不能满足建筑物承载能力的要求，应对软土地基进行有效的加固措施，以确保建筑物之稳定，但基于地基处理的方法很多，针对不同的地基形式应采取不同的处理方法，对地基处理的换填法进行分析。

　　换填法又称换土法。所谓换土法是指将路基范围内的软土清除，用稳定性好的土、石回填并压实或夯实。在公路施工中，一般采用的是开挖换填天然砂砾,即在一定范围内,把影响路基稳定性的淤泥软土用挖掘机挖除,用天然砂砾进行换置,开挖换填深度在2m以内,采用分层填筑、分层压实、分层检测压实度的方法施工。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。在换填过程中，对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑，最好做试验检测，避免无法压实而引起沉降。
1.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。
1.1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。


1.1.1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。

1.1.2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润滑，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"。


1.1.3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。

2.换填法施工分类及各施工分类的优缺点和施工要点：
2.1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；土层夯实遍数应根据密实度和现场试验确定；每铺土层必须及时夯实，如遇雨水，应将填土层表面的泥浆和积水，处理后回填；待施工完毕时必须及时进行下一道工序的施工，如不能应采取相应的措施。
2.2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。
灰土最大虚铺厚度
项次夯实机具种类　　重量/t 虚铺厚度/mm 备注
1 石夯、木夯 　0.04~0.08 　200~250 　人力送夯、落高400~500mm,一夯压半夯
2 轻型夯实机械 0.12~0.4 　200~250 　蛙式打夯机、柴油打夯机
3 压路机 　　　6~10200~300 双轮　
2.3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。
2.4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。
2.5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。
2.5.1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。
2.5.2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。
2.5.3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。
结果
　　换填法进行地基处理,该方法施工简便,易于操作和检测,可就地取材,施工中使用范围广泛,施工和技术人员应了解其工艺特点/性质以及使用换填法进行地基处理的施工要点。