換填法地基加固施工技術在建筑工程中的應用

鮑 嬌（蘭州博文科技學院，甘肅 蘭州 730100）

建筑地基的施工技術多樣化，通常以現場土質條件為參考進行選擇。例如，現場土質完整、結實時，可考慮天然地基的施工方法；現場以含水量偏高的土壤為主或土質呈松散狀時，穩定性不足，采取地基加固措施，進而開展建筑工程的其他建設工作。在現階段的建筑地基加固施工技術中，換填法頗具代表性，具有促進排水、提高密度等作用，加強對換填法的研究具有必要性。

1 工程概況

某房屋建筑工程，條形基礎，基礎埋深2.4m，6層磚混結構，建筑面積2110m2。地質勘查結果顯示，現場地質以耕土、雜填土、素填土、粉質黏土、粉土、中砂及卵石層為主（按自上而下的順序），天然地基承載力不足，不宜作為持力層。為保證基礎的穩定性，擬采用換填法處理建筑地基，持力層采用級配砂夾卵石碾壓后的結構層。地基經過換填處理后承載力特征值fak≥200kPa。

2 地基處理中換填法所需的材料

（1）砂石。質地堅硬、級配良好的粗砂、中砂、卵石等，含泥量不超過5%，不夾雜垃圾、植物質殘體等不利于填土穩定性的雜物。地基換填施工采用粉細砂時，按照25%～30%的比例摻入最大粒徑不超過50mm的碎石或卵石。砂石或其他滲水材料在濕陷性黃土地基的換填處理中缺乏可行性。

（2）素土。無凍土或膨脹土，有機質含量不大于5%。禁止素土中含有粒徑超50mm 的碎石，若現場為濕陷性黃土地基，除了保證碎石粒徑的合理性外，還需避免素土中含有滲水材料。

（3）灰土。新鮮的消石灰，粒徑不超過5mm，根據3∶7或2∶8的體積比取用灰土。

（4）粉煤灰。優先采用調濕或干排的低鈣灰，檢測并控制粉煤灰的含水量，裝運時將含水量穩定在15%～25%較為合適。

（5）干渣。原狀干渣、分級干渣、混合干渣是地基換填施工中常見的干渣材料，根據地基施工條件合理選擇。大面積墊層施工時，原狀干渣或混合干渣具有可行性；對于小面積墊層，采用0～60mm 的混合干渣或分級干渣（8mm～40mm、40mm～60mm）。

3 地基加固中的換填法施工設計

淺層軟土和不均勻地基缺乏穩定性時，可用換填法處理，基本原理是確定承載性能不足的軟土，用優質的土石料換填，經打夯加密或碾壓振動后形成穩固的地基。換填法又稱為墊層法，換填所用墊層的厚度普遍在3cm 以內，若墊層偏厚，將加大工程量，提高換填施工成本。墊層范圍較小，夯擊采用震動器或小型打夯機進行，規避大型機械夯實經濟效益偏低的問題。遇較厚墊層時，根據總厚度分為多層有序施工。換填法施工原理圖如圖1所示。

圖1 換填法施工原理圖

換填法施工中，首先清理基礎底面設計標高下方的軟土，分層換填、夯實砂礫料，建成結構完整、受力穩定可靠的砂礫墊層，以滿足上方建筑對基礎提出的承載力要求。同時，墊層可將基底壓力傳遞至下方，由較大范圍的軟土層承受外力作用，優化受力條件，避免局部受力集中。軟土層在砂礫墊層下時可作為下臥層，在增加埋深的條件下，承載力隨之提升，相比軟土的許可承載力極限值，實際所受的壓力更小，受力穩定。利用砂礫施工的墊層無明顯壓縮，有助于減小基礎沉降。砂礫墊層排水效率高，可加快軟土固結。

