換填法地基處理的設計及施工方法

趙俊雅，史博研

（1.北京市機械施工集團有限公司，北京 100045；2.中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300000）

城市地表廣泛分布著一定厚度的素填土、雜填土等人工填土。填土具有成分不均、穩定性差、力學性質差異大、欠固結等特點，一般不宜作為天然地基使用，需采取一定的措施進行地基處理。就目前的工程經驗來看，在填土地基處理實踐中應用的比較廣泛的方法是換土墊層法，即將軟弱土及不良土開挖至一定深度，回填以砂、礫、碎石、石渣等好土，簡稱換填法。北京通州區環球影城土方及場地準備工程，場地地表廣泛分布素填土、雜填土，其承載力低、抗剪強度低、壓縮性高、滲透性質不均、填埋時間短、未完成固結、工程力學性質差，不宜作為天然地基使用，必須采取一定的措施，以提高土的抗剪強度，提高地基承載力，增加地基的穩定性；減小土的壓縮性，減少地基變形；改善土的滲透性，減少滲流量，防止地基滲透破壞等。

換填法是目前填土地基處理實踐中利用比較廣泛的一種方法，掌握其具體設計原則和規律，并對該方法的具體施工做分析與討論，這對提高工程整體穩定性有至關重要的作用。

1 換填法地基處理概述

換填法是目前施工中利用比較普遍的一種地基處理方法，又稱之為換土法，具體指的是將地基范圍內的軟土清除，用穩定性好的土、石回填并壓實或夯實的一種地基處理方法[1]。對目前的工程建設分析發現，一般采用的是開挖換填天然砂礫，即在一定范圍內，把影響地基穩定性的軟弱土用挖掘機挖除，用天然砂礫進行換置，開挖換填深度在2m以下，采用分層填筑、分層壓實、分層檢測壓實度的方法時，從而改變地基的承載力特性，提高抗變形和穩定能力。

2 工程概況

北京通州區環球影城施工場地達4.0km2，主要有主題公園1、后勤區、酒店1A、酒店1B、城市大道、酒店3、停車樓、水上樂園、主題公園2、酒店4、酒店5A、酒店5B、擴展區等構成。此項目所處區域的地貌類型為永定河沖積平原區，地勢較為平坦，地面高程為20.96～21.97m，總體上西北稍高，東南略低。場地地表廣泛分布素填土、雜填土。此區域年平均降水量在610.0mm左右，最大降雨量為1114.2mm，最小降雨量為227mm。

該工程施工過程中存在著幾大難點：（1）該工程施工項目單一，且工程量大，工期緊，質量標準高，要求同時在施面積較大，涉及施工班組較多。（2）設計及驗收標準高。土方填墊后場地承載力達到130kPa、160kPa，總沉降不超過25mm；每層壓實度達到0.95，壓實度檢測驗收100%合格。（3）原狀土層分布不均，土方開挖高低不一，且現場草根需單獨剝離，整體土方開挖施工降效嚴重。場地開挖標高多達幾十種。（4）土方及碎石使用量巨大，材料缺口嚴重，天然級配砂石用量60萬m3，素填土缺口量455萬m3。（5）施工機械投入量大，運輸組織難度大，不同種類機械投入量多達上千臺。

3 換填法地基處理設計

從上述分析來看，工程的具體實施存在著一定的難度，尤其是在地基處理方面難度比較大。如果設計工作出現了問題，整體工程的質量和施工效率都會受到影響，所以做好地基處理和換填法的設計工作是最基本至關重要。

就換填法地基處理的具體設計來看，主要強調三方面的內容[2]：（1）施工準備設計。施工準備會對施工造成嚴重的影響，所以在施工前，需要基于施工的具體要求做相應的設計，包括施工材料設計、施工步驟和環節設計、施工應用器械設計等。（2）施工設計。施工設計是施工執行的重要參考，設計的完善性對施工的有效性影響顯著。就施工設計來看，具體的內容有技術設計和管理設計兩大部分，技術設計主要是基于施工要求和材料等對具體的施工工藝利用做設計，管理設計則主要強調施工過程中的管理規范和細節。（3）施工質量控制設計。主要是設計施工質量控制指標，為施工質量驗收和管理提供參考。

