建筑工程施工中的换填法地基加固技术

王继平

（山西三建集团有限公司，山西 长治 046011）

0 引言

在建筑工程项目领域中使用地基加固处理技术以后，快速的提升了地基的处理效果，并使得建筑工程项目整体的稳定性得到了显著的提高。在软弱地基处理的过程中，使用的处理方法比较简单，对地基加固施工技术的研究比较浅显，使得先进的施工技术很难发挥出应有的作用。进入新时代以后，地基施工技术的发展速度越来越快，使用地基换填加固施工技术后，通过对施工工序的合理选择，实现了对工程项目施工技术要点和施工步骤的不断明确，显著的提升了软土地基的处理能力，为建筑施工企业的快速发展提供了保障。

1 建筑地基加固概述

1.1 地基处理的重要意义

房屋建筑工程项目在处理地基时，要以相关的施工标准为依据，假如地基处理的技术不能满足设计的标准，就会使得房屋建筑工程项目出现坍塌、裂缝、下沉和倾斜等风险问题，给房屋使用者的人身和财产安全造成了严重的负面影响。在处理地基时，要重点考核动力特征、沉降量和抗剪强度等指标信息，使得地基的强度能够满足房屋建筑工程项目验收的各项标准。

（1）抗剪强度。房屋建筑地基的抗剪强度存在着一定的差别，假如房屋建筑工程项目的建筑荷载比较大，在出现荷载偏移的问题以后，地基抗剪能力就会随之变弱，使得建筑物出现倾斜的情况，给建筑物整体的稳定性造成了不良的影响。在处理房屋建筑工程的地基时，要对抗剪强度进行不断地提升。

（2）沉降量控制。房屋建筑具有一定的荷载重量存在，特别是对于高层建筑来说，地基沉降量会出现随之增加的情况，假如沉降量不均匀，房屋建筑出现倾斜的情况以后，就会破坏建筑物的整体性能。在处理地基时，要选择使用科学的处理方法，对沉降量进行严格的控制，使其满足相关标准的要求。

（3）地基动力特点。地基动力特点主要表现为抗震效果，将地震给建筑物造成的副作用控制到最低，使得建筑物的安全性得到不断地提升[1]。

1.2 地基换填加固处理技术

在房屋建筑领域中，高层建筑的施工技术要求比较高，在加固处理地基时，需要对建筑物地基的承载能力给予重点的关注。在处理高层建筑地基时，要合理的选择施工技术，对地层结构和地基土质做到详细的分析，并做好建筑物地层水文条件的勘查工作，搜集大量的参数信息，使用现代化的技术手段进行分析，使得影响地基稳定性的因素得到明确，选择使用最科学的换填法来处理地基。①将原有承载力比较差的软土地基全部剔除干净，使用台阶法完成挖掘施工任务，并采取有效的措施压实地基。②在填充剔除软土位置的地基时，选择使用的填充材料一定要满足承载的要求。换填施工时，使用台阶式分层填充的方式完成相关的施工任务。③换填施工时，要压实新填充的混凝土材料，回填物质的性能要达到房屋建筑工程项目的各项要求。

2 工程概况

房屋建筑工程项目的基础类型为条形，基础埋深能够达到2m 以上，建筑层数为6 层，以砖混结构为主。分析地质勘查材料发现，现场地质以卵石层、中砂层、粉土、黏土、素填土和耕土等为主。天然地基的承载能力比较差，不具备持力层的作用。

3 地基处理中换填法所需施工材料

（1）砂石。砂石的级配良好、质地比较坚硬，含泥量保持在5%以内，不会有植物质残体和垃圾存在。使用粉细砂换填地基时，将最大粒径的卵石和碎石掺加在其中，掺加的比例设置为30%。

（2）素土。素土的主要类型包括膨胀土和无冻土，有机质含量要保持在5%以内。素土中包含的碎石粒径要保持在50mm 以内。如果施工现场的地基以湿陷性黄土地基为主，不仅要对碎石的粒径进行合理的控制，还要控制好素土中不能有渗水材料存在。

