換填法地基加固施工技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

劉寧 李金帆 王為輝

摘要：在建筑工程施工時，經(jīng)常會遇到軟弱土地基，需要采取一定的加固措施進(jìn)行處理。換填法是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的一種地基加固技術(shù)，具有適用范圍大、施工難度小、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)勢?；诖?，本文首先簡要介紹了換填法的概念、范圍和優(yōu)勢，然后分析了不同換填材料的特性和應(yīng)用要點(diǎn)，最后敘述了換填法的具體應(yīng)用流程，希望能夠給相關(guān)施工人員提供一些有益參考。

關(guān)鍵詞：換填法?地基加固?建筑工程?施工技術(shù)

中圖分類號：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

地基是承載建筑物的基礎(chǔ)，地基的穩(wěn)固與否直接決定了整個建筑物的安全性和穩(wěn)定性，因此當(dāng)施工單位遇到荷載力不足的軟弱地基時，必須采用一定的地基加固技術(shù)進(jìn)行處理，提升地基的承載力，才能開展后續(xù)的施工作業(yè)。換填法是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的地基加固施工技術(shù)之一，具有十分突出的技術(shù)優(yōu)勢。加強(qiáng)對換填法的分析和研究能夠有力保障施工安全性，提升建筑項(xiàng)目的整體質(zhì)量。

1換填法地基加固施工技術(shù)概述

1.1概念

換填法地基加固技術(shù)主要是指在開展建筑施工時，將地基上不適宜施工的軟弱土去除并換填強(qiáng)度高、無腐蝕等適宜施工的材料的技術(shù)。一般來說，軟弱土層由于強(qiáng)度不足、壓縮性較大，很可能會影響建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致建筑沉降，因此必須進(jìn)行加固處理。換填法所采用的材料多為砂石、灰土等壓縮性能、透水性能較為優(yōu)良的材料，能夠有效提升地基的穩(wěn)固性和承載力，為后期的建筑施工打好基礎(chǔ)。

1.2應(yīng)用范圍

地基加固的方法有很多種，如換填法、預(yù)壓法、噴射注漿法等，不同的技術(shù)各有優(yōu)劣，所適用的范圍也不同。換填法通常適用于對于荷載要求較小的工程項(xiàng)目中的淺層軟弱地基，土質(zhì)類型包括淤泥、素填土、濕陷性黃土、暗塘、暗溝等。一般換填法施工技術(shù)的應(yīng)用深度為0.5～3?m，如果應(yīng)用過淺將難以達(dá)到地基加固的效果，而應(yīng)用過深則缺乏經(jīng)濟(jì)效益，成本投入過大。

1.3技術(shù)優(yōu)勢

換填法地基加固施工技術(shù)應(yīng)用廣泛，技術(shù)優(yōu)勢明顯。其應(yīng)用價值主要表現(xiàn)在4個層面：第一，通過替換軟弱土層，能充分發(fā)揮換填材料強(qiáng)度高、壓縮性能小、透水性好的性能，從而有效提升地基的承載力；第二，換填材料憑借其良好性能，能夠充分發(fā)揮應(yīng)力擴(kuò)散作用，減輕傳遞至換填墊層之下的應(yīng)力，大幅降低地基沉降的可能性；第三，換填墊層所用的材料具有良好的透水性，憑借其自重和承載重量，能夠輔助軟弱土層將孔隙中的積水快速排出，加快了軟弱土層的固結(jié)速度，提升強(qiáng)度；第四，換填所用材料通常為非凍脹材料，在冬季低溫情況下，能夠避免地基出現(xiàn)凍脹情況[1]。

在施工層面，換填法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在3個方面：第一，換填法符合綠色施工要求，其所用的材料和工藝不會對周邊水源、土壤、大氣等環(huán)境造成污染，且部分工程項(xiàng)目所使用的換填材料為工業(yè)廢料，一定程度上實(shí)現(xiàn)了資源的重復(fù)利用，符合生態(tài)效益原則；第二，換填法的施工成本較低，換填材料可以就地取材，有效節(jié)約了材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)和運(yùn)輸費(fèi)；第三，換填法施工技術(shù)難度不高，施工周期短，能夠?qū)崿F(xiàn)對工程周期的良好控制。

