浅析用换填法进行地基处理

(内蒙古电建二公司，内蒙古 呼和浩特 010030)
摘 要：文章介绍了地基处理的概念和作用，重点介绍了 换填砂卵石和灰土的施工要点。
关键词：地基处理；换填法；建筑工程
中图分类号：TU47  文献标识码：C  文章编号：1007—6921(2009)20—0105—02
1 地基处理的概念和作用

换填法是将基础底面天然的或后天形成的软弱土层挖去或部分挖去，分层回填强度高、压缩 性低且无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等材料，压实后作为基础持力层，常见的有 换填砂卵石和灰土法。其主要作用表现为以下几个方面：①换填强度较高的垫层材料后，可 以有效地提高地基的承载力。②换填压缩性较低的材料后，可减少建筑物的沉降量。③换填透水性较大的材料（砂石），可使基础下面的孔隙水压力迅速消散，避免基土的塑性 破坏，并可加速垫层下软弱土层的固结及其强度提高。另外换填砂石等材料，因其颗粒粗大 、孔隙大、无毛细水现象，可以防止材料受冻而造成的冻胀，如很多建筑物的散水和台阶以 及道路的面层下均铺一定厚度的砂石，就是这个道理。④在湿陷性黄土地基中，用素土或灰土材料置换黄土，可消除湿陷变形，同时，换填后的材 料因其密实度增加，还可做为防水层，减少下卧天然黄土层被水浸泡的可能性。⑤换填法除能满足上述要求外,在对环保要求较高的现代社会,它基本对周边环境不构成噪声 、水质污染、大气污染、地面泥浆污染等，只有一定的振动感，但波及范围较小。
2 填砂卵石和灰土施工要点

在笔者的施工经历中,曾多次接触用砂卵石或灰土进行地基处理,其中两次规模较大,基坑面 积在20 000m2左右,换填砂卵石厚度5m,然后在砂卵石垫层上再垫3∶7灰土1m厚，下面就某 些施工体会发表自己简单的体会。
2.1 在施工前，首先把好材料的质量关

对于砂卵石，有时设计人员在图纸中会明确相关要 求，特别是材料的粒径和比例，在某些施工现场，从河床中直接挖采的砂卵石可以满足设计 要求，运至工地可直接使用，给施工带来极大的方便。但在实际施工中，相当一部分天然砂 卵石难以满足设计要求，如含泥量偏大、粒径偏小、级配不合理等，遇到这种情况，就需要 进行人工处理，如材料粒径偏小或大粒径卵石数量不足，则可以掺入25%～30%的碎石，但最 大粒径不应大于50mm，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀压缩，这也是施工规范所规定 的内容。天然的砂卵石，都是由大小不同的颗粒组成，各个粒组相对含量的百分比称为颗粒 级配。砂卵石的颗粒级配对其压实后的密实度和承载力的影响是很大的，通俗地讲，越是粒 径不均匀的砂卵石，其级配越好。对于灰土，顾名思义就是用按一定体积比配合的石灰和土 的混合材料，经压实后，其承载力可达到300Mpa以上。作为灰土组成材料之一的石灰，它是 一种无机胶结材料，不但能在空气中硬化，还可以在水中硬化。用做灰土时，应选用熟化后 的熟石灰，可以用生石灰块经消解3～4天而成，但实际施工时，这种方法操作比较困难、费 时、费力、而且不经济，所以最好购买已经消解完毕的熟石灰粉，但其粒径不应该超过5mm ，否则应过筛使用。灰土所用的熟石灰应符合三级以上标准，其中活性CaO和MgO的含量不能 低于50%，这些数据均可以通过试验得出。如要拌和强度较高的灰土，宜选用一级或二级石 灰。当活性氧化物含量不足时，可以适当增加石灰的用量。灰土中石灰的用量在一定范围内 时，其强度随灰量的增大而提高，但当超过其限值后，强度的增加则不大，并有减小的趋势 。通过实践证明，2∶8和3∶7灰土是最适合施工的也是性能最好的。土作为灰土的重要组成 ，其性质也决定了拌和后灰土的质量。土不仅仅起填料的作用，而且参与化学反应，土中的 黏粒（粒径＜0.005mm）和胶粒(粒径＜0.002mm),具有活性和胶结性,含量越多(即土的 塑性指数越高),则灰土的强度也较高。用于拌合灰土的土，可使用塑性指数大于4的土料， 按照塑性指数分类，土分为以下3种：4＜I≤10为粉土；10＜I≤17为粉质黏土；I＞17为黏 土。具体施工时，可按照土的实际情况选用，根据笔者经验，使用粉土或粉质黏土相对较好 ，因黏土的塑性指数较高，内部黏粒含量偏多，本身结合水含量也较高，从土方开挖至地基 处理开始，中等或大规模的建筑物需要两周甚至更长时间，在此期间，挖出待用的土料如经 风吹日晒，内部水分蒸发后，黏土很容易形成大小不一的土块，这会给施工带来极大困难， 因为规范明确规定，灰土中土的粒径不得大于15mm，所以凡是大于15mm的土块均不能使用。 相比之下，粉土或粉质黏土，这种情况就出现较少，特别是粉土，本身水分含量较少，所以 干燥后也不会形成土块，在施工时既可以满足规范要求，又便于与石灰拌合均匀。但粉土也 有其缺陷，因它内部活性成分偏少，要想达到设计要求的压实系数，需增加碾压遍数，而且 碾压完毕后，表面容易出现裂纹。因此，采用哪类土，还需要广大技术人员根据现场的土质 、进度、质量等关系综合考虑，通过比较寻求最佳方案。
2.2 材料中水分的含量也是影响施工质量和进度的一个关键因素

