任务一　换填垫层法施工

一、换填法的概念

换填法就是将基础底面以下不太深的一定范围内的软弱土层挖去,然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、碎石、卵石、素土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填,并同时以人工或机械方法分层压、夯、振动,使之达到要求的密实度,成为良好的人工地基。

换土垫层与原土相比,具有承载力高、刚度大、变形小等优点。

按换填材料的不同,将垫层分为砂垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤渣垫层、矿渣垫层以及用其他性能稳定、无侵蚀性的材料做的垫层等。

换填法适用于浅层地基处理,包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重固结的吹填土等地基处理以及暗塘、暗沟等浅层处理和低洼区域的填筑。换填法还适用于一些地域性特殊土的处理,用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用,用于湿陷性黄土地基可消除黄土的湿陷性,用于山区地基可用于处理岩面倾斜、破碎、高低差,软硬不匀以及岩溶等,用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。

二、施工方法

换土垫层的施工可按换填材料(如砂石垫层、素土垫层、灰土垫层、粉煤灰垫层和矿渣垫层等)分类,或按压(夯、振)实方法分类。目前国内常用的垫层施工方法,主要有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。

机械碾压法是采用各种压实机械,如压路机、羊足碾、振动碾等来压实地基土的一种压实方法。这种方法常用于大面积填土的压实、杂填土地基处理、道路工程基坑面积较大的换土垫层的分层压实。施工时,先按设计挖掉要处理的软弱土层,把基础底部土碾压密实后,再分层填土,逐层压密填土。

重锤夯实法是利用起重设备将夯锤提升到一定高度,然后自由落锤,利用重锤自由下落时的冲击能来夯实浅层土层,重复夯打,使浅部地基土或分层填土夯实。主要设备为起重机、夯锤、钢丝绳和吊钩等。重锤夯实法一般适用地下水位距地表0.8m以上非饱和的黏性土、砂土、杂填土和分层填土,用以提高其强度,减少其压缩性和不均匀性,也可用于消除或减少湿陷性黄土的表层湿陷性,但在有效夯实深度内存在软弱土时,或当夯击振动对邻近建筑物或设备有影响时,不得采用。因为饱和土在瞬间冲击力作用下水不易排出,很难夯实。

振动压实法是利用振动压实机将松散土振动密实。地基土的颗粒受振动而发生相对运动,移动至稳固位置,减小土的孔隙而压实。此法适用于处理无黏性土或黏粒含量少、透水性较好的松散杂填土以及矿渣、碎石、砾砂、砾石、砂砾石等地基。

总的来说,垫层施工应根据不同的换填材料选择施工机械。粉质黏土、灰土宜采用平碾、振动碾和羊足碾,中小型工程也可采用蛙式打夯机、柴油夯;砂石等宜采用振动碾;粉煤灰宜用平碾、振动碾、平板式振动器、蛙式夯;矿渣宜采用平碾、振动碾、平板式振动器。

1.材料要求

在垫层的施工中,填料质量的好坏、是直接影响垫层施工质量的关键因素。对于砂、石料和矿渣等垫层主要检验其粒径级配以及含泥量,对于土、石灰填料主要检查其含水量是否接近最优含水量,石灰的质量等级以及活性CaO+MgO的含量、存放时间等。

2.施工参数、机具及方法选择

砂石垫层选用的砂石料应进行室内击实试验,根据曲线确定最大干密度和最优含水量,然后根据设计要求的压实系数确定设计要求的,以此作为检验砂石垫层质量控制的技术指标。在无击实试验数据时,砂石垫层的中密状态可作为设计要求的干密度:中砂1.6g/cm3,粗砂1.7g/cm3,碎石、卵石2.0～2.1g/cm3即可。

砂和砂石垫层采用的施工机具和方法对垫层的施工质量至关重要。下卧层是高灵敏度的软土时,在铺设第一层时要注意不能采用振动能量大的机具扰动下卧层,除此之外,一般情况下,砂及砂石垫层首先用振动法。因为,振动法更能有效地使砂和砂石密实。我国目前常采用的方法有振动压实法(包括平振和插振)、夯实法、碾压法等。常采用的机具有振捣器、振动压实机、平板振动器、蛙式打夯机、压路机等。

三、施工要点

(1)施工前应验槽,先将浮土清除。基槽(坑)的边坡必须稳定,以防止塌土。槽底和两侧如有孔洞、沟、井和墓穴等,应在施工前加以处理。

(2)人工级配的砂、石材料,应按级配拌和均匀,再进行铺填捣实。

(3)砂地基和砂石地基的底面宜铺设在同一标高上,如深度不同时,施工应按先深后浅的程序进行。图面应挖成台阶或斜坡搭接,搭接处应注意捣实。

(4)分段施工时,接头处应做成斜坡,每层错开0.5～1.0m,并应充分捣实。

(5)采用碎石换填时,为防止基坑底面的表层软土发生局部破坏,应在基坑底部及四测先铺一层砂,然后再铺设碎石垫层。

(6)换填应按分层铺垫,分层夯(压)实,每层的铺设厚度和压实遍数等施工参数宜通过工地压实试验确定,不具备试验条件的按经验值确定。分层厚度可用样桩控制。捣实砂层应注意不要扰动基坑底部和四侧的土,以免影响和降低地基强度。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。

(7)冬季施工时,不得采用夹有冰块的砂石做垫层,并应采用措施防止砂石内水分冻结。