换填垫层技术在地基加固施工中的应用

罗川萍

摘要:换填垫层法因具有就地取材、施工方便、降低造价等优点,得到了较为普遍的应用。文章对换填垫层技术在地基基础加固中的应用进行了探讨。文章认为,换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件,并结合施工机械设备与当地材料来源等进行换填垫层的设计,并分析了如何选择换填材料和夯压施工方法。

关键词:换填垫层法;地基加固;灰土垫层;砂垫层

中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0133-03

当建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,常采用换填土垫层来处理软弱地基。即将基础下一定范围内的土层挖去,然后回填以强度较大的砂、砂石或灰土等,并分层夯实至设计要求的密实程度,作为地基的持力层。换填垫层适于浅层地基处理,处理深度可达2～3米。在饱和软土上换填砂垫层时,砂垫层具有提高地基承载力,减小沉降量,防止冻胀和加速软土排水固结的作用。

一、换填垫层法概述

工程实践表明,在合适的条件下,采用换填垫层法能有效地解决中小型工程的地基处理问题。本法的优点是:可就地取材,施工方便,不需特殊的机械设备,既能缩短工期,又能降低造价,因此,得到较为普遍的应用。

常用的人工地基处理方法有换填垫层法、夯实地基法、挤密桩施工法、深层密实法、预压法、化学加固法等。本文仅对换填垫层法在建筑地基处理中的应用进行分析探讨。

当建筑物基础下的持力层比较软弱,不能满足上部荷载对地基的要求时,常采用换填垫层法。换填垫层法是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去,然后回填强度较高、压缩性较低、并且没有侵蚀性的材料,如中粗砂、碎石或卵石、灰土、素土、石屑、矿渣等,再分层夯实后作为地基的持力层。其作用在于能提高地基的承载力,并通过垫层的应力扩散作用,减少垫层下天然土层所承受的附加压力,减少基础的沉降量。换填垫层按其回填的材料可分为灰土垫层、砂垫层、碎(砂)石垫层等。

二、砂垫层和砂石垫层使用

砂垫层和砂石垫层是将基础下面一定厚度的软弱土层挖除,然后用强度较大的砂或碎石等回填,并经分层夯实至密实,作为地基的持力层。该垫层具有施工工艺简单、工期短、造价低等优点。适用于处理透水性强的软弱黏性土地基,但不宜用于湿陷性黄土地基和不透水的熟性土地基的加固,以免引起地基大量下沉,降低其承载力。

(一)构造要求

砂垫层和砂石垫层的厚度一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不大于同一标高处软弱土层的容许承载力确定。垫层厚度一般为0.5～2.5m,不宜大于3.0m,否则施工比较困难,也不经济;小于0.5m则作用不明显。垫层宽度除应满足应力扩散的要求外,还要根据垫层侧面土的容许承载力来确定,以防止垫层向两侧挤出。砂垫层和砂石垫层宽度的计算,可根据当地某些经验数据或按下式计算确定:

b'≥b+2ztg?兹(1)

式中:b'——垫层底面宽度(m);

b——基础底面宽度(m);

z——基础底面下垫层的厚度(m);

?兹——垫层的压力扩散角。

一般情况下,垫层的宽度应沿基础两边各放坡不少于300mm,或从垫层底面两侧向上按当地经验要求放坡。如果侧面地基土的土质较差,还要适当增加。整片垫层的宽度可根据施工要求适当加宽。

垫层的承载力与换填材料种类有关,一般情况下承载力fk在130～300kPa之间,具体情况必须由现场承载力实验确定,并应验算下卧层的承载力。

(二)施工要点

1.施工前应验槽,先将基底浮土、淤泥、杂物清除干净,基槽(坑)的边坡必须稳定,防止塌方。槽底和两侧如有孔洞、沟、井和墓穴等,应在未做垫层前加以处理。

2.人工级配的砂、石材料,应按级配拌和均匀,再行铺填夯(压)实。

3.砂垫层和砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上,如深度不同时,施工应按先深后浅的程序进行。土面应挖成台阶或斜坡搭接,搭接处应夯压密实。分层分段铺设时,接头应做成斜坡改阶梯形搭接,每层错开0.5～1.0m,并注意充分夯实。

