許祥訓(xùn)

（煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

0 引言

當(dāng)建、構(gòu)筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱，不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對(duì)地基的要求時(shí)，可以采用換填墊層法來處理軟弱地基。換填墊層法是指挖去地表淺層軟弱土層或不均勻土層，回填堅(jiān)硬、較粗粒徑的材料，并夯壓密實(shí)，形成墊層作為地基持力層的地基處理方法。此方法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。

1 適用范圍

1.1 適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，常用于處理輕型建筑、地坪、堆料場(chǎng)及道路工程等。包括淤泥、淤泥質(zhì)土、松散素填土、雜填土、已完成自重固結(jié)的吹填土等地基處理以及暗塘、暗溝等淺層處理和低洼區(qū)域的填筑。

1.2 也可處理較深的軟弱土層，雖可提高持力層的承載力，但是不能解決由于深層土質(zhì)軟弱而造成地基變形大對(duì)上部建筑物產(chǎn)生的有害影響。深度過大時(shí)，常因地下水位高，需要采取降水措施；坑壁放坡占地面積大或邊坡需要支護(hù)；易引起臨近地面、管網(wǎng)、道路與建筑的沉降變形破壞；施工土方量大、棄土多，使處理工程費(fèi)用增高、工期拖長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境的影響增大等。因此，換填墊層的處理深度宜控制在3m以內(nèi)。對(duì)于體型復(fù)雜、整體剛度差、或?qū)Σ町愖冃蚊舾械慕ㄖ粦?yīng)采用淺層局部置換的處理方法。

1.3 對(duì)建筑范圍內(nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎(chǔ)后的坑穴，均可采用換填法進(jìn)行地基處理。在這種局部的換填處理中，保持建筑地基整體變形均勻是換填應(yīng)遵循的基本原則。

1.4 大面積填土不宜采用換填墊層法，大面積地面負(fù)荷影響深度較深，地基變形壓縮量大，變形延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，與換填墊層法淺層處理地基的特點(diǎn)不同。

1.5 用于膨脹土地基可消除地基土的漲縮作用，用于濕陷性黃土地基可消除黃土的濕陷性，用于山區(qū)地基可用于處理巖面傾斜、破碎、高低差、軟硬不均以及巖溶等，用于季節(jié)性凍土地基可消除凍脹力和防止凍脹損壞等。

2 加固機(jī)理

2.1 擴(kuò)散應(yīng)力，提高淺層土地基承載力，減少地基變形量

將基底以下軟弱土全部或部分挖出，換填為較密實(shí)材料，通過基礎(chǔ)底面下一定厚度墊層的應(yīng)力擴(kuò)散作用，可減小墊層下天然土層所受的壓力和附加壓力，降低墊層底面壓力，提高地基承載力，減小基礎(chǔ)沉降量，增強(qiáng)地基穩(wěn)定。

2.2 加速軟土層的排水固結(jié)

用透水性大的材料作墊層時(shí)，軟土中的水分可部分通過它排除，在建筑物施工過程中，可加速軟土的固結(jié)，減小建筑物建成后的沉降。

2.3 消除地基土的濕陷性、漲縮性或凍脹性

對(duì)濕陷性黃土、膨脹土或季節(jié)性凍土等特殊土，其處理目的主要是為了消除或部分消除地基土的濕陷性、脹縮性或凍脹性。用于消除濕陷性時(shí)，可以采用素土墊層或灰土墊層，不得采用砂石墊層。

在膨脹土地基上可選用砂、碎石、塊石、煤渣或灰土等材料作為墊層以消除脹縮作用。

由于墊層材料是不凍脹材料，采用換土墊層對(duì)基礎(chǔ)地面以下可凍脹土層全部或部分置換后，可防止土的凍脹作用。此時(shí)，墊層的底面應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貎鼋Y(jié)深度的要求。

2.4 均勻地基反力與沉降作用

對(duì)石芽出露的山區(qū)地基，將石芽間軟弱土層挖出，換填壓縮性低的土料，并在石芽以上也設(shè)置墊層；或?qū)τ诮ㄖ锓秶鷥?nèi)局部存在松填土、暗溝、暗塘、古井、古墓或拆除舊基礎(chǔ)后的坑穴，可進(jìn)行局部換填，保證基礎(chǔ)底面范圍內(nèi)土層壓縮性和反力趨于均勻。

