換填法是將基礎底面天然的或后天形成的軟弱土層挖去或部分挖去, 分層回填強度高、壓縮性低且無腐蝕性的砂石、素土、灰土、工業(yè)廢料等材料, 壓實后作為基礎持力層, 常見的有換填砂卵石和灰土法。其主要作用表現(xiàn)為以下幾個方面: ①換填強度較高的墊層材料后, 可以有效地提高地基的承載力。②換填壓縮性較低的材料后, 可減少建筑物的沉降量。③換填透水性較大的材料(砂石) , 可使基礎下面的孔隙水壓力迅速消散, 避免基土的塑性破壞, 并可加速墊層下軟弱土層的固結(jié)及其強度提高。另外換填砂石等材料, 因其顆粒粗大、孔隙大、無毛細水現(xiàn)象, 可以防止材料受凍而造成的凍脹, 如很多建筑物的散水和臺階以及道路的面層下均鋪一定厚度的砂石,就是這個道理。④在濕陷性黃土地基中, 用素土或灰土材料置換黃土, 可消除濕陷變形, 同時, 換填后的材料因其密實度增加, 還可做為防水層, 減少下臥天然黃土層被水浸泡的可能性。⑤換填法除能滿足上述要求外, 在對環(huán)保要求較高的現(xiàn)代社會, 它基本對周邊環(huán)境不構(gòu)成噪聲、水質(zhì)污染、大氣污染、地面泥漿污染等, 只有一定的振動感, 但波及范圍較小。

2　填砂卵石和灰土施工要點

在筆者的施工經(jīng)歷中, 曾多次接觸用砂卵石或灰土進行地基處理, 其中兩次規(guī)模較大, 基坑面積在20000m 2 左右, 換填砂卵石厚度5m , 然后在砂卵石墊層上再墊3∶7 灰土1m 厚, 下面介紹自己簡單的體會。

2.1　在施工前, 首先把好材料的質(zhì)量關，對于砂卵石, 有時設計人員在圖紙中會明確相關要求, 特別是材料的粒徑和比例。在某些施工現(xiàn)場, 從河床中直接挖采的砂卵石可以滿足設計要求,運至工地可直接使用, 給施工帶來極大的方便。但在實際施工中, 相當一部分天然砂卵石難以滿足設計要求, 如含泥量偏大、粒徑偏小、級配不合理等, 遇到這種情況, 就需要進行人工處理, 如材料粒徑偏小或大粒徑卵石數(shù)量不足, 則可以摻入25%～ 30% 的碎石, 但最大粒徑不應大于50mm , 因為碎石過大會導致墊層本身的不均勻壓縮, 這也是施工規(guī)范所規(guī)定的內(nèi)容。天然的砂卵石, 都是由大小不同的顆粒組成, 各個粒組相對含量的百分比稱為顆粒級配。砂卵石的顆粒級配對其壓實后的密實度和承載力的影響是很大的, 通俗地講, 越是粒徑不均勻的砂卵石, 其級配越好。對于灰土, 顧名思義就是用按一定體積比配合的石灰和土的混合材料, 經(jīng)壓實后, 其承載力可達到300Mpa 以上。作為灰土組成材料之一的石灰,它是一種無機膠結(jié)材料, 不但能在空氣中硬化, 還可以在水中硬化。用做灰土時, 應選用熟化后的熟石灰, 可以用生石灰塊經(jīng)消解3～ 4 天而成, 但實際施工時, 這種方法操作比較困難、費時、費力而且不經(jīng)濟, 所以最好購買已經(jīng)消解完畢的熟石灰粉, 但其粒徑不應該超過5mm , 否則應過篩使用�；彝了�用的熟石灰應符合三級以上標準, 其中活性CaO和MgO的含量不能低于50% , 這些數(shù)據(jù)均可以通過試驗得出。如要拌和強度較高的灰土, 宜選用一級或二級石灰。當活性氧化物含量不足時, 可以適當增加石灰的用量。灰土中石灰的用量在一定范圍內(nèi)時, 其強度隨灰量的增大而提高, 但當超過其限值后, 強度的增加則不大, 并有減小的趨勢。通過實踐證明, 2∶8 和3∶7 灰土是最適合施工的也是性能最好的。土作為灰土的重要組成, 其性質(zhì)也決定了拌和后灰土的質(zhì)量。土不僅僅起填料的作用, 而且參與化學反應, 土中的黏粒( 粒徑< 0.005mm ) 和膠粒( 粒徑<0.002mm ) , 具有活性和膠結(jié)性, 含量越多(即土的塑性指數(shù)越高) , 則灰土的強度也較高。用于拌合灰土的土, 可使用塑性指數(shù)大于4 的土料, 按照塑性指數(shù)分類, 土分為以下3 種: 4< I≤10 為粉土; 10< I≤17 為粉質(zhì)黏土; I> 17 為黏土。具體施工時, 可按照土的實際情況選用, 根據(jù)筆者經(jīng)驗, 使用粉土或粉質(zhì)黏土相對較好, 因黏土的塑性指數(shù)較高, 內(nèi)部黏粒含量偏多, 本身結(jié)合水含量也較高, 從土方開挖至地基處理開始, 中等或大規(guī)模的建筑物需要兩周甚至更長時間, 在此期間, 挖出待用的土料如經(jīng)風吹日曬,內(nèi)部水分蒸發(fā)后, 黏土很容易形成大小不一的土塊,這會給施工帶來極大困難, 因為規(guī)范明確規(guī)定, 灰土中土的粒徑不得大于15mm , 所以凡是大于15mm的土塊均不能使用。相比之下, 粉土或粉質(zhì)黏土, 這種情況就出現(xiàn)較少, 特別是粉土, 本身水分含量較少,所以干燥后也不會形成土塊, 在施工時既可以滿足規(guī)范要求, 又便于與石灰拌合均勻。但粉土也有其缺陷, 因它內(nèi)部活性成分偏少, 要想達到設計要求的壓實系數(shù), 需增加碾壓遍數(shù), 而且碾壓完畢后, 表面容易出現(xiàn)裂紋。因此, 采用哪類土, 還需要廣大技術人員根據(jù)現(xiàn)場的土質(zhì)、進度、質(zhì)量等關系綜合考慮, 通過比較尋求最佳方案。

