公路工程地基处理中换填垫层法的解析

李杰　孙阳

摘要：随着我国经济发展速度的逐渐加快，现代化建设的发展进程也得到了较大幅度的提升，使得我国建设也进一步扩大，出现更为严格的施工难度，对地基的要求有更为严格的要求。通常境况下，无法将建筑物对地基的要求得到满足的天然地基则称之为软弱地基和不良地基。本文则采用换填垫层法对不良地基的处理进行了简要阐述。

关键词：公路工程；地基处理；换填垫层法

一、有关换填法的简介

换填法是进行软弱地基处理的方法之一，又名换土垫层法。本方法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土及暗沟、暗塘等的浅层处理。换填材料可用中（粗）砂，级配良好的砂石、灰土、素土、石屑或煤渣等鞥。换填法的作用，是提高持力层的承载力，改善土的压缩性，减少地基变形，当软弱土较薄时，可全部挖出；当软弱土较厚时，可部分挖出。填土可采用砂、碎石、素土等。现行的设计思路是将换填垫层作为基础的持力层，利用基层附加力在换填层中向下扩散时应力不断减少的特点，选择合适的垫层厚度，以达到软弱下卧层顶面所受的压应力不大于其容许应力的目的。

二、换填法的使用范围

换填法适应与处理淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土、素填土、杂填土及暗沟、古井、古墓等地基处理。处理的方法就是将基础下的软弱土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土等的一部分或全部挖出，然后换填密度大、强度高、水稳性好的较粗粒径的材料。换填法多用砂垫层的处理方法，多用于中小型建筑工程，以及沟塘的局部处理。一般饱和的、非饱和的软弱土的地基处理，不能用于大面积堆载、密集基础的软土地基的处理。

三、换填垫层法应用于软土基的原理分析

（一）换填垫层法的加固机理。

针对一般的土地基，换填垫层主要作用为提高持力层的承载力，减少沉降量以及加速软弱土层的排水团结。通过挖出原由软弱土，换填材料密实且透水性好的材料作相应厚度垫层，对天然土层有应力扩散与水分排除作用，可以相应降低其所受应力，加快软土的固结速度，进而提高地基承载力，减少地基变形量。

针对特殊地区的土地基（如冻土、湿陷性黄土、石芽等），换填垫层主要作用为消除原由土地基的胀缩作用、防止冻胀以及均匀基地反力与沉降。通过官田不冻胀材料或局部补填相应材料，消除原由土地基地的不良性能，改善土地基以符合建筑设计要求，可以有效利用相應土地资源。注意；特殊地区行换填垫层法垫层深度应满足当地冻结与缩涨深度的要求。

（二）换填垫层的材料选择。

换填垫层材料选用应坚持因地制宜原则，所选土类须具备无侵蚀性与低压缩性特点，常见材料有天然废渣和土工合成材料，天然废渣包括适用于道路，堆场、小型建筑物的粉煤灰与矿渣，适用于所有基础建筑项目的砂石，粉质粘土与灰土。其中，选用的矿渣应是基础建设项目的砂石，粉质粘土与灰土。其中，选用的矿渣应是质地坚硬，稳定性合格且无侵蚀性的中粗砂，且有粘土与有机质含量应小于5﹪，含硫量为0～1.5﹪，铁矿含量低于小于5﹪，松散密度超过1.1t/rr13等特点；粉质粘土的有机质含量应小于5﹪，碎石粒径0～5﹪mm、土料粒径控制在0～15mm，熟石灰粉末质量应符合Ⅲ级以上标准。

垫层中选用土工成材料的目的是提高地基上的抗拉力抗剪度、加强持力层的支撑力度，防止天然垫层被拉断或剪切破坏，以保证垫层的整体性。采用土工合成材料时应根据设计要求以及地下水的性质以及土工合成材料的工作环境选择适宜的土工合成材料类型、物力性质和主要的力学性质，确定其在垫层中的铺层位置与间距、端部的固定方式，进而选择恰当的填料与施工方法。

（三）换填垫层的设计。

垫层的实际需要考虑垫层的厚度、宽度、地基承载力和沉降量四个参数，具体计算方法如下。垫层的厚度一般在500cm～3m之间，其具体厚度取决与需置换的软地基与天然土层的承载力；垫层宽度一般需超过300cm，具体宽度下仅要满足地面具体扩散要求而且需考虑天然土层侧面土的强度；通过标准贯入试验、静力触探或取土分析法确定其承载力；针对基础沉降量的计算，需考虑垫层自身的沉降以及软弱下卧层的沉降两方面且以计算后者为主

四、换填垫层法的施工方法

换填垫层法施工的关键是加强软土地地基的密实度，以符合相关的设计要求，常用的方法有机械碾压法、重锤夯实法和平板振动法三种，具体选择标准如下：（1）机械碾压法。适用于粘土为主的置换材料，通过平碾或羊角碾将砂石、素土等填换材料分层铺筑在坑底且予以逐层压实，碾压速度控制在2km/h，碾压厚度为200mm-300mm；（2）重锤子夯实法。适用于狭窄场地、变角以及接触带软土地基，采用起重机械将夯锤伸到一定高度后自由落锤，以重锤冲击力夯实天然地基与垫层填土，夯实编数控制在7-11遍；（3）平板振动法。适用于砂土、砂石土、碎石土以及杂填土等置换材料，通过振动压实机械振实浅层松散土，填换材料含水率为15—20﹪最优。

垫层换填结束后，需对换填土体以及沉降量进行效验，常见土体检验法中，环刀法与标准贯入试验检验粉质粘土、灰土、粉煤灰以及砂石为填充材料的垫层，重型动力触探多检验砂石，矿渣为置换材料垫层。取样点多选择每层厚度的2/3深度处，检验点数量应控制在10—20m的基槽处有超过一个点且保证每个独立柱基均有一个点。沉降观测应贯穿整个施工过程中，以此包成整个施工过程均符合相关指标要求，地基无潜在变形或下降风险。注意：检验垫层的施工质量应个分层操作，且每层的压实系数均需要满足设计要求。

五、结语

在现代公路工程施工中，换填法地基处理技术作为一种极为有效的技术得到应用。在整个工程中发挥着无法替代的作用。其中换填写法的用用中，最为重要的则是计算换填垫层的相关参数。通过换填法的运用实现地基的有效处理。

参考文献：

[1]宋波、李会兴.浅谈浅层软弱地基处理中换填垫层的应用[J].内蒙古水利，2009（03）

[2]王哲、李侠.换填法处理软弱地基在施工中应注意的问题[J].山西建筑，2009（17）

[3]黄建云.砂石换填法在地基处理中的应用[J].建筑，2008（08）