換填墊層法在處理一般軟弱地基時(shí)，可起的主要作用為前兩種，在某些工程中也可能幾種作用同時(shí)發(fā)揮，如既起提高地基承載力、減小沉降量的作用，也起排水作用。

3 填料選擇

3.1 砂石

宜選用碎石、卵石、角礫、園礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑，并應(yīng)級(jí)配良好，不含植物殘?bào)w、垃圾等雜質(zhì)。砂石的最大粒徑不宜大于50mm。

砂石是良好的換填材料，但對(duì)具有排水要求的砂墊層宜控制含泥量不大于3%；采用粉細(xì)砂或石粉作為換填材料時(shí)，應(yīng)摻入不少于總重30%的碎石或卵石，以改善材料的級(jí)配狀況。

石屑是采石場(chǎng)篩選碎石后的細(xì)粒廢棄物，其性質(zhì)接近于砂，在使用作為換填材料時(shí)，效果不錯(cuò)，但應(yīng)控制好含泥量及含粉量，才能保證墊層的質(zhì)量。

對(duì)濕陷性黃土或膨脹土地基，不得選用砂石等滲水性材料。對(duì)于承受振動(dòng)荷載的地基，不應(yīng)選用砂墊層進(jìn)行地基處理。

3.2 粉質(zhì)粘土

土料中有機(jī)質(zhì)含量不得超過5%，且不得含有凍土或膨脹土。當(dāng)含有碎石時(shí)，其粒徑不宜大于50mm。用于濕陷性黃土或膨脹土地基的粉質(zhì)粘土墊層，土料中不得夾有磚、瓦或石塊。

粘土難以夯壓密實(shí)，應(yīng)避免采用作為換填材料，在不得已選用粘土回填時(shí)，應(yīng)摻入小少于30%的砂石并拌合均勻。

當(dāng)采用粉質(zhì)粘土大面積換填并使用大型機(jī)械夯壓時(shí)，土料中的碎石粒徑可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否則將影響墊層的夯壓效果。

3.3 灰土

體積配合比宜為2:8或3:7。土料宜選用粉質(zhì)粘土，不宜使用塊狀粘土，且不得含有松軟雜質(zhì)，土料應(yīng)過篩且最大粒徑顆粒不得大于15mm。石灰宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。

灰土強(qiáng)度隨土料中粘粒含量增高而加大，塑性指數(shù)小于4的粉土中粘粒含量太少，不能達(dá)到提高灰土強(qiáng)度的目的，因而不能用于拌合灰土。

3.4 粉煤灰

可用于道路、堆場(chǎng)和小型建筑、構(gòu)筑物等的換填墊層。選用的粉煤灰應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)腐蝕性和放射性的要求。粉煤灰墊層上宜覆土0.3～0.5m。粉煤灰墊層中采用摻加劑時(shí)，應(yīng)通過試驗(yàn)確定其性能及適用條件。

粉煤灰按其燃燒后形成玻璃體的粒徑分析，應(yīng)屬粉土的范疇。但不同于粉土或粉砂的抗地震液化能力較低，由于粉煤灰具有一定的膠凝作用，在壓實(shí)系數(shù)大于0.9時(shí)，即可以抵抗7度地震液化。

3.5 礦渣

墊層使用的礦渣是指高爐重礦渣，可分為分級(jí)礦渣、混合礦渣及原狀礦渣。礦渣墊層主要用于堆場(chǎng)、道路和地坪，也可用于小型建筑、構(gòu)筑物地基。選用礦渣的松散重度不應(yīng)小于11kN/m3，有機(jī)質(zhì)及含泥總量不超過5%。設(shè)計(jì)、施工前必須對(duì)選用的礦渣進(jìn)行試驗(yàn)，在確認(rèn)其性能穩(wěn)定并符合安全規(guī)定后方可使用。

對(duì)于中小型墊層可選用8～40mm與40～60mm的分級(jí)礦渣或0～60mm的混合礦渣；較大面積換填時(shí)，礦渣最大粒徑不宜大于200mm或分層厚度的2/3。

用作換填墊層材料的礦渣必須是性能穩(wěn)定的礦渣。作為建筑物墊層的礦渣應(yīng)符合對(duì)放射性安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。易受酸、堿影響的基礎(chǔ)或地下管網(wǎng)不得采用礦渣墊層。墊層中的金屬構(gòu)件、管網(wǎng)應(yīng)采取防腐措施。略超過放射性標(biāo)準(zhǔn)的礦渣可以用于道路或堆場(chǎng)地基的換填，但不應(yīng)用于建筑換填墊層處理等。大量填筑礦渣時(shí)應(yīng)考慮對(duì)地下水和土壤的環(huán)境影響。