2換填法地基加固施工技術(shù)的材料和應(yīng)用要點(diǎn)

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，通常為3∶7。其中，土料最好采用施工現(xiàn)場挖出的土壤，粒徑在15?mm以內(nèi)，注意土料的含水量滿足施工要求。另外，要避免土料中含有有機(jī)雜物、雜質(zhì)等，因此土料在使用之前需要過篩處理，清除出其中所含雜質(zhì)。石灰最好采用塊灰或新鮮的消石灰（貯藏時間不超過3個月）。在使用之前要做好3～4天的消解和過篩工作，確保石灰粉的粒徑在5?mm之內(nèi)。

施工人員在采用灰土墊層換填時，要做好含水量控制工作，土料和石灰配置完成后進(jìn)行分層回填時，必須逐層壓實(shí)，并防止灰土被積水浸泡。一旦在施工過程中遇到降水情況，雨停后要及時處理掉積水和被浸泡的灰土，重新填充干燥灰土。冬季要避免灰土凍實(shí)，做到隨篩隨用。

2.2砂石材料

施工人員采用砂石材料時，必須充分考慮其特點(diǎn)，一般常用的砂石包括卵石、石屑、粗砂、中砂、礫砂等等，部分工程項(xiàng)目還會采用粒狀工業(yè)廢料。砂石材料的應(yīng)用重點(diǎn)在于顆粒級配，材料粒徑的范圍通常在2～50?mm之內(nèi)，最大粒徑不能超過墊層高度的2/3。如果項(xiàng)目所在地缺少粗砂、中砂，可以采用粒徑小于2?mm的細(xì)砂，但比例不能超過45%；若使用粒徑在0.075?mm以下的粉細(xì)砂時，比例需控制在9%，必須加入至少30%的卵石、石屑等材料以保證其級配[2]。在使用之前，要確保材料中不含雜物和垃圾，如草根、塑料袋等等。需要注意的是，砂石的透水性較強(qiáng)，因此不適用于水分含量高的濕陷性黃土地基。

施工時，砂石墊層的厚度應(yīng)當(dāng)在10?cm以上，在進(jìn)行分層處理時，施工人員逐層進(jìn)行檢查，確保干砂密度符合施工要求；還要重點(diǎn)注意分層壓實(shí)環(huán)節(jié)，做好對壓實(shí)力度的控制以降低對地基的擾動。

2.3粉質(zhì)黏土材料

在使用粉質(zhì)黏土材料時，要注意其中的有機(jī)雜質(zhì)的含量，須控制在5%以內(nèi)。如果粉質(zhì)黏土中含有石屑，其粒徑應(yīng)當(dāng)在50?mm以內(nèi)，避免其中含有凍土塊、磚塊、瓦片等，含水量不能超過wop?2%。粉質(zhì)黏土的施工難點(diǎn)在于夯壓，因此在使用粉質(zhì)黏土換填時，最好摻入30%的砂石后使用。壓實(shí)機(jī)具應(yīng)當(dāng)采用平碾、振動碾或羊足碾，在應(yīng)用大型壓實(shí)機(jī)具時，卵石粒徑可適當(dāng)超過50?mm。

2.4礦渣材料

礦渣材料在換填法地基加固中的應(yīng)用相對較少，主要適用于荷載小的建筑物、道路等地基加固施工，管網(wǎng)施工盡量避免采用礦渣換填。礦渣材料一般指高爐礦渣，所采用的礦渣材料有機(jī)質(zhì)含量控制在5%以內(nèi)，松散重度應(yīng)大于11?kN/m?。在分層回填時，每一層的厚度應(yīng)當(dāng)控制在35?cm以內(nèi)。在進(jìn)行大面積軟弱土層換填時，礦渣的粒徑要控制在200?mm以內(nèi)，且不能超過墊層高度的2/3[3]。