（1）墊層厚度

根據下臥土層的承載力或置換軟弱土的深度而定，需具備如下關系：

式中pz為墊層底面的附加壓力設計值；pcz、fz分別為墊層底面土的自重壓力標準值、地基承載力設計值。

按如下公式計算，確定pz的值。

條形基礎：

矩形基礎：

式中b為基礎底寬；p為基礎底面壓力設計值；pc為基礎底面土的自重壓力標準值；z為墊層厚度；θ為墊層的壓力擴散角；I為矩形基礎底面的長度。地基換填加固的可選材料豐富，各自的指標控制要求不同，具體如表1所示。

表1 換填材料選值

需注意的是，墊層厚度以0.5m～3m為宜，具體根據工程條件和地基換填加固要求在此區間內合理取值；z/b＜0.25時，θ=0；z/b值介于0.25～0.5時，可內插。

根據基礎底面應力擴散要求控制墊層底面的寬度（b'），計算方法如下：

墊層頂部邊緣屬于薄弱部位，要求每邊超出基礎底邊至少300mm，對此部分充分夯實后可提高密實性；或從墊層底面兩側向上有序施工，應適當放坡，維持基坑邊坡的穩定性。

（2）墊層承載力

在現場組織荷載試驗，根據試驗結果確定適宜的墊層承載力控制值。

（3）變形計算

墊層下存在軟弱下臥層，需安排地基變形計算。對于重要的建筑物，除了做好該項工作外，還需驗算墊層及下方軟土的壓縮量，常見計算方法為附加應力法或分層總和法。砂墊層施工材料的選取遵循就近取材的原則，應用效果較好的有中砂、粗砂或礫砂，質地堅硬、級配良好，含泥量不超過3%，必要時向砂墊層摻入適量卵石或碎石。墊層施工分層進行，每層厚度控制在20cm～30cm，逐層填筑、壓實，壓實過程中適當灑水，從而提高墊層填筑材料的密實度。壓實方法包含夯實法、碾壓法、插振法、平振法等。

4 換填施工工藝分析

4.1 施工工藝流程

施工準備（例如選取質量達標的砂卵石）→分層填筑→灑水→壓實→找平→質量檢驗。

4.2 施工要點

回填材料采用砂和卵石，用量各占一半；級配砂石保持干凈，不存在樹葉、草根及其他雜物；砂以中粗砂為宜，級配良好，質地堅硬。

在施工現場設置標高樁或水平標準木樁，作為鋪筑厚度控制的參照基準，也可在槽坑邊坡測放水平標高線。基坑底面地下水位較高時，降低地下水或采取降排水措施，使基坑保持無水狀態。墊層鋪設前安排基坑的檢驗，清理坑底的淤泥、浮土等不利于施工的物質，兩側形成適宜的坡度，以便維持坑壁的穩定性。墊層底面標高不一致時，采取斜坡搭接的方法，或將土面開挖成階梯狀，加強對搭接部位的夯實，提高密實性。在分層鋪筑的施工方式下，接頭階梯形搭接，或設置斜坡，相鄰兩層錯開0.5m～1.0m。

墊層鋪設時加強防護，避免側壁的軟弱土層或墊層下臥層受到擾動。墊層分層施工，逐層鋪設、夯實，為控制每層的鋪設厚度，在基坑內預先設置5m×5m 的網格標樁，作為鋪設厚度控制時的參照基準。墊層鋪設現場為飽和的軟弱地基或地下水位較高時，對基坑內部及外側四周排水，以免砂在水的侵蝕下流失；也可降低地下水位，直至穩定在基坑底500mm 以下的位置為止。級配砂石的含水量是影響振動碾壓效果的關鍵因素，在碾壓前檢測含水量，根據檢測結果靈活調控，直至含水量穩定在8%～12%為止。

