換填墊層法在渠道淺層軟弱基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用

胡傳鴻

（黔西南州大型灌區(qū)管理局 貴州 興義 562400）

通常采用換填墊層法處理淺層軟弱地基是基于以下情況：建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱，不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對地基承載力的要求。所謂的換填墊層就是指，在建筑物基礎(chǔ)下劃定相應(yīng)的范圍，將這一部分的稀泥、淤泥挖去，再用強度較大的砂、砂石或者是灰土進行填埋，并且分層進行夯實，從而達到設(shè)計的密實要求。換填法一般較適用于淺層地基處理，處理的深度一般在2m～3m的范圍內(nèi)。在飽和軟土上換填砂墊層的過程中，砂墊層會提高地基的承載力，從而可以有效減少沉降量。由此可以看出，換填墊層法具有諸多優(yōu)點，值得推廣。

1 工程實例

魯?shù)A營索土村龍洞河排灌工程，集雨面積3.77km2，河道加權(quán)平均比降0.0158，渠道全長2.82km，渠首位于索土村長沖埡口，河道基本沿東西方向流經(jīng)長沖至河壩消水洞處。從樁號1+480處起沿原廢棄老河道，新建龍洞河排灌渠將每年的洪水引至渠道中于汛期保護周邊農(nóng)田，對30年前大洪水沖毀河堤后形成的新河道進行保留下放生態(tài)水?；謴?fù)改造的排灌渠邊墻采用M7.5漿砌石砌筑、迎水面采用M7.5水泥砂漿勾縫、M10水泥砂漿壓頂，渠底采用碎石墊層及C15混凝土防滲。

2 條件分析及材料的選用

渠道建設(shè)為水利工程的一部分，要求其地基具有一定的承載力和抗?jié)B能力。假如基底土層滲透性較大，在高水頭差的作用下，土中細顆粒容易順著水流被帶走，從而形成滲漏通道，會出現(xiàn)管涌等險情，危害了建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定。所以，換填墊層應(yīng)該采用不透水性材料，對于無水頭差的部分可以采用透水性材料。需要注意的是，材料粒徑要適中，如果過小，會產(chǎn)生地震液化。

渠道淺層軟弱基礎(chǔ)處理中常見的換填材料有以下幾種：粉質(zhì)粘土，土中的有機質(zhì)含量要小于5%，且其中不能含有凍土、膨脹土以及大塊的瓦片或者碎石等雜物；灰土，石灰和土的體積比應(yīng)該采用新鮮的消石灰，其粒徑不能大于5mm，粉質(zhì)粘土的粒徑不能大于15mm，且其中不能含有松軟雜物；粉煤灰，粉煤灰墊層和建筑物之間可增加0.3m～0.5m厚度的粘性土褥墊層；水泥土，為了增加墊層土粒間的凝聚力，提高墊層的性能，需要向其添加一定量的水泥，將其作為主要固化劑，其摻入量一般在8%～15%。

根據(jù)上述工程的現(xiàn)場實際情況，本著節(jié)省投資，就近取材，加快施工進度的目的，基礎(chǔ)換填材料選擇使用的是水泥土。

3 地基計算

根據(jù)上述工程的荷載來計算基底的壓力，如果大于經(jīng)深度修改之后的地基承載力之后，需要對其進行加固處理?；A(chǔ)處理需要根據(jù)工程的地層條件、地下水位以及節(jié)約投資等因素采用不同的處理方法。而渠道軟弱基礎(chǔ)通常采用的都是復(fù)合地基或者是樁基礎(chǔ)，對于淺層軟弱（厚小于3m）的地基來說，為了降低施工成本，都會采用換填墊層法。換填墊層設(shè)計需要滿足一定的要求，如承載力和變形壓球，而墊層能置換基礎(chǔ)下直接承受水工建筑基底壓力的軟弱土層，荷載通過墊層的應(yīng)力擴張，會使得下臥層的承載力提高，但作用在墊層底面處的土的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力之和不能大于軟弱土層的承載力特征，并且符合下式的要求。

式中，Pz——墊層底面處的附加應(yīng)力；

Pcz——墊層底面處土的自重壓力；

faz——墊層底面處土層經(jīng)深度修正后的承載力特征值

圖1 墊層厚度

首先，需要根據(jù)該工程的詳細土質(zhì)資料選擇墊層厚度，如圖1所示。1層回填土的厚度平均值為1.5m，全部挖除至2層圓礫，可以先選擇1.5m作為基礎(chǔ)底面下墊層的厚度，通過下列公式進行復(fù)核驗算：