在應(yīng)用時，需要充分考慮礦渣墊層的性能，可在使用前進(jìn)行測試，確保其穩(wěn)定性。測試內(nèi)容主要是礦渣中的氧化鈣、硫化亞鐵和硫化錳含量，須符合施工要求。

2.5粉煤灰材料

粉煤灰材料通常適用于荷載小的建筑物、堆場、道路等工程的地基加固，其應(yīng)用優(yōu)勢在于粉煤灰與水發(fā)生反應(yīng)后，其中所含的火山灰能夠產(chǎn)生膠凝作用，增強(qiáng)墊層的強(qiáng)度，提升地基的穩(wěn)定性和抗地震液化能力。在大面積軟弱土層中應(yīng)用粉煤灰進(jìn)行回填，需要考慮工程所在地的環(huán)境條件，降低粉煤灰對自然生態(tài)的破壞。

施工時，粉煤灰墊層上需覆蓋黏性土，土層厚度應(yīng)當(dāng)在30～50cm左右。由于粉煤灰中含有氧化鈣等活性物質(zhì)，因此如果粉煤灰墊層中含有金屬構(gòu)件時，需要對其進(jìn)行防腐處理。

3換填法地基加固施工技術(shù)的施工要點(diǎn)

換填法地基加固施工技術(shù)的流程主要包括施工準(zhǔn)備測量、軟弱土開挖、地基壓實(shí)處理、墊層換填、墊層壓實(shí)、質(zhì)量檢測等，在施工過程中要注意做好降排水措施，確保施工效果。

3.1施工準(zhǔn)備

在施工準(zhǔn)備階段，施工人員主要需要做好軟弱土層挖掘、降排水和基坑清理等工作。施工人員需要明確土方開挖量，以機(jī)械挖掘?yàn)橹鳌⑷斯で寤鶠檩o的挖掘方法進(jìn)行。采用挖掘機(jī)挖掘至基地標(biāo)高的10～20?cm，之后改用人工挖掘，嚴(yán)格規(guī)避超挖的情況[4]。挖掘順序主要由挖掘長度決定，超過100?m的地基處理可以從兩端向中間開挖，100?m以內(nèi)則從一端挖向另一端。挖出的土方應(yīng)當(dāng)運(yùn)送至棄土場，避免隨意棄置。軟弱土層處理結(jié)束后，需要將基坑底部整理平整，并采用抽水措施將基坑底部的積水排盡。排水施工結(jié)束后，需要對基坑底部進(jìn)行清理，將雜物、垃圾徹底清除干凈。

3.2墊層加固、回填及壓實(shí)施工

墊層的鋪設(shè)應(yīng)當(dāng)分層進(jìn)行，做好每一層的厚度控制，施工人員可以在基坑內(nèi)提前做好網(wǎng)格樣樁，以此為參照避免厚度鋪設(shè)不足或超過。每一層鋪設(shè)完畢后，需要進(jìn)行夯實(shí)或壓實(shí)，施工單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)所選用的換填材料選擇合適的壓實(shí)手段。當(dāng)前換填法常用的壓實(shí)方法主要是機(jī)器碾壓和重錘壓實(shí)這兩種。機(jī)器碾壓是利用壓路機(jī)、推土機(jī)等設(shè)備進(jìn)行碾壓，施工時設(shè)備速度應(yīng)當(dāng)控制在2?km/h以內(nèi)；重錘壓實(shí)是利用了重錘的自重，通過高處自由落體的方式對土層進(jìn)行反復(fù)夯壓，夯壓的順序應(yīng)當(dāng)由外向內(nèi)[5]?？傊?，不同材料適宜采用不同的方法和機(jī)具，例如：灰土換填時可采用柴油打夯機(jī)，砂石換填時可采用壓路機(jī)。夯實(shí)碾壓是加固墊層的重要步驟，應(yīng)當(dāng)按照順序逐步震動夯實(shí)，避免漏震、漏壓等情況的出現(xiàn)。施工人員需要注意，盡管機(jī)具操作效率高、效果好，但有可能會造成基坑邊緣土體不穩(wěn)等情況，因此必須嚴(yán)格控制機(jī)械的力度、速度和操作手法。

