论碎石换填技术在软弱地基处理中的应用探析

论碎石换填技术在软弱地基处理中的应用探析

潘增力

浙江宏兴建设有限公司

摘要：建筑地基的施工技术多样化，通常以现场土质条件为参考进行选择。例如，现场土质完整、结实时，可考虑天然地基的施工方法；现场以含水量偏高的土壤为主或土质呈松散状时，稳定性不足，采取地基加固措施，进而开展建筑工程的其他建设工作。在现阶段的建筑地基加固施工技术中，碎石换填法颇具代表性，具有促进排水、提高密度等作用，加强对换填法的研究具有必要性。

关键词：碎石换填技术；软弱地基处理；应用

软土具有含水量高、压缩性大、强度低等特点，在工程建设过程中很难满足地基承载力和沉降变形的要求，这就需要对软土地基进行有效的处理才能使其满足工程建设的要求。目前，针对软土地基的处理方法主要有换填法、固结法、轻质路堤法和复合地基法等，在采用何种软土处理方式上，应根据软土厚度和性质、工程的规模和重要性、沉降控制标准、施工机具、施工材料、施工环境等一系列要素综合考虑，最终确定性价比较高的方法进行软土地基治理。

1软土地基的不利影响

（1）因为软土基层土壤含水率相对高，当软土基层含水率达到70%时，地基下方就会出现涌水现象，导致软土层有较多淤泥，直接影响了项目建设的速度。（2）因为软土基层含水率太高，削弱了外面水的渗透能力，这严重影响了地基的固结进度及地基的稳定性。同时，因为软基中具备许多有机质，有机质堵塞了管道中的水，致使难以排泄，形成了大范围的软土，进而造成地基下降的问题。

2软土地基换填处理的工程特点

工程项目中治理软土地基一般采取清淤换填施工技术，如果持力层太软，不能对上方进行有效支撑，应选择清淤换填的方法加固地基，起到强化地基承载力的作用。清淤换填施工技术不仅可以提高软基的荷载力，而且保证了整体项目的施工质量，同时该技术费用低，所以，该技术在大部分项目建设过程中被广泛应用。

碎石换填技术是通过高强度的地基材料（如片石、卵石、素土、粗砂等），把原始软基中的软土及淤泥等进行换置，因为原有软基层承载力差，所以换填后不仅能够提高整体地基的承载力，也保障了此段地基达到了项目承载力设计的标准。在项目建设中，换填的材料相对较多，应根据项目的实际状况选取合适、科学、经济实惠的材料开展换填施工，保证施工质量与效益。

3换填法的基本原理和适用范围

换填法是将基底处理范围的软弱土挖除，换填压缩性小、强度高、稳定性好的工程填料，然后将其压实至要求密实度且作为路基持力层。工程实践中常用的换填材料通常有碎石、中粗砂、素土等。

换土垫层作用主要有：（1）提高地基承载力。若填土荷载加上建筑荷载超过地基承载力，则地基会发生剪切破坏，牵连工程发生沉降破坏。使用强度大的填筑材料替换软土，就可以避免地基发生剪切破坏，从而提高地基承载力。（2）减小地基沉降。由于换填材料的应力扩散作用，传递到地基下卧层的应力大大减小，沉降也随之减少。（3）加速软土排水固结。在自重及附加荷载的作用下，软弱土层通过透水性良好的换土垫层，将孔隙水快速排出，加速固结，提高了强度。（4）防止冻胀。换土的砂石等非冻胀材料切断了地下水上升途径，从而防治冬季温度下降造成冻胀。换填法适用于浅层软土段落处理，处理深度一般为0~3m，否则换填工程量较大，经济效益较差。换填厚度也不宜太小，一般不宜小于0.5m，否则作用不明显。

