胡传鸿

（黔西南州大型灌区管理局 贵州 兴义 562400）

通常采用换填垫层法处理浅层软弱地基是基于以下情况：建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部结构荷载对地基承载力的要求。所谓的换填垫层就是指，在建筑物基础下划定相应的范围，将这一部分的稀泥、淤泥挖去，再用强度较大的砂、砂石或者是灰土进行填埋，并且分层进行夯实，从而达到设计的密实要求。换填法一般较适用于浅层地基处理，处理的深度一般在2m～3m的范围内。在饱和软土上换填砂垫层的过程中，砂垫层会提高地基的承载力，从而可以有效减少沉降量。由此可以看出，换填垫层法具有诸多优点，值得推广。

1 工程实例

鲁础营索土村龙洞河排灌工程，集雨面积3.77km2，河道加权平均比降0.0158，渠道全长2.82km，渠首位于索土村长冲垭口，河道基本沿东西方向流经长冲至河坝消水洞处。从桩号1+480处起沿原废弃老河道，新建龙洞河排灌渠将每年的洪水引至渠道中于汛期保护周边农田，对30年前大洪水冲毁河堤后形成的新河道进行保留下放生态水。恢复改造的排灌渠边墙采用M7.5浆砌石砌筑、迎水面采用M7.5水泥砂浆勾缝、M10水泥砂浆压顶，渠底采用碎石垫层及C15混凝土防渗。

2 条件分析及材料的选用

渠道建设为水利工程的一部分，要求其地基具有一定的承载力和抗渗能力。假如基底土层渗透性较大，在高水头差的作用下，土中细颗粒容易顺着水流被带走，从而形成渗漏通道，会出现管涌等险情，危害了建筑物基础的稳定。所以，换填垫层应该采用不透水性材料，对于无水头差的部分可以采用透水性材料。需要注意的是，材料粒径要适中，如果过小，会产生地震液化。

渠道浅层软弱基础处理中常见的换填材料有以下几种：粉质粘土，土中的有机质含量要小于5%，且其中不能含有冻土、膨胀土以及大块的瓦片或者碎石等杂物；灰土，石灰和土的体积比应该采用新鲜的消石灰，其粒径不能大于5mm，粉质粘土的粒径不能大于15mm，且其中不能含有松软杂物；粉煤灰，粉煤灰垫层和建筑物之间可增加0.3m～0.5m厚度的粘性土褥垫层；水泥土，为了增加垫层土粒间的凝聚力，提高垫层的性能，需要向其添加一定量的水泥，将其作为主要固化剂，其掺入量一般在8%～15%。

根据上述工程的现场实际情况，本着节省投资，就近取材，加快施工进度的目的，基础换填材料选择使用的是水泥土。

3 地基计算

根据上述工程的荷载来计算基底的压力，如果大于经深度修改之后的地基承载力之后，需要对其进行加固处理。基础处理需要根据工程的地层条件、地下水位以及节约投资等因素采用不同的处理方法。而渠道软弱基础通常采用的都是复合地基或者是桩基础，对于浅层软弱（厚小于3m）的地基来说，为了降低施工成本，都会采用换填垫层法。换填垫层设计需要满足一定的要求，如承载力和变形压球，而垫层能置换基础下直接承受水工建筑基底压力的软弱土层，荷载通过垫层的应力扩张，会使得下卧层的承载力提高，但作用在垫层底面处的土的自重应力和附加应力之和不能大于软弱土层的承载力特征，并且符合下式的要求。

式中，Pz——垫层底面处的附加应力；

Pcz——垫层底面处土的自重压力；

faz——垫层底面处土层经深度修正后的承载力特征值

图1 垫层厚度

首先，需要根据该工程的详细土质资料选择垫层厚度，如图1所示。1层回填土的厚度平均值为1.5m，全部挖除至2层圆砾，可以先选择1.5m作为基础底面下垫层的厚度，通过下列公式进行复核验算：

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

垫层的承载力确定之后，需要再进行现场试验进行确认，对于安全等级为3级的建筑物或者是小型、沉降要求不高的工程来说，在没有相关施工经验或者是地质资料的时候，需要根据不同的压实系数，采用以下垫层各项参数，如表1所示。

图2 垫层示意图

表1 换填垫层指标取值表

表2 压力扩散角θ（°）

垫层底面处的附加压力值计算如下：

式中，b——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；

pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均值（kPa）；

pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）；

z——基础底面下垫层的厚度（m）；

θ——垫层的压力扩散角（°），可通过试验确定，如无试验材料，可参考表2。

4 换填垫层法施工

首先，基坑开挖，在开挖过程中要尽量避免对基底土层的扰动，渠道换填垫层施工之前必须进行降水，保证基坑内地下水位下降到设计垫层底高程以下0.5m。其次，击实试验，换填材料必须进行试验，这样可以确定土料的最优含水量，再进行分层摊铺，每层摊铺厚度为0.2m～0.3m，分层碾压密实，根据不同的换填材料，压实度为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须当天使用结束，这样可以保证材料的性能不受其他因素影响；最后，养护，在水泥土夯压密实之后3d内不能受水浸泡，要保证灰土的固结强度。另外，在换填垫层施工结束之后，进行质量验收，验收合格之后，立刻进行基础施工和基坑回填。

5 质量检验

第一，垫层的施工质量检验。对于砂石垫层可采用重型动力触探。砂垫层使用的环刀容积应该要大于等于200cm3，径高比为1∶1，需要减少偶然误差。第二，现场试验。在垫层的压实系数已经达到了设计要求的情况下，可利用动探、灌入试验测得贯入深度或者是击数，以此作为控制施工压实系数的有效依据。第三，环刀法。环刀法的检验的首要步骤就是取样，取样点应该位于每层土厚度的2/3深度。检验点的数量要求为大基坑每50m2～100m2不少于1个检验点；基槽每10m～20m不少于1个点；每个独立基础不少于1个点。采用贯入仪或者是动探检验垫层的施工质量，每层检验点间距要大于等于4m。

6 结语

综上所述，该工程采用块石垫层是正确的，是在充分考虑了该工程地质情况的基础上选择的处理基础处理方法。在经过详细且繁杂的验算之后发现，该施工方法满足相关要求。由此也可以看出换填垫层法适用于较为深厚的软弱土层，而下卧软弱土层在长时间的外力荷载作用下可能会产生变形。采用垫层置换上层软土之后，提高了持力层的承载力。需要注意的是，仅仅置换上层软土并不能完全解决因为深层土质软弱而造成的地基变形量大的结果。所以，在采用换填垫层法的过程中，需要对建筑体型、荷载分布、结构刚度等等因素作综合考量。※

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