换填法地基加固施工技术在建筑工程中的应用

刘宁 李金帆 王为辉

摘要：在建筑工程施工时，经常会遇到软弱土地基，需要采取一定的加固措施进行处理。换填法是当前应用较为广泛的一种地基加固技术，具有适用范围大、施工难度小、经济效益高的优势。基于此，本文首先简要介绍了换填法的概念、范围和优势，然后分析了不同换填材料的特性和应用要点，最后叙述了换填法的具体应用流程，希望能够给相关施工人员提供一些有益参考。

关键词：换填法 地基加固 建筑工程 施工技术

中图分类号：TU47

Application of the Foundation Reinforcement Construction Technology of the Replacement Method in Construction Engineering

LIU Ning1  LI Jinfan1  WANG Weihui 2

（1. Huanghe Jiaozuo University;2. Zhengyun Group Co.， Ltd.， Jiaozuo， Henan province，454950 China）

Abstract： During the construction of construction projects， weak land foundations are often encountered， and certain reinforcement measures need to be taken to deal with them. The replacement method is a widely used foundation reinforcement technology at present with the advantages of a large application range， a low construction difficulty and high economic benefits. Based on this， this paper first briefly introduces the concept， scope and advantages of the replacement method， then analyzes the characteristics and application points of different replacement materials， and finally describes the specific application process of the replacement method， hoping to provide some useful references for the relevant construction personnel.

Key Words： Replacement method; Foundation reinforcement; Construction engineering; Construction technology

地基是承载建筑物的基础，地基的稳固与否直接决定了整个建筑物的安全性和稳定性，因此当施工单位遇到荷载力不足的软弱地基时，必须采用一定的地基加固技术进行处理，提升地基的承载力，才能开展后续的施工作业。换填法是当前应用最为广泛的地基加固施工技术之一，具有十分突出的技术优势。加强对换填法的分析和研究能够有力保障施工安全性，提升建筑项目的整体质量。

1换填法地基加固施工技术概述

1.1概念

换填法地基加固技术主要是指在开展建筑施工时，将地基上不适宜施工的软弱土去除并换填强度高、无腐蚀等适宜施工的材料的技术。一般来说，软弱土层由于强度不足、压缩性较大，很可能会影响建筑物的结构稳定性，导致建筑沉降，因此必须进行加固处理。换填法所采用的材料多为砂石、灰土等压缩性能、透水性能较为优良的材料，能够有效提升地基的稳固性和承载力，为后期的建筑施工打好基础。

1.2应用范围

地基加固的方法有很多种，如换填法、预压法、喷射注浆法等，不同的技术各有优劣，所适用的范围也不同。换填法通常适用于对于荷载要求较小的工程项目中的浅层软弱地基，土质类型包括淤泥、素填土、湿陷性黄土、暗塘、暗沟等。一般换填法施工技术的应用深度为0.5～3 m，如果应用过浅将难以达到地基加固的效果，而应用过深则缺乏经济效益，成本投入过大。

1.3技术优势

换填法地基加固施工技术应用广泛，技术优势明显。其应用价值主要表现在4个层面：第一，通过替换软弱土层，能充分发挥换填材料强度高、压缩性能小、透水性好的性能，从而有效提升地基的承载力；第二，换填材料凭借其良好性能，能够充分发挥应力扩散作用，减轻传递至换填垫层之下的应力，大幅降低地基沉降的可能性；第三，换填垫层所用的材料具有良好的透水性，凭借其自重和承载重量，能够辅助软弱土层将孔隙中的积水快速排出，加快了软弱土层的固结速度，提升强度；第四，换填所用材料通常为非冻胀材料，在冬季低温情况下，能够避免地基出现冻胀情况[1]。

在施工层面，换填法的优势主要体现在3个方面：第一，换填法符合绿色施工要求，其所用的材料和工艺不会对周边水源、土壤、大气等环境造成污染，且部分工程项目所使用的换填材料为工业废料，一定程度上实现了资源的重复利用，符合生态效益原则；第二，换填法的施工成本较低，换填材料可以就地取材，有效节约了材料费、机械费和运输费；第三，换填法施工技术难度不高，施工周期短，能够实现对工程周期的良好控制。

2换填法地基加固施工技术的材料和应用要点

2.1灰土材料

灰土是由石灰和土料按照一定比例混合而成，通常为3∶7。其中，土料最好采用施工现场挖出的土壤，粒径在15 mm以内，注意土料的含水量满足施工要求。另外，要避免土料中含有有机杂物、杂质等，因此土料在使用之前需要过筛处理，清除出其中所含杂质。石灰最好采用块灰或新鲜的消石灰（贮藏时间不超过3个月）。在使用之前要做好3～4天的消解和过筛工作，确保石灰粉的粒径在5 mm之内。