由上述公式可知：Pz+Pcz≤faz，得出：50.1+66.5=116≤207符合要求。

墊層的承載力確定之后，需要再進行現(xiàn)場試驗進行確認，對于安全等級為3級的建筑物或者是小型、沉降要求不高的工程來說，在沒有相關(guān)施工經(jīng)驗或者是地質(zhì)資料的時候，需要根據(jù)不同的壓實系數(shù)，采用以下墊層各項參數(shù)，如表1所示。

圖2 墊層示意圖

表1 換填墊層指標取值表

表2 壓力擴散角θ（°）

墊層底面處的附加壓力值計算如下：

式中，b——矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)底面的寬度（m）；

pk——相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時，基礎(chǔ)底面處的平均值（kPa）；

pc——基礎(chǔ)底面處土的自重壓力值（kPa）；

z——基礎(chǔ)底面下墊層的厚度（m）；

θ——墊層的壓力擴散角（°），可通過試驗確定，如無試驗材料，可參考表2。

4 換填墊層法施工

首先，基坑開挖，在開挖過程中要盡量避免對基底土層的擾動，渠道換填墊層施工之前必須進行降水，保證基坑內(nèi)地下水位下降到設(shè)計墊層底高程以下0.5m。其次，擊實試驗，換填材料必須進行試驗，這樣可以確定土料的最優(yōu)含水量，再進行分層攤鋪，每層攤鋪厚度為0.2m～0.3m，分層碾壓密實，根據(jù)不同的換填材料，壓實度為0.90～0.91；然后，材料的使用，上述工程主要使用的灰土以及水泥土必須當天使用結(jié)束，這樣可以保證材料的性能不受其他因素影響；最后，養(yǎng)護，在水泥土夯壓密實之后3d內(nèi)不能受水浸泡，要保證灰土的固結(jié)強度。另外，在換填墊層施工結(jié)束之后，進行質(zhì)量驗收，驗收合格之后，立刻進行基礎(chǔ)施工和基坑回填。

5 質(zhì)量檢驗

第一，墊層的施工質(zhì)量檢驗。對于砂石墊層可采用重型動力觸探。砂墊層使用的環(huán)刀容積應(yīng)該要大于等于200cm3，徑高比為1∶1，需要減少偶然誤差。第二，現(xiàn)場試驗。在墊層的壓實系數(shù)已經(jīng)達到了設(shè)計要求的情況下，可利用動探、灌入試驗測得貫入深度或者是擊數(shù)，以此作為控制施工壓實系數(shù)的有效依據(jù)。第三，環(huán)刀法。環(huán)刀法的檢驗的首要步驟就是取樣，取樣點應(yīng)該位于每層土厚度的2/3深度。檢驗點的數(shù)量要求為大基坑每50m2～100m2不少于1個檢驗點；基槽每10m～20m不少于1個點；每個獨立基礎(chǔ)不少于1個點。采用貫入儀或者是動探檢驗墊層的施工質(zhì)量，每層檢驗點間距要大于等于4m。

6 結(jié)語

綜上所述，該工程采用塊石墊層是正確的，是在充分考慮了該工程地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上選擇的處理基礎(chǔ)處理方法。在經(jīng)過詳細且繁雜的驗算之后發(fā)現(xiàn)，該施工方法滿足相關(guān)要求。由此也可以看出換填墊層法適用于較為深厚的軟弱土層，而下臥軟弱土層在長時間的外力荷載作用下可能會產(chǎn)生變形。采用墊層置換上層軟土之后，提高了持力層的承載力。需要注意的是，僅僅置換上層軟土并不能完全解決因為深層土質(zhì)軟弱而造成的地基變形量大的結(jié)果。所以，在采用換填墊層法的過程中，需要對建筑體型、荷載分布、結(jié)構(gòu)剛度等等因素作綜合考量。※

[1]郝玉昭.換填墊層法在淺層地基處理中的應(yīng)用[J].中華建設(shè)，2011，（9）：11-12.

[2]蔡勇，穆林.換填墊層法在中小型水利工程淺層地基處理中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2013，（22）：23-24.

[3]徐良.軟弱地基處理中換填法施工技術(shù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2010，（7）：45-46.

[4]楊雅婷，秦志剛，李志云等.淺談?chuàng)Q填灰土墊層法在軟弱地基處理中的應(yīng)用[J].河南建材，2011，（5）；90-91.