4 換填法地基處理施工

施工過程中既要按設計圖紙施工，更要保證施工的質量。換填法地基處理施工的主要施工步驟和方法如下。

4.1 強調施工測量

在具體的施工中，測量工作占據著重要的地位，一方面，其是施工的重要參考依據，另一方面，其是施工質量控制的重要因素。具體施工測量主要包括如下內容：（1）平面控制網的施測。用全站儀測設出與建筑物軸線平行的控制線或方向線，或用測距的方法沿方向線依次定出所需的各個樁點，具體的測量精度要求：測角±10"，量距1/20000。（2）高程控制測量。高程控制點的引測方法采用附合測法，由已知高程點的高程依次引測到現場臨時高程控制點上，然后再閉合到另一已知高程點。（3）土方施工測量。采用GPS-RTK測量技術，實測現場地形地貌圖，測點間隔不大于10m×10m，測量場地高程。施工過程中，挖土填土作業時，每挖深或填高一層要對該層高程及時測量，嚴格控制開挖和填土的高程及范圍，要做到既不超深又必須達到設計開挖標高。

4.2 場地的清表和平整

此工作的開展需要強調如下內容：（1）機械配置的明確。土地清表工作開展要保證效率和質量，需要實現機械化工作，現場施工需要每班組配備6輛推土機、6輛鏟車、30輛運輸車，如不能滿足工程需求時，臨時增加。（2）明確清表的要求。完成清表工作對于標高控制和后續施工有重要的影響。該工程施工區域表層均為雜草，所以為避免有機質超標及植物根系影響，正式施工前須先對作業區域進行清表處理，清表深度至少10cm。清除物外棄出施工現場，并進行消納處理。如清表10cm后地表植物根系較多，經現場確認深挖厚度，確認完成后，深挖土方運送至資源處置中心，進行草根篩分[3]。

4.3 土方的開挖

在換填法地基處理實踐中，土方開挖是重要的工作步驟，土方開挖的具體實施需要明確如下內容：（1）開挖前準備。在土方開挖前，必須做好充分的施工準備，以保證后續的開挖施工的順利開展。就具體的準備工作來看，主要有機械準備、人員準備、測量準備和場地準備等。只有在各項準備工作完善的情況下，開挖的實施才會更有效率，質量也能得以保障。（2）土方開挖。土方開挖采用自上而下分層進行，施工中隨時作成一定的坡度，以利排水。開挖分部位和工作面進行，合理安排，盡量做到開挖強度均衡。每開挖一層，邊坡修整一層，人工配合反鏟挖掘機按設計削坡，以滿足設計的坡度和坡面平整度。為了強調土方開挖的安全性，開挖土方時，應有專人指揮，防止機械傷人或墜土傷人[4]。

4.4 土方回填

土方回填是換填法地基處理中至關重要的一步，是必須重視的內容。在實際施工中需注意如下內容：（1）填土的標準分析與確定。回填土必須滿足地基處理的相關要求，其才可作為回填土，所以必須對回填土做分析與討論。（2）摻拌料碾壓。具體指的是在回填土中進行摻料，然后進行碾壓。（3）試驗檢測。試驗檢測的目的主要是分析地基處理是否滿足具體的要求[5]。在具體的檢測中，有3項內容必須重視：一是原材料檢測，現場回填的素土、碎石、還原土、再生混合料等，均需要現場見證取樣進行檢測，合格并符合設計要求后方可投入回填施工中；二是壓實度檢測，換填地基的施工質量檢驗應分層進行，并應在每層的壓實系數符合設計要求后鋪填上層；三是承載力檢測，每回填2m進行平板載荷試驗，地基承載力以實際測試數據為準，回填至設計標高后再次進行平板載荷試驗，地基承載力特征值不小于130kPa/160kPa，并且要在每5000m2的回填層做1點平板載荷試驗，具體點位依據設計圖紙。

5 結束語

綜上所述，換填法地基處理在目前的工程建設中應用普遍，具體分析該方法利用過程中的設計以及施工方法，可以為具體的方法使用提供規范的指導，使其利用更具實效性。