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摘要：在工程建设中，当天然地基不能满足建筑物对地基的要求时，需对天然地基进行加固改良，形成人工地基，以满足建筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。这种地基加固改良称为地基处理。本文主要对软地基处理中换填土施工工艺进行了分析探讨。
关键词：软地基；处理；换填土；施工工艺
中图分类号：TU47 文献标识码：A
引言
当建、构筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部结构荷载对地基的要求时，可以采用换填垫层法来处理软弱地基。换填垫层法是指挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层作为地基持力层的地基处理方法。此方法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
一、换填垫层法的作用和适用范围
当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理法为换填垫层法。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。换填垫层法的作用原理是通过扩散作用使传到垫层下软弱层的应力减小，以达到构造物承载力要求。
二、加固机理
1、扩散应力，提高浅层土地基承载力，减少地基变形量
将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，通过基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，降低垫层底面压力，提高地基承载力，减小基础沉降量，增强地基稳定。
2、加速软土层的排水固结
用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的沉降。
3、消除地基土的湿陷性、涨缩性或冻胀性
对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。用于消除湿陷性时，可以采用素土垫层或灰土垫层，不得采用砂石垫层。在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。此时，垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。
4、均匀地基反力与沉降作用
对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。换填垫层法在处理一般软弱地基时，可起的主要作用为前两种，在某些工程中也可能几种作用同时发挥，如既起提高地基承载力、减小沉降量的作用，也起排水作用。
三、软地基处理中换填土施工方法
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。其施工时应先將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，逐层压实。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。
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”。
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。
四、软地基处理中换填土施工工艺
1、换填土层为砂石垫土层的施工要点
宜选用碎石、卵石、角砾、园砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，并应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。砂石的最大粒径不宜大于50mm。砂石是良好的换填材料，但对具有排水要求的砂垫层宜控制含泥量不大于3%；采用粉细砂或石粉作为换填材料时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石，以改善材料的级配状况。石屑是采石场筛选碎石后的细粒废弃物，其性质接近于砂，在使用作为换填材料时，效果不错，但应控制好含泥量及含粉量，才能保证垫层的质量。对湿陷性黄土或膨胀土地基，不得选用砂石等渗水性材料。对于承受振动荷载的地基，不应选用砂垫层进行地基处理。
2、换填土层为粉质粘土垫土层的施工要点
土料中有机质含量不得超过5%，且不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦或石块。粘土难以夯压密实，应避免采用作为换填材料，在不得已选用粘土回填时，应掺入小少于30%的砂石并拌合均匀。当采用粉质粘土大面积换填并使用大型机械夯压时，土料中的碎石粒径可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否则将影响垫层的夯压效果。
3、换填土层为粉煤灰垫土层的施工要点
可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。选用的粉煤灰应满足相关标准对腐蚀性和放射性的要求。粉煤灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定其性能及适用条件。粉煤灰按其燃烧后形成玻璃体的粒径分析，应属粉土的范畴。但不同于粉土或粉砂的抗地震液化能力较低，由于粉煤灰具有一定的胶凝作用，在压实系数大于0.9时，即可以抵抗7度地震液化。
4、换填土层为矿渣垫土层的施工要点
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。选用矿渣的松散重度不应小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5％。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。对于中小型垫层可选用8-40mm与40-60mm的分级矿渣或0~60mm的混合矿渣；较大面积换填时，矿渣最大粒径不宜大于200mm或分层厚度的2/3。用作换填垫层材料的矿渣必须是性能稳定的矿渣。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。垫层中的金属构件、管网应采取防腐措施。略超过放射性标准的矿渣可以用于道路或堆场地基的换填，但不应用于建筑换填垫层处理等。大量填筑矿渣时应考虑对地下水和土壤的环境影响。
结束语
在建筑施工中，地基施工的质量是整个建筑的基础，建筑上部的整个总量都作用在地基上，所以地基施工的质量决定了上部建筑的质量。在地基施工中，会根据土质的特点采取不同的施工方法，其中的换填法是最为常用的施工方法，可以有效的加固地基，保证地基的施工质量，为整个建筑的施工质量打下坚实的基础。
参考文献
[1]姚猛猛.张同波.于德湖.孙军利.砂石换填法基坑支护的边坡稳定性研究[J].青岛理工大学学报，2012-04-30.
[2]杨维任.浅谈地基处理换填法的设计与施工[J].广西师范学院学报，2006-12-30.
[3]曹辉.浅析换填法在建筑地基施工中的应用[J].河南科技，2010-07-30.
