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摘 要由于地基处理不当导致的工程事故越来越多，本文对地基处理中的常用方法换土垫层法从材料和施工的角度进行了详细的研究，供工程技术人员借鉴。
关键词地基处理；设计；垫层
中图分类号TU7文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)052-0135-01
随着土木工程的不断发展，越来越多的土木工程向高、大方向发展，而采用天然地基又不经济（超深），所以往往采用对天然地基进行处理的方法，以满足建（构）筑物对地基的要求。各种各样的建（构）筑物对地基的要求是不同的，各地区天然地基的情况差别也是很大的，这就决定了地基处理问题的复杂性。而换土垫层法是土木工程常用地基处理方法，换土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
1垫层材料要求
1）砂石。常用的碎石、卵石、中粗砂等都可以作为垫层的材料，为了保证垫层的质量，对石子的粒径和颗粒的含量有一定的要求，一般不能大于2mm的部分必须小于总重量的45%），同时颗粒级配要均匀，不能含有树皮、草根等腐败的有机质，不能含有建筑垃圾。如果必须使用较细的粉砂或者细砂，为了保证垫层整体的质量，较大粒径的石子的含量必须大于总重量的30%。砂石的最大粒径不宜大于50mm。如果本地属于土质湿陷性黄土，垫层不能使用较大粒径的砂石等材料。
2）粉质粘土。规范对土料中的有机质规定有详细的说明，通常情况下其含量小于5%，冻土或膨胀土不能作为垫层的材料。如果把粉质粘土作为垫层材料用于具有湿陷性黄土的地区，不允许有碎砖、碎瓦或者较大的石块。
3）灰土。一直属于比较好的垫层材料，得到广泛的应用，使用的时候其体积配合比（体积）通常采用2：8 或3：7（28灰土或者37灰土）。其土料通常是粘土，但是规范对粒径有要求，最好使用粉质粘土，粒径较大的块状粘土和较小的砂质粉土质量较差，正式使用前，必须过筛。石灰一般选用袋装生石灰。
石灰的性质决定于其活性物质的含量，即含CaO与MgO的含量百分率，含量越高，则活性越大，胶结力越强。一般常用的熟石灰粉末其质量应符合Ⅲ级以上的标准，活性CaO+MgO含量不低于50%，如要拌制强度较高的灰土，宜选用Ⅰ或Ⅱ级石灰。当活性氧化物含量不高时，应相应增加石灰的用量。石灰的贮存时间不宜超过三个月，长期存放将会使其活性降低。
试验表明，石灰的含量对灰土的强度有一定影响，如果使用的灰土比是1:9，则强度较低；当灰土比2:8和3:7的时候，其强度最高。除了与石灰的含量有关系外，还与石灰的等级相关，规范中要求以氧化钙和氧化镁的含量占总量的8%最好。
4）粉煤灰。是发电厂烟筒里面落下来的灰尘。粉煤灰如果作为结构的垫层使用必须符合一定的技术要求。由于粉煤灰中含有很多没有过滤的的金属碎屑，所以大面积的粉煤灰垫层必须考虑对周围环境的影响。
2垫层的压实标准
垫层的压实标准可按表1选用。
3施工注意事项
1）垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾；中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用振动碾；粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。
2）垫层的施工工艺，每层的铺土厚度以及压实的遍数等可以参考相应的规范或者资料确定。但是对于处于软弱下卧层上的垫层底部，厚度是根据施工选用的机械和下卧层的承载能力等方面来决定的。除此以外，一般来说，每层的铺土厚度取200～300mm。而且，所使用的机械的碾压速度对垫层的质量也有较大的影响。
3）含水量的影响，如果选用粉质粘土和灰土作为垫层的土料，其含水量宜控制在ωορ±2%的范围内，而粉煤灰垫层宜控制在ωορ±4%范围内，ωορ可通过土力学中的击实试验得到，也可查阅相关资料。现场简便测定含水量的方法是“手握成团，落地成花”。
4）如垫层下面有古墓、暗河等较薄弱的部位，必须进行详细的地勘，由设计院根据具体的情况给出处理的方案，才可以在上面铺垫层。
注：①压实系数λc为土的控制干密度与最大干密度的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0～2.2t/m3；②当采用轻型击实试验时，压实系数λc宜取高值，采用重型击实试验时，可取低值；③矿渣垫层的压实指标为最后二遍压实的压陷差小于2mm；④对于工程量较大的换填垫层，应按所选用的施工机械、换填材料及场地的土质条件现场试验，以确定压实效果。