水分在土内部含量的 多少可以用含水率来表示，即在天然状态下，土中水的重量与土颗粒重量之比的百分率。其 数据可以通过烘干试验得到，一般情况下，施工技术人员普遍的做法是在现场取一定重量的 天然土，在天平上称出其重量，在铁锅上烘干后，称出干燥状态下土颗粒的重量，与烘干前 土的重量差即水的重量，水重量与土干燥后的重量之比就是土的含水量。在换填施工时，砂 卵石和灰土如要达到最大密实度，除了材料本身质量外，含水量是另一项控制手段，施工前 ，必须由试验机构对所用土进行击实试验，得出土的最大干密度和最优含水量（土经压实达 到最大干密度时的含水量）。绝大多数情况下，土料自然含水量与最优含水量存在一定的量 差，如直接从河床中挖出的砂卵石，本身含水较多，有可能超过其最优含水量（一般为8%～ 12%）。而灰土本身含水量普遍都低于其最优含水量（一般为18%），因为熟石灰的成分为C a（OH）₂，其孔隙较大，吸水量也较大，另外由于Ca（OH）₂与土中的颗粒发生一系列 离子交 换、碳酸化反映现象，也需要部分水分，所以在灰土的拌和过程中，需水量相对较多。为了 给施工创造便利条件，技术人员应根据土料的自然和最优含水量的关系，提前做好施工准备 ，确定土料是否需要晾晒或加水，并按照每次施工的土料体积，换算出加水量的具体数据， 并严格控制。如材料的含水量超过其最优含水量，则难以碾压密实，甚至在施工过程中出现 “橡皮土”。特别是灰土的施工，土料的含水量一定要控制在最优含水量W-2%的范围内。拌 和后的灰土，达到手握成团、手指轻捏即碎即可，同时配合烘干试验来验证其含水量的多少 。其次，根据季节情况对含水量可做一定调整，如在炎热环境下施工，应考虑材料在运输、 铺摊过程中的水分蒸发，可适当增加土料的含水量。
2.3 施工操作工艺是另一项影响地基处理质量和进度的重要原因

主要包含施工机械的选用、 土料分层厚度和碾压遍数的确定等。在施工前，技术人员应根据基坑的面积、进度和质量要 求科学准确的确定施工工艺，并编制详细的施工措施和技术交底。如没有这方面的相关经验 ，也可以从有关资料上查找某些数据来直接套用，但这些数据只是给定一个范围，如分层厚 度为200mm～350mm，碾压遍数为6～12遍等，如选择不当，会给施工带来不便。针对具体工 程 ，建议技术人员采用现场试验法，在施工前，材料检验合格、含水量确定后，先按照某一厚 度铺摊一定面积的土，开始碾压，并记录碾压遍数和施工时间，至5遍以后，每遍进行压实 系数试验，直到符合设计要求为止。从而获得在该铺摊厚度情况下的施工时间。试验结束后 ，换场地增加铺摊厚度，重复以上方法。通过量次施工的对比，可以选择一个省时、省力的 最佳方案，并在真正施工时按照此方法操作。另外选用哪种施工机械也有讲究，大基坑条件 下，通常选择压路机（振动碾）作为压实工具，平整机械利用推土机效果较好。施工时可以 根据实际面积将作业面分成若干区域，采取流水施工的方式，即某一区域在碾压或试验的时 候，可以组织另外区域进行材料铺摊和平整。在一些特殊地基上施工时，如细粉砂或经降水 以后的地基土，第一层材料碾压时，需要改变一下施工方法，如采用平碾（振动碾不使用振 动功能）或适当增加铺摊厚度，这样可以避免因机械的外力作用而扰动垫层下的软土或因强 烈震动导致土结构破坏而发生砂土“液化”现象。最后提醒施工人员注意，在雨季进行换填 垫层施工时，要注意防雨，每天施工结束后，要用塑料布等隔水材料对垫层表面覆盖，并准 备好排水工具，做好雨季施工措施，特别是对于灰土垫层，防水工作更为重要。因灰土垫层 施工后，三日之内应绝对避免雨水浸泡。
3 结论

换填法进行地基处理,该方法方便简单,易于操作和检测,可就地取材,施工中使用范围广泛, 施工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时施工要点。
［参考文献］
［1］ 龚晓南地基处理手册［M］北京：建筑工业出版社，2000.
［2］ 周汉荣土力学与地基基础［M］武汉：武汉工业大学出版社，1988.

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