关键词：软地基；处理；换填土；施工工艺
中图分类号：TU47 文献标识码：A
引言
当建、构筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部结构荷载对地基的要求时，可以采用换填垫层法来处理软弱地基。换填垫层法是指挖去地表浅层软弱土层或不均匀土层，回填坚硬、较粗粒径的材料，并夯压密实，形成垫层作为地基持力层的地基处理方法。此方法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
一、换填垫层法的作用和适用范围
当软弱土地基的承载力和变形满足不了设计要求，而软弱土层的厚度又不是很大时，将基础底面下范围内的软弱土层部分或全部挖除，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、炉渣、粉煤灰）或其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并压实至要求的密实度为止，这种地基处理法为换填垫层法。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。换填垫层法的作用原理是通过扩散作用使传到垫层下软弱层的应力减小，以达到构造物承载力要求。
二、加固机理
1、扩散应力，提高浅层土地基承载力，减少地基变形量
将基底以下软弱土全部或部分挖出，换填为较密实材料，通过基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用，可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力，降低垫层底面压力，提高地基承载力，减小基础沉降量，增强地基稳定。
2、加速软土层的排水固结
用透水性大的材料作垫层时，软土中的水分可部分通过它排除，在建筑物施工过程中，可加速软土的固结，减小建筑物建成后的沉降。
3、消除地基土的湿陷性、涨缩性或冻胀性
对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。用于消除湿陷性时，可以采用素土垫层或灰土垫层，不得采用砂石垫层。在膨胀土地基上可选用砂、碎石、块石、煤渣或灰土等材料作为垫层以消除胀缩作用。由于垫层材料是不冻胀材料，采用换土垫层对基础地面以下可冻胀土层全部或部分置换后，可防止土的冻胀作用。此时，垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。
4、均匀地基反力与沉降作用
对石芽出露的山区地基，将石芽间软弱土层挖出，换填压缩性低的土料，并在石芽以上也设置垫层；或对于建筑物范围内局部存在松填土、暗沟、暗塘、古井、古墓或拆除旧基础后的坑穴，可进行局部换填，保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。换填垫层法在处理一般软弱地基时，可起的主要作用为前两种，在某些工程中也可能几种作用同时发挥，如既起提高地基承载力、减小沉降量的作用，也起排水作用。
三、软地基处理中换填土施工方法
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。其施工时应先將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，逐层压实。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。
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”。
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。
四、软地基处理中换填土施工工艺
1、换填土层为砂石垫土层的施工要点
宜选用碎石、卵石、角砾、园砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑，并应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。砂石的最大粒径不宜大于50mm。砂石是良好的换填材料，但对具有排水要求的砂垫层宜控制含泥量不大于3%；采用粉细砂或石粉作为换填材料时，应掺入不少于总重30%的碎石或卵石，以改善材料的级配状况。石屑是采石场筛选碎石后的细粒废弃物，其性质接近于砂，在使用作为换填材料时，效果不错，但应控制好含泥量及含粉量，才能保证垫层的质量。对湿陷性黄土或膨胀土地基，不得选用砂石等渗水性材料。对于承受振动荷载的地基，不应选用砂垫层进行地基处理。
2、换填土层为粉质粘土垫土层的施工要点
土料中有机质含量不得超过5%，且不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。用于湿陷性黄土或膨胀土地基的粉质粘土垫层，土料中不得夹有砖、瓦或石块。粘土难以夯压密实，应避免采用作为换填材料，在不得已选用粘土回填时，应掺入小少于30%的砂石并拌合均匀。当采用粉质粘土大面积换填并使用大型机械夯压时，土料中的碎石粒径可稍大于50mm，但不宜大于100mm，否则将影响垫层的夯压效果。
3、换填土层为粉煤灰垫土层的施工要点
可用于道路、堆场和小型建筑、构筑物等的换填垫层。选用的粉煤灰应满足相关标准对腐蚀性和放射性的要求。粉煤灰垫层上宜覆土0.3~0.5m。粉煤灰垫层中采用掺加剂时，应通过试验确定其性能及适用条件。粉煤灰按其燃烧后形成玻璃体的粒径分析，应属粉土的范畴。但不同于粉土或粉砂的抗地震液化能力较低，由于粉煤灰具有一定的胶凝作用，在压实系数大于0.9时，即可以抵抗7度地震液化。
4、换填土层为矿渣垫土层的施工要点
垫层使用的矿渣是指高炉重矿渣，可分为分级矿渣、混合矿渣及原状矿渣。矿渣垫层主要用于堆场、道路和地坪，也可用于小型建筑、构筑物地基。选用矿渣的松散重度不应小于11kN/m3，有机质及含泥总量不超过5％。设计、施工前必须对选用的矿渣进行试验，在确认其性能稳定并符合安全规定后方可使用。对于中小型垫层可选用8-40mm与40-60mm的分级矿渣或0~60mm的混合矿渣；较大面积换填时，矿渣最大粒径不宜大于200mm或分层厚度的2/3。用作换填垫层材料的矿渣必须是性能稳定的矿渣。作为建筑物垫层的矿渣应符合对放射性安全标准的要求。易受酸、碱影响的基础或地下管网不得采用矿渣垫层。垫层中的金属构件、管网应采取防腐措施。略超过放射性标准的矿渣可以用于道路或堆场地基的换填，但不应用于建筑换填垫层处理等。大量填筑矿渣时应考虑对地下水和土壤的环境影响。
结束语
在建筑施工中，地基施工的质量是整个建筑的基础，建筑上部的整个总量都作用在地基上，所以地基施工的质量决定了上部建筑的质量。在地基施工中，会根据土质的特点采取不同的施工方法，其中的换填法是最为常用的施工方法，可以有效的加固地基，保证地基的施工质量，为整个建筑的施工质量打下坚实的基础。
参考文献
[1]姚猛猛.张同波.于德湖.孙军利.砂石换填法基坑支护的边坡稳定性研究[J].青岛理工大学学报，2012-04-30.
[2]杨维任.浅谈地基处理换填法的设计与施工[J].广西师范学院学报，2006-12-30.
[3]曹辉.浅析换填法在建筑地基施工中的应用[J].河南科技，2010-07-30.