公路工程地基處理中換填墊層法的解析

李杰　孫陽

摘要：隨著我國經濟發展速度的逐漸加快，現代化建設的發展進程也得到了較大幅度的提升，使得我國建設也進一步擴大，出現更為嚴格的施工難度，對地基的要求有更為嚴格的要求。通常境況下，無法將建筑物對地基的要求得到滿足的天然地基則稱之為軟弱地基和不良地基。本文則采用換填墊層法對不良地基的處理進行了簡要闡述。

關鍵詞：公路工程；地基處理；換填墊層法

一、有關換填法的簡介

換填法是進行軟弱地基處理的方法之一，又名換土墊層法。本方法適用于淤泥、淤泥質土、濕陷性黃土、素填土、雜填土及暗溝、暗塘等的淺層處理。換填材料可用中（粗）砂，級配良好的砂石、灰土、素土、石屑或煤渣等鞥。換填法的作用，是提高持力層的承載力，改善土的壓縮性，減少地基變形，當軟弱土較薄時，可全部挖出；當軟弱土較厚時，可部分挖出。填土可采用砂、碎石、素土等。現行的設計思路是將換填墊層作為基礎的持力層，利用基層附加力在換填層中向下擴散時應力不斷減少的特點，選擇合適的墊層厚度，以達到軟弱下臥層頂面所受的壓應力不大于其容許應力的目的。

二、換填法的使用范圍

換填法適應與處理淤泥、淤泥質土、濕陷性土、膨脹土、凍脹土、素填土、雜填土及暗溝、古井、古墓等地基處理。處理的方法就是將基礎下的軟弱土、濕陷性土、膨脹土、凍脹土等的一部分或全部挖出，然后換填密度大、強度高、水穩性好的較粗粒徑的材料。換填法多用砂墊層的處理方法，多用于中小型建筑工程，以及溝塘的局部處理。一般飽和的、非飽和的軟弱土的地基處理，不能用于大面積堆載、密集基礎的軟土地基的處理。

三、換填墊層法應用于軟土基的原理分析

（一）換填墊層法的加固機理。

針對一般的土地基，換填墊層主要作用為提高持力層的承載力，減少沉降量以及加速軟弱土層的排水團結。通過挖出原由軟弱土，換填材料密實且透水性好的材料作相應厚度墊層，對天然土層有應力擴散與水分排除作用，可以相應降低其所受應力，加快軟土的固結速度，進而提高地基承載力，減少地基變形量。

針對特殊地區的土地基（如凍土、濕陷性黃土、石芽等），換填墊層主要作用為消除原由土地基的脹縮作用、防止凍脹以及均勻基地反力與沉降。通過官田不凍脹材料或局部補填相應材料，消除原由土地基地的不良性能，改善土地基以符合建筑設計要求，可以有效利用相應土地資源。注意；特殊地區行換填墊層法墊層深度應滿足當地凍結與縮漲深度的要求。

（二）換填墊層的材料選擇。

換填墊層材料選用應堅持因地制宜原則，所選土類須具備無侵蝕性與低壓縮性特點，常見材料有天然廢渣和土工合成材料，天然廢渣包括適用于道路，堆場、小型建筑物的粉煤灰與礦渣，適用于所有基礎建筑項目的砂石，粉質粘土與灰土。其中，選用的礦渣應是基礎建設項目的砂石，粉質粘土與灰土。其中，選用的礦渣應是質地堅硬，穩定性合格且無侵蝕性的中粗砂，且有粘土與有機質含量應小于5﹪，含硫量為0～1.5﹪，鐵礦含量低于小于5﹪，松散密度超過1.1t/rr13等特點；粉質粘土的有機質含量應小于5﹪，碎石粒徑0～5﹪mm、土料粒徑控制在0～15mm，熟石灰粉末質量應符合Ⅲ級以上標準。

墊層中選用土工成材料的目的是提高地基上的抗拉力抗剪度、加強持力層的支撐力度，防止天然墊層被拉斷或剪切破壞，以保證墊層的整體性。采用土工合成材料時應根據設計要求以及地下水的性質以及土工合成材料的工作環境選擇適宜的土工合成材料類型、物力性質和主要的力學性質，確定其在墊層中的鋪層位置與間距、端部的固定方式，進而選擇恰當的填料與施工方法。

（三）換填墊層的設計。

墊層的實際需要考慮墊層的厚度、寬度、地基承載力和沉降量四個參數，具體計算方法如下。墊層的厚度一般在500cm～3m之間，其具體厚度取決與需置換的軟地基與天然土層的承載力；墊層寬度一般需超過300cm，具體寬度下僅要滿足地面具體擴散要求而且需考慮天然土層側面土的強度；通過標準貫入試驗、靜力觸探或取土分析法確定其承載力；針對基礎沉降量的計算，需考慮墊層自身的沉降以及軟弱下臥層的沉降兩方面且以計算后者為主

四、換填墊層法的施工方法

換填墊層法施工的關鍵是加強軟土地地基的密實度，以符合相關的設計要求，常用的方法有機械碾壓法、重錘夯實法和平板振動法三種，具體選擇標準如下：（1）機械碾壓法。適用于粘土為主的置換材料，通過平碾或羊角碾將砂石、素土等填換材料分層鋪筑在坑底且予以逐層壓實，碾壓速度控制在2km/h，碾壓厚度為200mm-300mm；（2）重錘子夯實法。適用于狹窄場地、變角以及接觸帶軟土地基，采用起重機械將夯錘伸到一定高度后自由落錘，以重錘沖擊力夯實天然地基與墊層填土，夯實編數控制在7-11遍；（3）平板振動法。適用于砂土、砂石土、碎石土以及雜填土等置換材料，通過振動壓實機械振實淺層松散土，填換材料含水率為15—20﹪最優。

墊層換填結束后，需對換填土體以及沉降量進行效驗，常見土體檢驗法中，環刀法與標準貫入試驗檢驗粉質粘土、灰土、粉煤灰以及砂石為填充材料的墊層，重型動力觸探多檢驗砂石，礦渣為置換材料墊層。取樣點多選擇每層厚度的2/3深度處，檢驗點數量應控制在10—20m的基槽處有超過一個點且保證每個獨立柱基均有一個點。沉降觀測應貫穿整個施工過程中，以此包成整個施工過程均符合相關指標要求，地基無潛在變形或下降風險。注意：檢驗墊層的施工質量應個分層操作，且每層的壓實系數均需要滿足設計要求。

五、結語

在現代公路工程施工中，換填法地基處理技術作為一種極為有效的技術得到應用。在整個工程中發揮著無法替代的作用。其中換填寫法的用用中，最為重要的則是計算換填墊層的相關參數。通過換填法的運用實現地基的有效處理。

參考文獻：

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