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一、开挖换土填当软土地基的承载力和变形不能满足设计要求，而软土层的厚度又不是很大时，将路基底面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、二灰土等)或其他强度较高、性能稳定、无侵蚀性的材料，并用人工或机械方法压(夯、振)实至要求的密实度为止，这种地基处理的方法称为换土法。 换土法按回填材料的不同，命名为不同的垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰土垫层等。虽然垫层材料不同，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的。通过沉降观测资料，发现不同材料垫层的特点基本相似，故可以近似按砂垫层的计算方法进行计算。但对湿陷性黄土、膨胀土、季节性冻土等某些特殊土采用换土法处理时，因其主要目的是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性和冻胀性，所以在设计时所需考虑解决问题的关键也应有所不同。 换土法的处理深度通常宜控制在3m以内，也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用也不显著。 1．垫层材料的选择 (1)砂和砂石垫层材料 用砂和砂石料作为垫层材料时，应选用颗粒级配良好、质地坚硬的中、粗砂为佳，可掺入一定数量的碎(卵)石，但要分布均匀，颗粒的不均匀系数(Cu)最好不小于10。砂垫层的用料虽然不是很严格，但含泥量一般不超过5％，也不得含有植物残体、垃圾等有机杂质。如用作排水固结地基的砂、石材料，含泥量不应大于3％，并且不应夹有过大的石块或碎石(<50mm)，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀沉降。 (2)素土垫层材料 素土可采用施工过程中挖出的黏性土，土料中有机质含量不得超过5％，也不得含有冻土或膨胀土。当含有碎石时，其粒径不宜大于50mm。素土垫层材料不应采用地表耕植土、淤泥及淤泥质土、杂填土等。 (3)灰土垫层材料 灰土垫层是将路基底面下一定范围内的软弱土层挖去，用按一定体积配合比的灰土在最佳含水量条件下分层回填夯实或压实，适用于处理厚1-4m的软弱土层。 ①石灰 在施工现场用作灰土的熟石灰应过筛，其粒径不得大于5mm。熟石灰中不得夹有未熟化的生石灰，也不得含有过多的水分。 石灰的性质取决于其活性物质(氧化钙、氧化镁)的含量，石灰中氧化钙、氧化镁含量越高，其活性越大，胶结力越强。一般常用的熟石灰粉末质量应符合Ⅲ级以上的标准，活性氧化钙、氧化镁含量不得低于50％；如拌制强度较高的灰土，应选用Ⅰ、Ⅱ级石灰。当括性氧化物含量不高时，应增加石灰的用量。石灰储藏时间不宜超过三个月，长期存放将会使其活性降低。 ②土料 灰土中的土料不仅作为填料，而且参与化学反应，尤其是土中的黏粒具有一定的活性和胶结性，含量越多，则灰土的强度也越高。工程施工时常采用施工中挖出的不含有机质的黏性土或塑性指数大于4的粉土拌制灰土，不得使用表面耕植土、冻土、膨胀土以及有机质含量超过8％的土料。土料应过筛，其粒径不得大于15mm。 ③石灰用量对灰土强度的影响 灰土中石灰用量在一定范围内，其强度随用灰量的增加而提高；但石灰用量超过一定限值后，灰土强度就增加很小，并有逐渐降低的趋势。如体积配合比为1：9的灰土，强度很低，只能改善土的压实性能；而体积配合比为2：8和3：7的灰土，一般为最佳含灰率，但与石灰的等级有直接关系，通常应以氧化物含量8％左右为最佳。 采用石灰、粉煤灰按适当比例加水拌和、分层夯实的垫层，称为二灰垫层。它和灰土垫层相似，但强度比灰土垫层高。其最佳含水量比灰土大，干密度比灰土小。压实系数为0．94-0．97，干密度为940-970kg/m3，施工最佳含水量为50％左右，石灰掺入量以15％-20％为宜。 (4)碎石和矿渣垫层材料 碎石垫层用的碎石粒径，一般为5-40mm的自然级配碎石，含泥量不大于5％。 矿渣垫层应根据工程的具体条件选用矿渣垫层材料。大面积填铺时，多采用不经筛分的不分级高炉混合矿渣，最大粒径不大于200mm或不大于碾压分层虚铺层厚的2/3；小面积垫层采用20-60mm分级矿渣，采用的矿渣应符合下列技术条件：①质地坚硬，稳定性合格，无侵蚀性；②松散密度不小于1.1t/m3，压碎指标不大于13％，含硫量不大于1.5％，铁矿含量不大于1％；③泥土与有机杂质含量不大于5％。 在碎石和钢渣垫层的底部，为防止基坑表层软弱土发生局部破坏而产生过量沉降，一般应设置一层15-30mm厚的砂垫层，砂料应采用中、粗砂，然后再铺筑碎石或钢渣垫层。 2．垫层施工方法 (1)当地基表层具有一定厚度的硬壳层，其承载力较好，能上一般采用机械时，一般采用分堆摊铺法，即先堆成若干砂堆，然后用机械或人工摊平。 (2)当硬壳层承载力不足时，一般采用顺序推进摊铺法。 (3)当软土地基表面很软，如新沉积或新吹填不久的超软地基，首先要改善地基表面的持力条件，使其能上施工人员和轻型运输工具。工程上常采用如下措施： ①地基表面铺荆笆。搭接处用铅丝绑扎，以承受垫层等荷载引起的拉力，搭接长度取决于地基土的性质，一般搭接长500px。当采用两层荆笆时，应将搭接处错开，错开距离以搭缝之间间距的一半为宜，荆笆搭接 ③表面铺设土工合成材料，土工合成材料上再铺排水垫层，如图6-3所示。 以上软地基的常用施工方法，可单一使用，也可方织网混合使用，还可根据当地材料来源，选择具有一定抗拉强度、断面小的材料。但应注意：a．饱水后材料要有足够的抗拉强度；b．当被加固地基处在边坡位置或将来有水平力作用时，由于材料腐烂而形成软弱夹层，给加固后地基的稳定性带来潜在影响。 ④尽管对超软地基表面采取了加强措施，但持力条件仍然很差，一般轻型机械上不去，在这种情况下，通常采用人工或轻便机械顺序推进铺设，常用的有两种方式：用人力手推车运砂铺设和用轻型小翻斗车铺垫。也可以将砂料运送到施工沿线两侧，用轻型推土机或皮带输送机运至路基，辅以人工找平。 应该注意的是，无论采用何种施工方法，在排水垫层的施工过程中都应避免对软土表层的过大扰动，以免造成砂和淤泥混合，影响垫层的排水效果。 3．施工中的注意事项 (1)换土法施工的关键是将垫层材料压实到设计要求的密实度。压实的方法常用的有机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法。这些方法要求垫层材料分层铺设，然后逐层振密或压实。 ①机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾或其他压实机械，利用机械自重压实地基土。施工时先将一定深度内的软弱土挖去，开挖的深度和宽度应根据设计的具体要求确定。先在基坑底部碾压，再将砂石或素(灰、二灰)土等在基坑内分层铺筑，然后逐层压实。机械碾压法施工时，应根据压实机械的压实能量控制碾压土的最佳含水量，选择适当的碾压分层厚度和碾压的遍数。 ②重锤夯实法 重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，自由落锤，以重锤自由下落的冲击能来夯实浅层地基和垫层填土。重锤夯实分层填土时，每层的虚铺厚度以相当于锤底直径为宜，夯实完后，应将路基表面修整至设计高程。 重锤夯实的现场试验应确定最少夯击遍数、最后2遍平均夯沉量和有效夯实深度等。夯实遍数一般为8-12遍，一般重锤夯实的有效夯实深度可达1m左右，并可消除1.0-1.5m厚土层的湿陷性。 ③振动压实法是用振动压实机械在地基表面施加振动力以振实浅层松散土的地基处理和垫层压实的方法。实践证明，振动压实法适宜于处理砂、砂石、碎石、炉渣等渗透性较好的无黏性土为主的松散填土，也适宜处理黏粒含量少、透水性较好的松散杂填土。 (2)以黏性土为主的软弱土，宜采用平碾或羊足碾；对杂填土可用平碾；对砂土、砂石料、碎石土和杂填土宜采用振动碾或振动压实机；对于狭窄场地、边角及接触带可用蛙式夯实机。压实效果、分层铺填厚度、压实遍数、最优含水量等应根据具体施工方法及施工机具通过现场试验确定。一般情况下，用平板振动器时，最优含水量为15％-20％；用平碾及蛙式夯时最优含水量为8％-12％；用插入式振动器时，宜对饱和的碎石、卵石或矿渣充分洒水湿透后进行夯压。 (3)垫层施工前必须对下卧地基进行检验，如发现局部软弱土层，应予挖除，用素土或灰土填平夯实。对垫层底部有古井、古墓、洞穴、旧基础、暗塘等软硬不均的部位时，应先予清理后，再用砂石逐层回填夯实，并经检验合格后，方可铺填上一层砂石料后再行施工。 (4)严禁扰动垫层下卧的软土，为防止践踏、受冻、浸泡或暴晒过久，坑底可保留200mm厚土层暂不挖去，待铺砂石料前再挖至设计高程，如有浮土必须清除，当坑底为饱和软土时，须在土面接触处铺一层细砂起反滤作用，其厚度不计入砂垫层设计厚度内。 (5)砂石垫层的底面宜铺设在同一高程上，如深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.5-1.0m距离，搭接处注意捣实，施工应按先深后浅的顺序进行。垫层竣工后，应及时施工上层路面。 (6)垫层施工应注意控制分层铺填厚度，每层压实遍数宜通过试验确定。分层松铺厚度，可按采用的压实机具现场试验来确定，一般情况下松铺750px，分层压实厚度为500px。为保证分层压实质量应控制机械碾压速度，一般平碾为2km/h；羊足碾为3km/h；振动碾为2km/h；振动压实机为0.5km/h。 (7)人工级配的砂石应拌和均匀。用细砂作填料时，应注意地下水的影响，且不宜使用平振法、插振法和水振法。灰土、二灰土材料应拌和均匀，注意配合比，控制含水量，如土料水分过多或不足时应晾干或洒水润湿。 (8)当施工中地下水位高于挖土底面时，宜采用排水或降水措施，注意边坡稳定，以防止坍土混入砂石垫层中。 (9)压实后的灰土、二灰土应采取排水措施，3d内不得受水浸泡。
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