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[摘 要]本文分析了换填垫层法的基本原理，阐述了换填垫层法的施工及垫层材料的选择，并提出了垫层施工技术的处理措施。
[关键词]换填垫层法 软土地基 处理措施
中图分类号：IDl88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0321-01
1、换填垫层法设计的基本原理
换土垫层法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，作为持力层，以达到增强承载力、减小地基沉降量的目的。垫层所起作用主要有：
1.1 提高地基承载力承载力与地基下土层的抗剪强度有关，砂、碎石等填筑材料抗剪强度较软弱土层高， 因此可提高地基承载力；
1.2 减小沉降量一般来说，地基中浅层部分的沉降量占总沉降量的比重较大，换填后可减小这部分的沉降，另外由于换填材料对应力的扩散作用，可以使作用在下卧层的压力减小， 从而减少下卧层的沉降；
1.3 加速软弱土层的排水固结不透水基础或透水性差的路堤直接与软弱土层相接触，在荷载作用下，使软弱土层不易固结，形成较大的孔隙水压力，这可能导致由于地基强度降低而发生塑性破坏的危险，而砂石等垫层材料透水性大、排水良好，可迅速消散孔隙水压力，加速其下软弱土层的固结和强度的提高；
1.4 防止冻涨由于粗颗粒垫层孔隙率大，不易产生毛细管现象， 因此可以防止寒冷地区地基土发生冻胀现象， 此时砂垫层底面应满足当地冻结深度的要求；
1.5 消除膨胀土的胀缩作用在各类工程中，垫层所起的主要作用各有不同，对膨胀土地基而言其主要作用在于消除膨胀土的胀缩作用。换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。
2、换填垫层法的施工
换填垫层法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度。压实的方法常用的有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。这些方法要求垫层材料分层铺设，然后逐层振密或压实。
2.1 机械碾压法。机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数λc与施工含水量进行控制。
2.2 重锤夯实法。重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m 以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。重锤夯实法的主要设备为起重机械、夯锤、钢丝绳和吊钩等。当直接用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起重能力一般应大于锤重的三倍。采用脱钩夯锤时，起重能力应大于夯锤重量的1.5 倍。夯锤宜采用圆台形，锤重宜大于2t，锤底面单位静压力宜为15～20kPa。夯锤落距宜大于4m。
2.3 平板振动法。平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1mim 以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为1.2～1.5m。振实范围应从基础边缘放出0.6m 左右， 先振基槽两边， 后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。
3、垫层材料选择
3.1 砂石。应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3%，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30%～50%的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。
3.2 粘土（均质土）。土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。
3.3 灰土。体积比宜为2：8 或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4 的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。
3.4 素土。素土土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。
3.5 粉煤灰。可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土30～0cm。
3.6 干渣。干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用8～40mm 与40～60mm 的分级干渣，或0～60mm 的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm 或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。用于垫层的干渣技术条件应符合下列规定：稳定性合格；松散密度不小于1.1t/m3；泥土与有机质含量不大于5%。对于一般场地平整，干渣质量可不受上述指标限制。
4、垫层施工技术处理措施
当地基表层具有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能承受一般运输机械时，一般采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能承受施工人员和轻型运输工具。工程上常采用如下措施：
4.1 地基表面铺荆笆。搭接处用铅丝绑扎，以承受垫层等荷载引起的拉力；搭接长度取决于地基土的性质，一般搭接长为20cm。当采用两层荆笆时，应将搭接处错开，错开距离以搭缝之间间距的一半为宜。
4.2 表面铺设塑料编织网或尼龙纺织网，纺织网上再做砂垫层。表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再鋪排水垫层。以上软地基的常用施工方法，可单一使用，也可混合使用，还可根据当地材料来源，选择具有一定抗拉强度、断面小的材料。但应注意：饱水后材料要有足够的抗压强度。当被加固地基处在边坡位置或将来有水平力作用时，由于材料腐烂而形成软弱夹层，易给加固后地基的稳定性带来潜在影响。尽管对超软路基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，不能承受一般轻型机械，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设，常用的有两种方式：用人力手推车运砂铺设和用轻型小翻斗车铺垫；也可以将砂料运送到施工沿线两侧，用轻型推土机或皮带运输机运至路基，辅以人工找平。无论采用何种施工方法，在排水垫层的施工过程中，都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。
5、结束语
地基处理措施应该根据工程场地软土地基的土的性质采用合适的处理方案，可以到达良好的处理效果和经济效果，软土地基的处理质量是保证道路建成后安全、高效运营的关键，也直接影响到地基的基础承栽力。
参考文献
[1] 徐至钧.建筑地基处理技术丛书：软土地基和预压法地基处理[M].机械工业出版社，2005.
[2] 王晓谋，袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M]. 人民交通出版社，2001.
[3] 李彰明，软土地基加固的理论、设计与施工[M]，北京：中国电力出版社，2006.