4.采用砂石垫层时,为防止基坑底面的表层软土发生局部破坏,应在基坑底部及四侧先铺一层砂,然后再铺一层碎石垫层。

5.垫层应分层铺设,分层夯(压)实,分层铺设厚度可用基坑内预先安设的5m×5m网格标校控制。垫层的每层铺设厚度、捣实方法可视具体施工条件参照有关施工手册选用。夯实砂垫层应注意不要扰动基坑底部和四侧的土,以免影响和降低地基强度。每铺好一层垫层,经密实度检验合格后方可进行上一层施工。

6.在地下水位高于基坑(槽)底面施工时,应采取排水或降低地下水位的措施,使基坑(槽)保持无积水状态。

7.冬期施工时,不得采用夹有冰块的砂石做垫层,并应采取措施防止砂石内水分冻结。

三、灰土垫层应用

灰土垫层是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去,用按一定体积比配合的石灰和黏性土拌和均匀后在最优含水量情况下分层回填夯实或压实而成。灰土垫层适合于地下水位较低,基槽经常处于较干燥状态下的一般黏性土地基的加固。该垫层具有一定的强度、水稳定性和抗渗性,施工工艺简单,取材容易,费用较低,适用于处理1~4m厚的软弱土层、湿陷性黄土、杂填土等,还可用作结构的辅助防渗层。

(一)构造要求

灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。局部垫层一般设置在矩形(方形)基础或条形基础底面下,每边超出基础底边的宽度应根据侧面土的承载力设计值确定,一般不应小于其厚度的40%,并不得小于0.3m。整片垫层一般设置在整个建筑物(跨度大的工业厂房除外)的平面范围内,每边超出建筑物外墙基础边缘的宽度不应小于垫层的厚度,并不得小于2m。灰土垫层厚度确定原则同砂垫层;垫层宽度一般为灰土顶面基础砌体宽度加2.5倍灰土厚度之和。

(二)施工要点

1.施工前应验槽,将积水、淤泥清净,夯实两退,待其干燥后,方可铺灰土。

2.灰土施工时,多用人工翻拌,不少于3遍,应拌和均匀,颜色一致,并应适当控制其含水量,现场以用手紧握土料成团,两指轻捏能碎为宜。当土料水分过多或不足时,可以晾干或洒水润湿。灰土拌好后及时铺好夯实,要求随拌随用。

3.铺土应分层进行,每层铺土厚度可参照有关规范,由槽(坑)壁上预没标志控制。每层灰土的夯打遍数,应根据设计要求的干密度在现场试验确定,一般夯打(或碾压)不少于4遍。

4.灰土分段施工时,不得在墙角、柱墩及承重窗间墙下接缝,上下相邻两层灰土的接缝间距不得小于0.5m,接缝处的灰土应充分夯实。当灰土垫层地基高度不同时,应做成阶梯形,每阶宽度不少于0.5m。

5.在地下水位以下的基槽、坑内施工时,应采取排水措施,使在无水状态下施工。入槽的灰土,不得隔日夯打,夯实后的灰土3d内不得被水浸泡。

6.灰土打完后,应及时进行基础施工和回填土,否则要做临时遮盖,防止日晒雨淋。夯打完毕或尚未夯实的灰土,如遭受雨淋浸泡,则应将积水及松软灰土除去并补填夯实。稍受浸湿的灰土,应在晾干后再夯实。

7.冬期施工,必须在基层不冻的状态下进行,不得采用冻土或夹有冻土的土料,并应采取有效的防冻措施。

四、结语

换填垫层技术适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。但在用于消除黄土湿陷性时,尚应符合国家现行标准《湿陷性黄土地区建筑规范》中的有关规定。在采用大面积填土作为建筑地基时,应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定。换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件,并结合施工机械设备与当地材料来源等综合分析,进行换填垫层的设计,选择换填材料和夯压施工方法。

参考文献

[1]马楚城.换填法在基础处理技术中的应用[J].西部探矿工程,2004,(10).

[2]吴海宝.换填法建筑地基处理的工程实录[J].有色冶金设计与研究,2004,(3).

[3]刘巍,王青娟.换填法地基处理相关问题讨论[J].矿山机械,1999,(12).

[4]付志俊.片石碎石垫层在高地下水位地基处理中的应用[J].西山科技,2001,(S1).