换土垫层法是将基础下一定深度内的土层挖去，然后回填以强度较高的砂、碎石或灰土等并夯至密实。适用于荷载不大的建筑物地基处理。砂和砂石地基（垫层）采用砂或砂砾石（碎石）混合物，经分层夯实，作为地基的持力层，提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力扩散作用，降低地基的压实力，减少变形量，同时垫层可起排水作用，地基土中孔隙水可通过垫层快速地排出，能加速下部土层的沉降和固结。

 

　　1.软弱土地基的特征

 

　　软弱土系指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其它高压缩性土。由软弱土组成的地基称为软弱土地基。淤泥、淤泥质土在工程上统称为软土，其工程特性如下：

 

　　1.1含水量较高，孔隙比较大

 

　　据统计，软土的含水量一般为35%～80%，孔隙比为1～2。

 

　　1.2压缩性较高

 

　　软土的压缩系数在0.5～1.5MPa-1之间，有些高达4.5MPa-1，且其压缩性往往随着液限的增大而增加。

 

　　1.3抗剪强度很低

 

　　软土的天然不排水抗剪强度一般小于20kPa。其变化范围约在5～25kPa。

 

　　1.4渗透性较差

 

　　软土的渗透系数一般在i×10-5至i×10-7mm/s（i=1，2…，9）之间。因此软土层在自重或荷载作用下达到完全固结所需的时间很长。

 

　　1.5具有显著的结构性

 

　　特别是滨海相的软土，一旦受到扰动（振动、搅拌或搓揉等），其絮状结构受到破坏，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。软土受到扰动后强度降低的特性可用灵敏度表示。我国东南沿海软土的灵敏度约为4～10，属高灵敏土。

 

　　1.6具有明显的流变性

 

　　软土在不变的剪应力的作用下，将连续产生缓慢的剪切变形，并可能导致抗剪强度的衰减。在固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降。

 

　　软土具有强度低、压缩性较高和渗透性较差等特性，必须重视地基的变形和稳定问题，如果不作任何处理，一般不能承受较大的建筑物荷载。冲填土（吹填土）是在整治和疏通江河时，用挖泥船或泥浆泵把江河或港湾底部的泥砂用水力冲填（吹填）形成的沉积土。冲填土的物质成分比较复杂，如以粉土、粘土为主，则属于欠固结的软弱土，而主要由中砂粒以上的组颗粒组成的，则不属于软弱土。杂填土一般是覆盖在城市地表的人工杂物，包括瓦片砖块等建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等。其主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差。

 

　　2.软弱地基的处理方法

 

　　直接利用软弱土层作为建筑物地基时，一般应按以下要求进行设计：软弱土层为淤泥和淤泥质土时，应充分利用其上覆较好土层作为持力层；若软弱土层为冲填土、建筑余泥和性能稳定的工业废料，并且均匀性和密实性较好时，均可利用作为持力层。对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。当地基承载力和变形不能满足设计要求时，则应将地基进行人工处理。这种经过人工处理的地基称为人工地基。局部软弱土层及暗沟、暗塘的处理，可采用基础加深、基础梁跨越，换土垫层或桩基等方法当地基承载力和变形不能满足设计要求时，地基处理可选用机械压（夯）实、换土垫层、堆载预压、砂井真空预压、砂桩、碎石桩、灰土桩，水泥旋喷或深层搅拌形成的水泥土桩以及桩基等方法。处在地下水位以上，由建筑余泥或工业废料组成的杂填土地基，可采用机械压（夯）实方法进行处理。其中重锤夯实的有效夯实深度可达1.2m左右；若采用强夯，则有效夯实深度应经试验确定；当需要大面积回填夯实时，可采用机械分层回填碾压方法；处理含少量粘性土的建筑余泥、工业废料和炉灰填土地基时，可采用振动压实的方法。当震实机自重2t，振动作用力100kN时，有效夯实深度可达1.2~1.5m。处理较厚淤泥和淤泥质土地基时，可用堆载预压、砂井堆载预压或砂井真空预压。采用堆载预压时，预压荷载宜略大于设计荷载，预压时间应根据建筑物要求以及地基固结情况决定，同时应注意堆载大小和速率对周围建筑物的影响。采用砂井堆载预压或砂井真空预压时，应在砂井顶部作排水砂垫层。用砂桩、碎石桩、灰土桩、水泥旋喷或深层搅拌桩处理软弱地基时，桩的设计参数宜通过试验确定。施工时，表层土如有隆起或松动，应予以挖除或压实。对地基承载力、变形或稳定性要求较高的建筑物，若用桩基，则桩尖宜打入压缩性低的土层中。