2. 2　材料中水分的含量也是影響施工質(zhì)量和進度的一個關鍵因素，水分在土內(nèi)部含量的多少可以用含水率來表示, 即在天然狀態(tài)下, 土中水的重量與土顆粒重量之比的百分率。其數(shù)據(jù)可以通過烘干試驗得到, 一般情況下, 施工技術人員普遍的做法是在現(xiàn)場取一定重量的天然土, 在天平上稱出其重量, 在鐵鍋上烘干后, 稱出干燥狀態(tài)下土顆粒的重量, 與烘干前土的重量差即水的重量, 水重量與土干燥后的重量之比就是土的含水量。在換填施工時, 砂卵石和灰土如要達到最大密實度, 除了材料本身質(zhì)量外, 含水量是另一項控制手段, 施工前, 必須由試驗機構(gòu)對所用土進行擊實試驗, 得出土的最大干密度和最優(yōu)含水量(土經(jīng)壓實達到最大干密度時的含水量)。絕大多數(shù)情況下, 土料自然含水量與最優(yōu)含水量存在一定的量差,如直接從河床中挖出的砂卵石, 本身含水較多, 有可能超過其最優(yōu)含水量(一般為8%～12% )。而灰土本身含水量普遍都低于其最優(yōu)含水量(一般為18% ) ,因為熟石灰的成分為Ca(OH)2, 其孔隙較大, 吸水量也較大, 另外由于Ca(OH)2與土中的顆粒發(fā)生一系列離子交換、碳酸化反映現(xiàn)象, 也需要部分水分, 所以在灰土的拌和過程中, 需水量相對較多。為了給施工創(chuàng)造便利條件, 技術人員應根據(jù)土料的自然和最優(yōu)含水量的關系, 提前做好施工準備, 確定土料是否需要晾曬或加水, 并按照每次施工的土料體積, 換算出加水量的具體數(shù)據(jù), 并嚴格控制。如材料的含水量超過其最優(yōu)含水量, 則難以碾壓密實, 甚至在施工過程中出現(xiàn)“橡皮土”。特別是灰土的施工, 土料的含水量一定要控制在最優(yōu)含水量W-2%的范圍內(nèi)。拌和后的灰土, 達到手握成團、手指輕捏即碎即可, 同時配合烘干試驗來驗證其含水量的多少。其次,根據(jù)季節(jié)情況對含水量可做一定調(diào)整, 如在炎熱環(huán)境下施工,應考慮材料在運輸、鋪攤過程中的水分蒸發(fā),可適當增加土料的含水量。

2. 3　施工操作工藝是另一項影響地基處理質(zhì)量和進度的重要原因

主要包含施工機械的選用、土料分層厚度和碾壓遍數(shù)的確定等。在施工前, 技術人員應根據(jù)基坑的面積、進度和質(zhì)量要求科學準確的確定施工工藝, 并編制詳細的施工措施和技術交底。如沒有這方面的相關經(jīng)驗, 也可以從有關資料上查找某些數(shù)據(jù)來直接套用, 但這些數(shù)據(jù)只是給定一個范圍, 如分層厚度為200mm～ 350mm , 碾壓遍數(shù)為6～12遍等, 如選擇不當,會給施工帶來不便。針對具體工程, 建議技術人員采用現(xiàn)場試驗法, 在施工前,材料檢驗合格、含水量確定后, 先按照某一厚度鋪攤一定面積的土, 開始碾壓, 并記錄碾壓遍數(shù)和施工時間, 至5遍以后,每遍進行壓實系數(shù)試驗,直到符合設計要求為止。從而獲得在該鋪攤厚度情況下的施工時間。試驗結(jié)束后, 換場地增加鋪攤厚度,重復以上方法。通過量次施工的對比, 可以選擇一個省時、省力的最佳方案,并在真正施工時按照此方法操作。另外選用哪種施工機械也有講究, 大基坑條件下, 通常選擇壓路機(振動碾) 作為壓實工具, 平整機械利用推土機效果較好。施工時可以根據(jù)實際面積將作業(yè)面分成若干區(qū)域, 采取流水施工的方式, 即某一區(qū)域在碾壓或試驗的時候, 可以組織另外區(qū)域進行材料鋪攤和平整。在一些特殊地基上施工時, 如細粉砂或經(jīng)降水以后的地基土, 第一層材料碾壓時, 需要改變一下施工方法, 如采用平碾(振動碾不使用振動功能) 或適當增加鋪攤厚度, 這樣可以避免因機械的外力作用而擾動墊層下的軟土或因強烈震動導致土結(jié)構(gòu)破壞而發(fā)生砂土“液化”現(xiàn)象。在雨季進行換填墊層施工時, 要注意防雨, 每天施工結(jié)束后, 要用塑料布等隔水材料對墊層表面覆蓋, 并準備好排水工具, 做好雨季施工措施, 特別是對于灰土墊層, 防水工作更為重要。因灰土墊層施工后, 三日之內(nèi)應絕對避免雨水浸泡。

3　結(jié)論

換填法進行地基處理, 該方法方便簡單, 易于操作和檢測, 可就地取材, 施工中使用范圍廣泛,技術人員應了解其工藝特點、性質(zhì)以及使用換填法進行地基處理時的施工要點。