5）基坑在进行机械开挖的时候，为了防止基底的土层受到扰动，一般预留300mm厚的土层采用人工清槽。尤其不能扰动垫层下面软弱土层。同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。刚打完的灰土，如突然遇雨应将松软灰土除去，并补填夯实，稍受湿的灰土可在晾干后补夯。
6）换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水沉法施工砂垫层外，不得用水沉法施工，必要时应采用降低地下水位的措施。
7）为了方便施工，垫层底面最好处于同一标高，如果受到地形的限制，比如有较大的斜坡，施工时可以做成台阶或斜坡，垫层施工的原则是先深后浅，搭接处要一夯压半夯，夯夯相连。上下层的接缝要错开500mm，接缝时，做好做成斜坡，不要做成垂直接缝。
灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压， 入槽（坑）灰土不得隔日夯打，灰土夯压密实后3d 内不得受水浸泡。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，当下层验收合格要马上进行上层施工，施工期间严禁无关的车辆通行造成破坏。如果在雨季施工，当垫层验收完毕，要及进行时基础施工。
8）铺设土工合成材料，为了不出现其被破坏的情况，尤其垫层顶面必须平整。铺设时要使其尽可能的拉直、绷紧，不能出现折皱；两端要锚固牢靠；不能长时间的曝晒或裸露；土工合成材料的连结方法较多，如搭接、缝接和胶结。
9）冬季施工，必须在基层不冻的状态下进行，冻土及夹有冻块的土料不得使用；已熟化的石灰应在次日用完，以充分利用石灰熟化时的热量，当日拌合灰土应当日铺填夯实，表面应用塑料布及草袋覆盖保温，以防灰土垫层早期受冻降低强度。
4结论
换土垫层法就是以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料、置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力，减少沉降量。但是由于材料和施工工艺的原因，在实际施工中经常出现质量事故，本文对这种方法进行了研究，提出了很多有价值的参考意见。
参考文献
[1]土木工程施工,毛鹤琴.武汉理工大学出版社,2007.
[2]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册(第三版),中国建工出版社,2005.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词地基处理；设计；垫层
中图分类号TU7文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)052-0135-01
随着土木工程的不断发展，越来越多的土木工程向高、大方向发展，而采用天然地基又不经济（超深），所以往往采用对天然地基进行处理的方法，以满足建（构）筑物对地基的要求。各种各样的建（构）筑物对地基的要求是不同的，各地区天然地基的情况差别也是很大的，这就决定了地基处理问题的复杂性。而换土垫层法是土木工程常用地基处理方法，换土垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
1垫层材料要求
1）砂石。常用的碎石、卵石、中粗砂等都可以作为垫层的材料，为了保证垫层的质量，对石子的粒径和颗粒的含量有一定的要求，一般不能大于2mm的部分必须小于总重量的45%），同时颗粒级配要均匀，不能含有树皮、草根等腐败的有机质，不能含有建筑垃圾。如果必须使用较细的粉砂或者细砂，为了保证垫层整体的质量，较大粒径的石子的含量必须大于总重量的30%。砂石的最大粒径不宜大于50mm。如果本地属于土质湿陷性黄土，垫层不能使用较大粒径的砂石等材料。
2）粉质粘土。规范对土料中的有机质规定有详细的说明，通常情况下其含量小于5%，冻土或膨胀土不能作为垫层的材料。如果把粉质粘土作为垫层材料用于具有湿陷性黄土的地区，不允许有碎砖、碎瓦或者较大的石块。
3）灰土。一直属于比较好的垫层材料，得到广泛的应用，使用的时候其体积配合比（体积）通常采用2：8 或3：7（28灰土或者37灰土）。其土料通常是粘土，但是规范对粒径有要求，最好使用粉质粘土，粒径较大的块状粘土和较小的砂质粉土质量较差，正式使用前，必须过筛。石灰一般选用袋装生石灰。