[关键词]换填垫层法 软土地基 处理措施
中图分类号：IDl88 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0321-01
1、换填垫层法设计的基本原理
换土垫层法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，作为持力层，以达到增强承载力、减小地基沉降量的目的。垫层所起作用主要有：
1.1 提高地基承载力承载力与地基下土层的抗剪强度有关，砂、碎石等填筑材料抗剪强度较软弱土层高， 因此可提高地基承载力；
1.2 减小沉降量一般来说，地基中浅层部分的沉降量占总沉降量的比重较大，换填后可减小这部分的沉降，另外由于换填材料对应力的扩散作用，可以使作用在下卧层的压力减小， 从而减少下卧层的沉降；
1.3 加速软弱土层的排水固结不透水基础或透水性差的路堤直接与软弱土层相接触，在荷载作用下，使软弱土层不易固结，形成较大的孔隙水压力，这可能导致由于地基强度降低而发生塑性破坏的危险，而砂石等垫层材料透水性大、排水良好，可迅速消散孔隙水压力，加速其下软弱土层的固结和强度的提高；
1.4 防止冻涨由于粗颗粒垫层孔隙率大，不易产生毛细管现象， 因此可以防止寒冷地区地基土发生冻胀现象， 此时砂垫层底面应满足当地冻结深度的要求；
1.5 消除膨胀土的胀缩作用在各类工程中，垫层所起的主要作用各有不同，对膨胀土地基而言其主要作用在于消除膨胀土的胀缩作用。换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。
2、换填垫层法的施工
换填垫层法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度。压实的方法常用的有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。这些方法要求垫层材料分层铺设，然后逐层振密或压实。
2.1 机械碾压法。机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土。此法常用于基坑底面积宽大开挖土方量较大的工程。工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数λc与施工含水量进行控制。
2.2 重锤夯实法。重锤夯实法是用起重机将夯锤提升到某一高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。重锤夯实法一般适用于地下水位距地表0.8m 以上稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土。重锤夯实法的主要设备为起重机械、夯锤、钢丝绳和吊钩等。当直接用钢丝绳悬吊夯锤时，吊车的起重能力一般应大于锤重的三倍。采用脱钩夯锤时，起重能力应大于夯锤重量的1.5 倍。夯锤宜采用圆台形，锤重宜大于2t，锤底面单位静压力宜为15～20kPa。夯锤落距宜大于4m。
2.3 平板振动法。平板振动法是使用振动压实机来处理无粘性土或粘粒含量少、透水性较好的松散杂填土地基的一种方法。振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步压实的作用。为此，需要施工前进行试振，得出稳定下沉量和时间的关系。对主要由炉渣、碎砖、瓦块组成的建筑垃圾，振动时间约在1mim 以上；对含炉灰等细粒填土，振动时间约为3～5mim，有效振实深度为1.2～1.5m。振实范围应从基础边缘放出0.6m 左右， 先振基槽两边， 后振中间，其振动的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。振实后地基承载力宜通过现场载荷试验确定。一般经振实的杂填土地基承载力可达100～120kPa。
3、垫层材料选择
3.1 砂石。应选用级配良好的中粗砂，含泥量不超过3%，并应除去树皮、草皮等杂质。若用细砂，应掺入30%～50%的碎石，碎石最大粒径不宜大于50mm。
3.2 粘土（均质土）。土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。
3.3 灰土。体积比宜为2：8 或3：7。土料宜用粘性土及塑性指数大于4 的粉土，不得含有松软杂质，并应过筛，其颗粒不得大于15mm。石灰宜用新鲜的消石灰，其颗粒不得大于5mm。
3.4 素土。素土土料中有机质含量不得超过5%，亦不得含有冻土或膨胀土，不得夹有砖、瓦和石块等渗水材料，碎石粒径不得大于50mm。
3.5 粉煤灰。可分为湿排灰和调湿灰。可用于道路、堆场和中、小型建筑、构筑物换填垫层。粉煤灰垫层上宜覆土30～0cm。
3.6 干渣。干渣垫层材料可根据工程的具体条件选用分级干渣、混合干渣或原状干渣。小面积垫层一般用8～40mm 与40～60mm 的分级干渣，或0～60mm 的混合干渣；大面积铺垫时，可采用混合干渣或原状干渣，原状干渣最大粒径不大于200mm 或不大于碾压分层虚铺厚度的2/3。用于垫层的干渣技术条件应符合下列规定：稳定性合格；松散密度不小于1.1t/m3；泥土与有机质含量不大于5%。对于一般场地平整，干渣质量可不受上述指标限制。
4、垫层施工技术处理措施
当地基表层具有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能承受一般运输机械时，一般采用机械分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能承受施工人员和轻型运输工具。工程上常采用如下措施：
4.1 地基表面铺荆笆。搭接处用铅丝绑扎，以承受垫层等荷载引起的拉力；搭接长度取决于地基土的性质，一般搭接长为20cm。当采用两层荆笆时，应将搭接处错开，错开距离以搭缝之间间距的一半为宜。
4.2 表面铺设塑料编织网或尼龙纺织网，纺织网上再做砂垫层。表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再鋪排水垫层。以上软地基的常用施工方法，可单一使用，也可混合使用，还可根据当地材料来源，选择具有一定抗拉强度、断面小的材料。但应注意：饱水后材料要有足够的抗压强度。当被加固地基处在边坡位置或将来有水平力作用时，由于材料腐烂而形成软弱夹层，易给加固后地基的稳定性带来潜在影响。尽管对超软路基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，不能承受一般轻型机械，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设，常用的有两种方式：用人力手推车运砂铺设和用轻型小翻斗车铺垫；也可以将砂料运送到施工沿线两侧，用轻型推土机或皮带运输机运至路基，辅以人工找平。无论采用何种施工方法，在排水垫层的施工过程中，都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。
5、结束语
地基处理措施应该根据工程场地软土地基的土的性质采用合适的处理方案，可以到达良好的处理效果和经济效果，软土地基的处理质量是保证道路建成后安全、高效运营的关键，也直接影响到地基的基础承栽力。
参考文献
[1] 徐至钧.建筑地基处理技术丛书：软土地基和预压法地基处理[M].机械工业出版社，2005.
[2] 王晓谋，袁怀宇.高等级公路软土地基路堤设计与施工技术[M]. 人民交通出版社，2001.
[3] 李彰明，软土地基加固的理论、设计与施工[M]，北京：中国电力出版社，2006.