（3）灰土。新鲜的消石灰是灰土的主要构成成分，粒径保持在5mm 以内。

（4）粉煤灰。干排的低钙灰是粉煤灰的主要成分，做好粉煤灰含水量的控制工作，在转运施工时，含水量要保持在25%以内[2]。

（5）干渣。在地基换填施工时，干渣的常见类型有混合干渣、分级干渣和原状干渣等，要结合地基的具体施工情况来合理选择干渣类型。

4 地基加固中换填法的设计理念

浅层软土和不均匀地基的稳定性比较差，需要使用换填的方法进行处理，对承载性能比较差的软土进行确定后，换填施工时，要选择使用优质土石料，在碾压振动和打夯加密处理以后，使得地基的稳定性得到保证。换填法也叫做垫层法，换填使用的垫层厚度要保持在3cm 以内，如果垫层比较厚，需要对工程量进行适当的增加，导致换填施工成本投入不断增加。换填法施工原理如图1 所示。

图1 换填法施工原理

在换填法施工时，对基础底面设计标高以下的软土进行高效的清理，换填施工以分层施工为主，将砂砾料夯实，使得砂砾垫层的受力变得更加稳定，结构性能良好。垫层将基底压力传递到下方，大范围的软土层会受到外力的影响，采取积极的措施对受力条件进行优化升级，使得局部集中受力的情况得到有效的避免。砂砾层下方是软土层时，将其当做下卧层处理，对埋深进行增加，不断地提升承载力，与软土的允许承载力极限值相比较，实际受力压力比较小，受力比较稳定。砂砾施工垫层的压缩不够明显，使基础沉降得到了最大程度的减小。

（1）垫层厚度。结合置换软弱土的深度和下卧图层的承载力来对垫层的厚度进行确定，具体的关系如式（1）所示。

式中：Pz——垫层底面的附加压力设计值；Pcz——垫层底面土的自重压力标准值；fz——地基承载力设计值。

在对Pz的值进行确定时，使用的条形基础和矩形基础公式如式（2）、式（3）所示。

式中：b——基础底宽；P——基础底面压力设计值；Pc——基础底面土的自重压力标准值；z——垫层厚度；θ——垫层的压力扩散角；I——矩形基础底面的长度。换填材料的具体情况如表1 所示。

表1 换填材料选值

垫层的最佳厚度值为3m 左右，要结合地基换填加固要求和工程项目的具体克旗来合理的取值。

以基础底面应力扩散要求为依据，对垫层底面的宽度（b＇）进行合理的控制，具体的计算方法如式（4）所示。

垫层顶部边缘位置比较薄弱，每边比基础底边超出的长度要达到3m 左右，在夯实以后，其密实性会发生根本性的提升。

（2）垫层承载力。在施工现场完成荷载试验工作，以试验结果为依据，对垫层承载力控制值进行合理的选择[3]。

（3）计算变形。软弱下卧层处于垫层下部，要及时开展地基变形计算工作。对于重要的建筑物来说，不仅要对地基变形进行准确的计算，还要对下方软土和垫层的压缩量进行验算，经常使用的计算方法有分层总和法、附加应力法等。在选择垫层施工材料时，要遵循就近施工原则，选择使用砂砾、粗砂和中砂等质地坚硬、级配良好的材料，其含泥量要保持在3%以内。在垫层分层施工的过程中，每层厚度要保持在30cm 左右，逐层压实，压实施工时，要及时的洒水湿润，使得垫层填筑材料的密实度得到不断地提升。