施工人员在采用灰土垫层换填时，要做好含水量控制工作，土料和石灰配置完成后进行分层回填时，必须逐层压实，并防止灰土被积水浸泡。一旦在施工过程中遇到降水情况，雨停后要及时处理掉积水和被浸泡的灰土，重新填充干燥灰土。冬季要避免灰土冻实，做到随筛随用。

2.2砂石材料

施工人员采用砂石材料时，必须充分考虑其特点，一般常用的砂石包括卵石、石屑、粗砂、中砂、砾砂等等，部分工程项目还会采用粒状工业废料。砂石材料的应用重点在于颗粒级配，材料粒径的范围通常在2～50 mm之内，最大粒径不能超过垫层高度的2/3。如果项目所在地缺少粗砂、中砂，可以采用粒径小于2 mm的细砂，但比例不能超过45%；若使用粒径在0.075 mm以下的粉细砂时，比例需控制在9%，必须加入至少30%的卵石、石屑等材料以保证其级配[2]。在使用之前，要确保材料中不含杂物和垃圾，如草根、塑料袋等等。需要注意的是，砂石的透水性较强，因此不适用于水分含量高的湿陷性黄土地基。

施工时，砂石垫层的厚度应当在10 cm以上，在进行分层处理时，施工人员逐层进行检查，确保干砂密度符合施工要求；还要重点注意分层压实环节，做好对压实力度的控制以降低对地基的扰动。

2.3粉质黏土材料

在使用粉质黏土材料时，要注意其中的有机杂质的含量，须控制在5%以内。如果粉质黏土中含有石屑，其粒径应当在50 mm以内，避免其中含有冻土块、砖块、瓦片等，含水量不能超过wop 2%。粉质黏土的施工难点在于夯压，因此在使用粉质黏土换填时，最好掺入30%的砂石后使用。压实机具应当采用平碾、振动碾或羊足碾，在应用大型压实机具时，卵石粒径可适当超过50 mm。

2.4矿渣材料

矿渣材料在换填法地基加固中的应用相对较少，主要适用于荷载小的建筑物、道路等地基加固施工，管网施工尽量避免采用矿渣换填。矿渣材料一般指高炉矿渣，所采用的矿渣材料有机质含量控制在5%以内，松散重度应大于11 kN/m?。在分层回填时，每一层的厚度应当控制在35 cm以内。在进行大面积软弱土层换填时，矿渣的粒径要控制在200 mm以内，且不能超过垫层高度的2/3[3]。

在应用时，需要充分考虑矿渣垫层的性能，可在使用前进行测试，确保其稳定性。测试内容主要是矿渣中的氧化钙、硫化亚铁和硫化锰含量，须符合施工要求。

2.5粉煤灰材料

粉煤灰材料通常适用于荷载小的建筑物、堆场、道路等工程的地基加固，其应用优势在于粉煤灰与水发生反应后，其中所含的火山灰能够产生胶凝作用，增强垫层的强度，提升地基的稳定性和抗地震液化能力。在大面积软弱土层中应用粉煤灰进行回填，需要考虑工程所在地的环境条件，降低粉煤灰对自然生态的破坏。

施工时，粉煤灰垫层上需覆盖黏性土，土层厚度应当在30～50cm左右。由于粉煤灰中含有氧化钙等活性物质，因此如果粉煤灰垫层中含有金属构件时，需要对其进行防腐处理。

3换填法地基加固施工技术的施工要点

换填法地基加固施工技术的流程主要包括施工准备测量、软弱土开挖、地基压实处理、垫层换填、垫层压实、质量检测等，在施工过程中要注意做好降排水措施，确保施工效果。

3.1施工准备

在施工准备阶段，施工人员主要需要做好软弱土层挖掘、降排水和基坑清理等工作。施工人员需要明确土方开挖量，以机械挖掘为主、人工清基为辅的挖掘方法进行。采用挖掘机挖掘至基地标高的10～20 cm，之后改用人工挖掘，严格规避超挖的情况[4]。挖掘顺序主要由挖掘长度决定，超过100 m的地基处理可以从两端向中间开挖，100 m以内则从一端挖向另一端。挖出的土方应当运送至弃土场，避免随意弃置。软弱土层处理结束后，需要将基坑底部整理平整，并采用抽水措施将基坑底部的积水排尽。排水施工结束后，需要对基坑底部进行清理，将杂物、垃圾彻底清除干净。