3.6 其他工業(yè)廢渣

在有可靠試驗(yàn)結(jié)果或成功工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)質(zhì)地堅(jiān)硬、性能穩(wěn)定、無腐蝕性和放射性危害的工業(yè)廢渣等均可用于填筑換填墊層。被選用工業(yè)廢渣的粒徑、級(jí)配和施工工藝等應(yīng)通過試驗(yàn)確定。

3.7 土工合成材料

用于換填墊層法的土工合成材料，在墊層中主要起加筋作用，以提高地基土的抗拉和抗剪強(qiáng)度、防止墊層被拉斷裂或剪切破壞、保持墊層的完整性、提高墊層的抗彎剛度。

作為加筋的土工合成材料應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度較高、耐久性好、抗腐蝕的土工帶、土工格柵、土工格室、土工墊、土工網(wǎng)、土工膜、土工織物或塑料排水帶等土工合成材料；墊層填料宜用碎石、角礫、礫砂、粗砂、中砂等材料。如工程要求墊層具有排水功能時(shí)，墊層材料應(yīng)具有良好的透水性。

采用土工合成材料加筋墊層時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程荷載的特點(diǎn)、對(duì)變形、穩(wěn)定性的要求和地基土的工程性質(zhì)、地下水性質(zhì)及土工合成材料的工作環(huán)境等，選擇土工合成材料的類型、布置形式及填料品種，主要包括：①確定所需土工合成材料的類型、物理性質(zhì)和主要的力學(xué)性質(zhì)如允許抗拉強(qiáng)度及相應(yīng)的伸長(zhǎng)率、耐久性與抗腐蝕性等；②確定土工合成材料在墊層中的布置形式、間距及端部的固定方式；③選擇適用的填料與施工方法等。

4 墊層設(shè)計(jì)

墊層的設(shè)計(jì)主要是確定以下四個(gè)參數(shù)：墊層的厚度、寬度、地基承載力和沉降量。對(duì)于墊層，既要有足夠的厚度來置換可能被剪切破壞的軟弱土層，又要有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出。

4.1 墊層厚度的確定

墊層的厚度應(yīng)根據(jù)需置換的軟弱土層的厚度或下臥土層的承載力確定。墊層的厚度計(jì)算，一般根據(jù)墊層底面處土的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和不大于同一標(biāo)高處軟弱土層的容許承載力來確定。墊層厚度一般為0.5m～3.0m。

4.2 墊層寬度的確定

墊層的寬度除應(yīng)滿足基礎(chǔ)底面應(yīng)力擴(kuò)散的要求外，還應(yīng)考慮墊層側(cè)面土的強(qiáng)度條件，防止墊層材料由于側(cè)面土的強(qiáng)度不足或由于側(cè)面土的較大變形而向側(cè)邊擠出，增大墊層的豎向變形，使建筑物沉降增大。墊層頂面每邊超出基礎(chǔ)底邊不宜小于0.3m。

4.3 墊層承載力的確定

經(jīng)換填處理后的地基，由于理論計(jì)算方法尚不完善，承載力宜通過現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)確定，如對(duì)于一般工程可直接用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探和取土分析法等。

4.4 沉降計(jì)算

墊層地基的沉降分兩部分，一是，墊層自身的沉降；二是，軟弱下臥層的沉降，由于墊層材料模量遠(yuǎn)大于下臥層模量，所以在一般情況下，軟弱下臥層的沉降量占整個(gè)沉降量的大部分。

5 結(jié)論

換填墊層法能有效解決淺層軟弱地基或中小型工程的地基處理問題，可提高地基承載力、減小基礎(chǔ)沉降或差異沉降、增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定能力、加速軟土排水固結(jié)，也是消除地基土的濕陷性、漲縮性或凍脹性的有效途徑之一。通過合理的設(shè)計(jì)，換填墊層法有就地取材、施工方便、不需特殊施工機(jī)械、既能縮短工期又能降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在地基處理工程中應(yīng)用廣泛。

［1］JGJ 79-2012建筑地基處理規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,,2013,3.

［2］龔曉南.地基處理手冊(cè)[M].3版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008,6.