4换填法在建筑工程软土地基处理中的应用

4.1 施工工艺流程

施工准备（例如选取质量达标的砂卵石）→分层填筑→洒水→压实→找平→质量检验。

4.2 施工工艺选择

换填法主要包含了挖、填、换3种施工工艺。当软土层较薄、建筑物荷载较小时，可通过直接开挖将建筑物基础埋设到承载力良好的持力层；当软土土层厚度较大，建筑物荷载较小时，可通过在原软土层上方铺设一定厚度的受力性能良好的垫层作为地基持力层；“换”则是“挖”和“填”的综合运用，施工时需要先挖除基础下的部分软土，之后填筑垫层，从而使基础下方的地基具有良好的承载能力。本文局部软土层位于基坑坑底标高以下，需先将基坑底面以下的局部淤泥质软土挖除，并采用砂土进行换填。

4.3材料选择

换填法地基处理过程中的换填材料可分为素土垫土层、灰土垫土层和砂砾石垫层等。其中对于素土垫土层来讲，对土的压缩性能有较高的要求，需要严格管控好素土的含水量及压实程度；灰土垫土层常用的是将石灰和土壤按体积3∶7配制比例混合，施工效果良好，但对施工工艺有一定的要求；砂砾石垫层广泛运用于换填材料中，填筑效果突出。本文采用级配良好、品质较高的砂土作为软土换填材料。

4.4 施工要点

回填材料采用砂和卵石，用量各占一半；级配砂石保持干净，不存在树叶、草根及其他杂物；砂以中粗砂为宜，级配良好，质地坚硬。

在施工现场设置标高桩或水平标准木桩，作为铺筑厚度控制的参照基准，也可在槽坑边坡测放水平标高线。基坑底面地下水位较高时，降低地下水或采取降排水措施，使基坑保持无水状态。垫层铺设前安排基坑的检验，清理坑底的淤泥、浮土等不利于施工的物质，两侧形成适宜的坡度，以便维持坑壁的稳定性。垫层底面标高不一致时，采取斜坡搭接的方法，或将土面开挖成阶梯状，加强对搭接部位的夯实，提高密实性。在分层铺筑的施工方式下，接头阶梯形搭接，或设置斜坡，相邻两层错开0.5m～1.0m。

垫层铺设时加强防护，避免侧壁的软弱土层或垫层下卧层受到扰动。垫层分层施工，逐层铺设、夯实，为控制每层的铺设厚度，在基坑内预先设置5m×5m的网格标桩，作为铺设厚度控制时的参照基准。垫层铺设现场为饱和的软弱地基或地下水位较高时，对基坑内部及外侧四周排水，以免砂在水的侵蚀下流失；也可降低地下水位，直至稳定在基坑底500mm以下的位置为止。级配砂石的含水量是影响振动碾压效果的关键因素，在碾压前检测含水量，根据检测结果灵活调控，直至含水量稳定在8%～12%为止。

在本工程的地基换填施工中，填筑、碾压采用分层的方法，换填厚度每达到200mm时组织一次夯实。换填宽度为基础外边500mm，使边缘部分在经过夯实后也具有稳定性，夯实系数超过0.97。机械施工方式的效率较高，但可能破坏基坑周边土体的稳定性，因此，机械设备操作人员严格听从指挥，规范操作。压实进入最后一层时，表面拉线找平，严格控制标高。逐层采取质量控制措施，各层的厚度和压实度均要满足要求，否则不可进行后一层的施工。

4.5现场防护

砂卵石回填时加强对标准高程桩和轴线桩的防护，避免失稳、位移、受损，施工期间定期复测，及时纠正偏差；地基换填施工需具有全面性，不遗漏任何一处；边坡在施工全程均要维持稳定；由于工期紧张而在夜间施工时，加强现场安全管理，为施工现场配备足量的照明设施；级配砂石垫层施工完成后，根据工程施工计划尽快组织上部的施工，若中途间歇，需定期、定量洒水润湿。

结论

结合实际工程经验，运用换填法对道路软土地基深度进行计算、对软土层进行处理，非常必要。计算合理的换填深度可以保证路基路面的稳定与安全，降低工程造价。换填深度受到车辆荷载、换填材料、基底土层性质等各方面因素的影响，很难有一个标准的公式来确定。因此，在工程实践中，我们要本着理论结合实践的科学态度进行设计施工，施工前可先做换填试验段，做好沉降观测，根据观测数据及时调整换填深度等。

参考文献：

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