3.2垫层加固、回填及压实施工

垫层的铺设应当分层进行，做好每一层的厚度控制，施工人员可以在基坑内提前做好网格样桩，以此为参照避免厚度铺设不足或超过。每一层铺设完毕后，需要进行夯实或压实，施工单位应当根据所选用的换填材料选择合适的压实手段。当前换填法常用的压实方法主要是机器碾压和重锤压实这两种。机器碾压是利用压路机、推土机等设备进行碾压，施工时设备速度应当控制在2 km/h以内；重锤压实是利用了重锤的自重，通过高处自由落体的方式对土层进行反复夯压，夯压的顺序应当由外向内[5]。总之，不同材料适宜采用不同的方法和机具，例如：灰土换填时可采用柴油打夯机，砂石换填时可采用压路机。夯实碾压是加固垫层的重要步骤，应当按照顺序逐步震动夯实，避免漏震、漏压等情况的出现。施工人员需要注意，尽管机具操作效率高、效果好，但有可能会造成基坑边缘土体不稳等情况，因此必须严格控制机械的力度、速度和操作手法。

当需要加固的地基存在含水量过大、地下水位过高等情况时，应当做好降排水措施，避免水位侵蚀造成换填材料流失等情况。在降低地下水水位时，应当将水位控制在距离基坑底部超过50 cm的位置。基坑壁面和基坑外部的降排水措施同样重要，施工人员要严格执行施工方案中的操作，避免在回填和压实的过程中出现积水倒灌等危险情况。

每一层的施工都要在满足技术规范和要求的前提下，才能进入下一层的施工。在进行最后一层垫层换填和压实时，施工人员要做好表面找平工作，严格控制垫层标高，确保施工处理效果。

3.3施工质量检验

为了确保施工质量，每一层回填和压实结束后，都应当经过质量检验，确认无误后进入后续施工环节。通常对垫层的检验方法是环刀法和贯入法。环刀法是采用环刀压入每一层的2/3处进行取样，然后测定样本的干密度值，测定值不得小于回填材料在中密情况下的数值。贯入法首先需要刮除垫层表面30 mm的砂土，然后用贯入仪插入垫层中，测定贯入度数值，从而评判垫层施工质量[6]。

在进行质量检验时，相关人员要严格遵照检验规范进行，深入分析施工方案中的技术参数，确保符合要求。发现问题后应当及时进行处理，并再次进行检验，保障质量。

3.4换填法应用时的常见问题和质量控制措施

在应用换填法地基加固施工技术时，存在一些常见问题，施工单位要加强质量控制，保障工程项目的可靠性。

3.4.1大面积下沉

一般造成这个问题主要是由于分层回填时厚度超标或者夯实压实不到位等。在实际施工时，应当严格控制分层回填的厚度，并充分做好夯实碾压作业。

3.4.2局部下沉

部分位置振捣不充分可能会导致局部下沉，施工时要注意薄弱位置，如基坑边缘、转角处等，一定要振捣充分，避免这种情况的发生。

3.4.3级配不良

这个问题的出现主要是由于施工材料管理不当造成的，部分材料没有达到施工技术标准，例如粒径过大或过小、含泥量超标等等，对此可以采用人工处理的方式，自行调配施工材料，例如材料粒径过小时，要适当加大卵石、碎石的比重。

3.4.4密实度不足

在开展质量检测的过程中，可能会存在密实度不足的情况，一般是由于材料含水量过大、夯实机具功率不足等原因引起。材料问题可以挖出土层后进行风干处理，或加入吸水性材料降低含水量。机具问题则可以更换大功率机具或增加压实频次。

4结语

综上所述，换填法地基加固施工技术具有适用范围广、施工周期短、成本投入低等突出优势，能够有效处理软弱土层，增强地基的承载力和强度，为建筑工程的安全施工提供可靠保障。适用于换填法的施工材料有很多，施工单位可以根据实际施工需求合理选择，在施工过程中要严格按照施工规范逐层回填、逐层压实，最大程度保障施工质量。

参考文献

[1] 李艳磊，杨浩天，李雨润等.砖渣土压实性及摩擦特性试验研究[J].公路，2021，66（9）：336-341.

[2] 杨柳红.换填法在市政工程软土地基处理中的应用[J].四川水泥，2022（12）：174-176.

[3] 田俊杰.换填法在市政工程软土地基处理中的应用[J].石材，2023（10）：112-114.

[4] 韩红伟.高层建筑地基换填加固处理技术的研究[J].中华建设，2021（8）：132-133.

[5] 魏永宏.换填法地基加固施工技术在建筑工程中的运用分析[J].科技资讯，2022，20（9）：59-61.

[6] 王瑞.季节性冻土地区光伏支架基础优化设计[J].能源与节能，2022（8）：50-52.