在本工程的地基換填施工中，填筑、碾壓采用分層的方法，換填厚度每達到200mm 時組織一次夯實。換填寬度為基礎外邊500mm，使邊緣部分在經過夯實后也具有穩定性，夯實系數超過0.97。機械施工方式的效率較高，但可能破壞基坑周邊土體的穩定性，因此，機械設備操作人員嚴格聽從指揮，規范操作。壓實進入最后一層時，表面拉線找平，嚴格控制標高。逐層采取質量控制措施，各層的厚度和壓實度均要滿足要求，否則不可進行后一層的施工。

4.3 現場防護

砂卵石回填時加強對標準高程樁和軸線樁的防護，避免失穩、位移、受損，施工期間定期復測，及時糾正偏差；地基換填施工需具有全面性，不遺漏任何一處；邊坡在施工全程均要維持穩定；由于工期緊張而在夜間施工時，加強現場安全管理，為施工現場配備足量的照明設施；級配砂石墊層施工完成后，根據工程施工計劃盡快組織上部的施工，若中途間歇，需定期、定量灑水潤濕。

4.4 地基換填常見質量問題及預防措施

（1）大面積下沉：關鍵原因在于分層填筑厚度過大、局部碾壓不充分、碾壓過程中灑水工作未落實到位。嚴格依據規范進行施工，控制分層填筑厚度、碾壓遍數等關鍵參數。

（2）局部下沉：轉角和邊緣部位未得到充分振搗，留接槎的區域由于搭接不合理或振搗不到位而松散。施工人員需認識到邊角部位的薄弱性，加強振搗。

（3）級配不良：由專員管控材料的質量，發現砂窩、石堆等問題后隨即處理。

（4）密實度不達標：遵循分層施工的原則，逐層檢查密實度，在保證本層施工質量無誤后方可安排后一層的施工，以此類推。同時，各層的干砂質量密度需得到控制。

（5）砂石地基分布在地下水位以下的區域時，要求最底層厚度較之于其他層增加50mm。

（6）砂石墊層厚度不少于100mm。

4.5 質量檢驗

逐層進行質量檢驗，主要采用灌入法和環刀法。全面分析挖掘強度和施工技術參數，判斷是否滿足工程要求。換填前，規劃施工范圍，清理現場雜物，安排場地平整處理；在場地周邊施作排水溝，加快排水；根據設計圖紙要求測量放樣，加強復核。起重機就位，調整挖錘的姿態，使其對準挖點，精準開挖。施工現場缺乏平整性或存在其他問題時，盡快處理。挖錘重和落距均要合理，以保證順利施工。及時檢查煤機的挖沉量和換填次數，根據此類參數判斷施工質量。各參與人員均保持客觀的態度，不隱瞞質量問題。

5 地基換填加固處理質量控制

5.1 注漿法的應用

向待加固的地基注漿，隨著漿液的固結，提高地基的穩固性。漿液需在特定的壓力下推送到結構裂縫中，填充裂縫并將原本相對分散的部分聯結成完整的整體。對于地基施工中存在的結構裂縫、雨水滲透問題，均可采用注漿法進行處理。為保證注漿效果，嚴格檢驗漿液的質量，深入優化注漿量、注漿速度等關鍵參數，以科學的方法在指定位置注漿。若地基過深，聯合應用堿液、硅化等多種技術處理，防止地基出現傾斜、沉降等異常狀況。

5.2 積水處理

基坑開挖期間可能遇到水位偏高、土壤抗滲透性能差等問題，若未在第一時間采取行之有效的處理措施，將對基坑的穩定性產生危害，出現質量問題甚至安全事故。宜通過排水、水泥攪拌等方法處理積水，營造無水的基坑施工環境。在地基表面安裝擋板，將拌制好的砂漿由擋板與地基縫隙注入，適度壓實，增強施工效果。

6 結語

綜上所述，建筑工程建設中常遇到軟弱地基，此類地基的承載能力有限，地基加固勢在必行。換填法是地基加固中的常見方法，施工期間需要清理特定深度內的軟弱土，換填優質的材料后保證地基具有承載力高、變形小的特點。經過本文有關換填法的分析，提出應用要點及常見問題的處理措施，以供參考。