5 换填施工工艺

5.1 施工工艺流程

施工工艺流程如下：施工准备→分层填筑→洒水→压实→找平→质量检验。

5.2 施工要点

回填施工材料以卵石和砂为主，其占比为1:1，级配砂石要确保干净，不能有任何的杂质存在；砂以中粗砂的施工效果最佳，地质也比较坚硬。

在铺设垫层时，要及时做好防护工作，防止给垫层下卧层或者是侧壁的软弱土层造成任何的不良影响。垫层施工要以分层施工为主，要逐层完成夯实和铺设施工任务，对每层的铺设厚度进行严格的管控，将网格标桩设置在基坑内，为后续的铺设施工厚度做好铺垫。垫层铺设施工现场，如果地下水位比较高或者是有饱和软弱地基存在，要及时开展基坑外侧四周和基坑内部排水工作，防止在水的侵蚀下，砂出现大量的流失。在对地下水水位进行降低时，其最佳的位置为基坑底部500mm 以内的位置处。振动碾压施工的效果受级配砂石含水量的直接影响，在碾压施工以前，对含水量进行认真的检测，以检测结果为依据做好调整工作，最佳含水量要保持在11%左右。在地基换填施工的过程中，碾压和填筑施工要以分层施工为主，换填厚度达到2m时，就要夯实施工一次。换填施工的宽度为基础外边5m 左右，使得边缘部位在夯实以后，其稳定性得到不断地提升，夯实系数要保持在0.98 左右。机械施工法的工作效率比较高，会给基坑四周的土体稳定性造成不同程度的影响，所以，在机械设备操作时，要听从施工现场人员的指挥，严格按照相关的标准执行操作。压实施工达到最后一层时，使用拉线的方式找平地面，并对标高给予严格的管控[4]。

5.3 现场防护

在回填砂卵石时，要采取积极的措施防护轴线桩和标准高程桩，将位移、失稳等问题控制到最低，在施工时，要定期组织开展复测工作，对存在的偏差进行及时的纠正。在地基换填施工时，要体现出全面性的特点，不能有任何遗漏的问题存在。在边坡施工的整个过程中，要对其稳定性给予足够的重视，受施工工期比较紧和夜间施工的影响，要对施工现场做好安全管理工作，施工现场的照明设备要准备充足，从而使所有的施工任务能够得以高效的完成。

5.4 地基换填常见问题与预防措施

（1）大面积下沉。出现大面积下沉问题的主要原因为分层填筑施工的厚度比较大，局部碾压施工不到位，或在碾压施工时，洒水工作没有落实到实处。要以相关的要求为依据，对分层填筑施工厚度和碾压遍数等参数做到全面的掌控。

（2）局部下沉。边缘位置和转角振捣不到位，留接茬的施工位置会因振捣施工不到位或者是搭接不合理等原因的影响而出现松散的情况。

（3）级配不良。安排专人对施工材料质量进行严格监管，如果有石堆、砂窝等情况出现以后，要立即采取措施予以处理。

（4）密实度不合格。在施工时，遵循的主要原则为分层施工，并做好逐层检查工作，在确保本层施工质量达标的情况下，将后续施工任务安排好。

（5）如果砂石地基的具体位置为地下水位以下，最底层厚度要比其他层厚度厚5cm。

（6）砂石垫层的厚度要保持在1m 以上[5]。

5.5 质量检验

逐层开展施工质量检查工作，使用的主要方法为环刀法和灌入法。对施工技术参数和挖掘施工强度做到全面的掌握，确保其满足施工建设的各项要求。在换填施工以前，对施工范围进行准确的划分，将施工现场的所有杂质全部清理干净，做好场地平整作业。在场地四周将排水沟设置好，使得积水问题得到及时的排除干净。以设计图纸信息为依据，做好测量放样工作，并及时的复核。起重机就位以后，对挖锤的姿态进行及时的调整，与准挖点保持对齐，实现精准挖掘施工。

6 地基换填加固处理质量控制

6.1 注浆法

在处理等待加固的地基时，要对注浆施工任务给予重点的关注，在浆液固结以后，地基的稳定性就会快速的提升。浆液在特定的压力作用下，向结构裂缝位流动，在裂缝得到填充的同时，也会使分散的结构连接成为一个整体。处理地基施工时出现的裂缝结构时，要使用注浆法对雨水渗透和结构裂缝问题进行高效的解决。做好浆液质量检查工作，对注浆速度、注浆量等关键性参数信息做到不断地升级，使用科学的方式完成指定位置注浆施工任务。

6.2 积水处理

在基坑挖掘施工的过程中，经常会遇到的问题有土壤抗渗透性能差和水位偏高等问题，如果没有及时的采取有效的措施予以解决，就会使得基坑的稳定性受到严重的影响。将挡板安装到地基表面上，将拌制好的浆液从地基与挡板的缝隙位置灌入，并采取有效的措施予以压实处理，从而使施工效果得到不断地增强。

7 结语

房屋建筑工程项目在建设施工时，如果遇到软土地基等地基承载能力比较差的情况后，需要采取积极的措施来对地基进行加固处理。在处理地基时，使用频率最高的方法就是换填法，将特定深度的软弱土清理干净，使用优质的材料换填，从而使地基的变形问题和承载力问题得到高效的解决，显著提升工程项目的地基施工质量。