當(dāng)需要加固的地基存在含水量過大、地下水位過高等情況時，應(yīng)當(dāng)做好降排水措施，避免水位侵蝕造成換填材料流失等情況。在降低地下水水位時，應(yīng)當(dāng)將水位控制在距離基坑底部超過50?cm的位置?；颖诿婧突油獠康慕蹬潘胧┩瑯又匾?，施工人員要嚴(yán)格執(zhí)行施工方案中的操作，避免在回填和壓實(shí)的過程中出現(xiàn)積水倒灌等危險(xiǎn)情況。

每一層的施工都要在滿足技術(shù)規(guī)范和要求的前提下，才能進(jìn)入下一層的施工。在進(jìn)行最后一層墊層換填和壓實(shí)時，施工人員要做好表面找平工作，嚴(yán)格控制墊層標(biāo)高，確保施工處理效果。

3.3施工質(zhì)量檢驗(yàn)

為了確保施工質(zhì)量，每一層回填和壓實(shí)結(jié)束后，都應(yīng)當(dāng)經(jīng)過質(zhì)量檢驗(yàn)，確認(rèn)無誤后進(jìn)入后續(xù)施工環(huán)節(jié)。通常對墊層的檢驗(yàn)方法是環(huán)刀法和貫入法。環(huán)刀法是采用環(huán)刀壓入每一層的2/3處進(jìn)行取樣，然后測定樣本的干密度值，測定值不得小于回填材料在中密情況下的數(shù)值。貫入法首先需要刮除墊層表面30?mm的砂土，然后用貫入儀插入墊層中，測定貫入度數(shù)值，從而評判墊層施工質(zhì)量[6]。

在進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)時，相關(guān)人員要嚴(yán)格遵照檢驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行，深入分析施工方案中的技術(shù)參數(shù)，確保符合要求。發(fā)現(xiàn)問題后應(yīng)當(dāng)及時進(jìn)行處理，并再次進(jìn)行檢驗(yàn)，保障質(zhì)量。

3.4換填法應(yīng)用時的常見問題和質(zhì)量控制措施

在應(yīng)用換填法地基加固施工技術(shù)時，存在一些常見問題，施工單位要加強(qiáng)質(zhì)量控制，保障工程項(xiàng)目的可靠性。

3.4.1大面積下沉

一般造成這個問題主要是由于分層回填時厚度超標(biāo)或者夯實(shí)壓實(shí)不到位等。在實(shí)際施工時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制分層回填的厚度，并充分做好夯實(shí)碾壓作業(yè)。

3.4.2局部下沉

部分位置振搗不充分可能會導(dǎo)致局部下沉，施工時要注意薄弱位置，如基坑邊緣、轉(zhuǎn)角處等，一定要振搗充分，避免這種情況的發(fā)生。

3.4.3級配不良

這個問題的出現(xiàn)主要是由于施工材料管理不當(dāng)造成的，部分材料沒有達(dá)到施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如粒徑過大或過小、含泥量超標(biāo)等等，對此可以采用人工處理的方式，自行調(diào)配施工材料，例如材料粒徑過小時，要適當(dāng)加大卵石、碎石的比重。

3.4.4密實(shí)度不足

在開展質(zhì)量檢測的過程中，可能會存在密實(shí)度不足的情況，一般是由于材料含水量過大、夯實(shí)機(jī)具功率不足等原因引起。材料問題可以挖出土層后進(jìn)行風(fēng)干處理，或加入吸水性材料降低含水量。機(jī)具問題則可以更換大功率機(jī)具或增加壓實(shí)頻次。

4結(jié)語

綜上所述，換填法地基加固施工技術(shù)具有適用范圍廣、施工周期短、成本投入低等突出優(yōu)勢，能夠有效處理軟弱土層，增強(qiáng)地基的承載力和強(qiáng)度，為建筑工程的安全施工提供可靠保障。適用于換填法的施工材料有很多，施工單位可以根據(jù)實(shí)際施工需求合理選擇，在施工過程中要嚴(yán)格按照施工規(guī)范逐層回填、逐層壓實(shí)，最大程度保障施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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