 

　　若仅需处理软弱地基的浅层，可采用换土垫层的方法。总之，软弱地基的处理应该因地制宜，处理后的地基承载力应满足设计要求。

 

　　3.换土垫层的作用及适用范围

 

　　垫层法适用于处理各类浅层软弱地基。当在建筑范围内上层软弱土较薄，则可采用全部置换处理。对于较深厚的软弱土层，当仅用垫层局部置换上层软弱土时，下卧软弱土层在荷载下的长期变形可能依然很大。例如，对较深厚的淤泥质土类软弱地基，采用垫层仅置换上层软土后，通常可提高持力层的承载力，但不能解决由于深层土质软弱而造成地基变形量大对上部建筑物产生的有害影响；或者对于体型复杂、整体刚度差、或对差异变形敏感的建筑，均不采用浅层局部置换的处理方法。换填法适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性土、膨胀土、冻胀土、素填土、地基及暗沟、暗塘的浅层处理。

 

　　垫层处理就是将基础下的软弱、湿陷性冻土、膨胀土、冻胀土等的一部分双全部挖去，然后换填密度大、强度大、水稳性好的沙硕土、碎石土、灰土、素土、矿渣以及其他性能稳定、无侵蚀性的材料，并分层夯实至要求的密实度。换土垫层与原土相比，具有承载力高、刚度大、变形小的优点。砂石垫层还可提商地基排水固结速度，防止季节性冻土的冻胀，消除膨胀土地基的胀缩性及湿陷性土层的湿陷性，还可用于瞄沃和暗沟的建筑场地。另外，灰土垫层还具体促其下土层含水量均衡转移的功能，从而减小土层的差异。

 

　　4．砂垫层的施工要点

 

　　4.1砂垫层采用中粗砂，经过化验含泥量必须在5%以内，操作前要验槽，将基底表面浮土、淤泥、杂物清除干净，两侧应设一定坡度，防止振捣时塌方。

 

　　4.2应按级配合砂料，人工级配的砂、碎石应先将砂、碎石拌合均匀后再铺开压实，铺设的级配砂石在碾压前应根据其干湿程度和气候情况，适当洒水使其达到最佳含水量，以利碾压密实。

 

　　4.3砂垫层要分层铺设、分层夯实，控制每层砂垫层的铺设厚度。每铺好一层垫层经密实度检验合格后方可进行上一层施工。每层砂石在碾压前，应按每100㎡设一纯砂检查点，机械碾压后，在纯砂点取样，测定砂的干密度，经检查合格后方可进行上层砂石垫层施工。

 

　　4.4砂垫层和砂石垫层的底面应在同一标高，不同标高时应先深后浅。最后一层碾压结束后，对上表面不平整及标高误差较大之处，用人工进行适当平整、修补，然后用平板振动器在上表面交叉振动不少于两遍。

 

　　4.5砂石施工时应控制含水量，遇有地下水阍基槽浸泡要采取措施先铺一层碎石或毛石。在地下水位高于基坑底面施工时，要对这层土层一次性开挖，以避免水中作业。

 

　　当地下水位较高或在饱和的软弱地基上铺设垫层时，应加强基坑内及外侧四周的排水工作，防止砂垫层泡水引起砂的流失，保持基坑边坡稳定；或采取降低地下水位措施，使地下水位降低到基坑底500㎜以下。

 

　　4.6大面积砂垫层施工分流水段作业，交叉处应做成台阶式斜坡。

 

　　4.7冬季施工时要除掉砂石中的冰块，并应采取措施防止砂石内水分冻结。

 

　　5.结束语

 

　　在软土地基的设计中，认真进行工程地质勘察和土工试验，查清土层分布情况和土的物理力学性质，正确地进行设计和施工。还要从场地土层的特点出发，对地基与基础的结构、施工及使用各方面进行综合考虑比较，合理地选择地基设计方案。

 

　　参考文献：

 

　　[1]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002)，中国建筑工业出版社

 

　　[2]王之杰，路基施工要点探析[J]，硅谷，2010年02期

 

　　[3]于宏智、牛超然、宁金华，公路软基砂垫层置换技术[J]，市政技术，2010年02期