石灰的性质决定于其活性物质的含量，即含CaO与MgO的含量百分率，含量越高，则活性越大，胶结力越强。一般常用的熟石灰粉末其质量应符合Ⅲ级以上的标准，活性CaO+MgO含量不低于50%，如要拌制强度较高的灰土，宜选用Ⅰ或Ⅱ级石灰。当活性氧化物含量不高时，应相应增加石灰的用量。石灰的贮存时间不宜超过三个月，长期存放将会使其活性降低。
试验表明，石灰的含量对灰土的强度有一定影响，如果使用的灰土比是1:9，则强度较低；当灰土比2:8和3:7的时候，其强度最高。除了与石灰的含量有关系外，还与石灰的等级相关，规范中要求以氧化钙和氧化镁的含量占总量的8%最好。
4）粉煤灰。是发电厂烟筒里面落下来的灰尘。粉煤灰如果作为结构的垫层使用必须符合一定的技术要求。由于粉煤灰中含有很多没有过滤的的金属碎屑，所以大面积的粉煤灰垫层必须考虑对周围环境的影响。
2垫层的压实标准
垫层的压实标准可按表1选用。
3施工注意事项
1）垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质粘土、灰土宜采用平碾、振动碾或羊足碾；中小型工程也可采用蛙式夯、柴油夯；砂石等宜用振动碾；粉煤灰宜采用平碾、振动碾、平板振动器、蛙式夯；矿渣宜采用平板振动器或平碾，也可采用振动碾。
2）垫层的施工工艺，每层的铺土厚度以及压实的遍数等可以参考相应的规范或者资料确定。但是对于处于软弱下卧层上的垫层底部，厚度是根据施工选用的机械和下卧层的承载能力等方面来决定的。除此以外，一般来说，每层的铺土厚度取200～300mm。而且，所使用的机械的碾压速度对垫层的质量也有较大的影响。
3）含水量的影响，如果选用粉质粘土和灰土作为垫层的土料，其含水量宜控制在ωορ±2%的范围内，而粉煤灰垫层宜控制在ωορ±4%范围内，ωορ可通过土力学中的击实试验得到，也可查阅相关资料。现场简便测定含水量的方法是“手握成团，落地成花”。
4）如垫层下面有古墓、暗河等较薄弱的部位，必须进行详细的地勘，由设计院根据具体的情况给出处理的方案，才可以在上面铺垫层。
注：①压实系数λc为土的控制干密度与最大干密度的比值；土的最大干密度宜采用击实试验确定，碎石或卵石的最大干密度可取2.0～2.2t/m3；②当采用轻型击实试验时，压实系数λc宜取高值，采用重型击实试验时，可取低值；③矿渣垫层的压实指标为最后二遍压实的压陷差小于2mm；④对于工程量较大的换填垫层，应按所选用的施工机械、换填材料及场地的土质条件现场试验，以确定压实效果。
5）基坑在进行机械开挖的时候，为了防止基底的土层受到扰动，一般预留300mm厚的土层采用人工清槽。尤其不能扰动垫层下面软弱土层。同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。刚打完的灰土，如突然遇雨应将松软灰土除去，并补填夯实，稍受湿的灰土可在晾干后补夯。
6）换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水沉法施工砂垫层外，不得用水沉法施工，必要时应采用降低地下水位的措施。
7）为了方便施工，垫层底面最好处于同一标高，如果受到地形的限制，比如有较大的斜坡，施工时可以做成台阶或斜坡，垫层施工的原则是先深后浅，搭接处要一夯压半夯，夯夯相连。上下层的接缝要错开500mm，接缝时，做好做成斜坡，不要做成垂直接缝。
灰土应拌合均匀并应当日铺填夯压， 入槽（坑）灰土不得隔日夯打，灰土夯压密实后3d 内不得受水浸泡。粉煤灰垫层铺填后宜当天压实，当下层验收合格要马上进行上层施工，施工期间严禁无关的车辆通行造成破坏。如果在雨季施工，当垫层验收完毕，要及进行时基础施工。
8）铺设土工合成材料，为了不出现其被破坏的情况，尤其垫层顶面必须平整。铺设时要使其尽可能的拉直、绷紧，不能出现折皱；两端要锚固牢靠；不能长时间的曝晒或裸露；土工合成材料的连结方法较多，如搭接、缝接和胶结。
9）冬季施工，必须在基层不冻的状态下进行，冻土及夹有冻块的土料不得使用；已熟化的石灰应在次日用完，以充分利用石灰熟化时的热量，当日拌合灰土应当日铺填夯实，表面应用塑料布及草袋覆盖保温，以防灰土垫层早期受冻降低强度。
4结论
换土垫层法就是以砂石、素土、灰土和矿渣等强度较高的材料、置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力，减少沉降量。但是由于材料和施工工艺的原因，在实际施工中经常出现质量事故，本文对这种方法进行了研究，提出了很多有价值的参考意见。
参考文献
[1]土木工程施工,毛鹤琴.武汉理工大学出版社,2007.
[2]江正荣,朱国梁.简明施工计算手册(第三版),中国建工出版社,2005.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文