高层建筑地基换填加固处理施工技术

张奋飞 湖南省工业设备安装有限公司

1 前言

随着我国经济的发展，建筑业取得了显著的发展，高层建筑也随之得到很大程度的发展。在高层建筑中最为重要的就是地基，地基处理不当会对建筑物的安全产生很大的影响，通过多年的施工实践，我国的基础处理积累了丰富的经验。它根据建筑物上部负荷计算基础的承载力，得出基础需要具备的承载力，采取改善基础、加强基础等一系列措施，确保基础稳定，确保工程安全，提高基础的承载力，处理后的地基可以使建筑物的沉降降至最低。

2 地基换填技术原理

高层建筑的地基加固处理方法有很多种，在工程实践中，要根据工程的实际情况做出最优选择，其中建筑物的维持层是较弱的地基，通常用换填法加固，地基换填法加固原理如下。首先，挖掘基础底部的软弱土层。发掘的深度可以根据基础的负荷计算，一般不能太浅，否则没有强化效果。挖完底土后，用其他材料磨碎填满。换填材料通常可压缩性较低、强度高，不容易被侵蚀等。通过实践可以知道，这种基础加固方式具有很多优点，因此被广泛应用于现代工程基础加固。另外，这些基础加固方法主要适用于较小工程的基础加固，具有造价低、工期短、容易就地取材等特点[1]。

图1 换填法原理示意图

3 换填法的适用范围

换填法主要用于处理浅层地基层的软土或部分承载力不均匀的基础，在实际施工过程中，施工人员要用强度高的土石材料代替基础上承载力差的软土，根据设计要求或规范规定梯度代替，全面提高基础结构的稳定性和可靠性。施工时通过换填施工，形成结构垫层，因此也被称为垫层法。一般来说，换填的垫层厚度应控制在30cm以下，如果垫层厚度太厚，工程建设费用将进一步增加，整体工程费用不合算。换填施工过程中，应根据工程的实际情况选择适当机器。夯实工时，垫层的边缘位置需要进一步注意，以确保垫层的压缩程度符合设计和规格要求。实际施工中，垫层的厚度超过规定值会影响施工质量，因此要好好调整垫层的厚度，如果垫层的厚度没办法调整，可以使用分层施工方法施工，分层最好是15cm～20cm。

4 换填法的建设原则

对于基础层存在的不均匀的位置，应结基础层的稳定性及建筑物安全的影响来决定处理方法。如果没有小的不均匀点范围、深埋、周围土层稳定及基础收缩影响，不要处理这些不均匀范围。如果要挖除，应结合周围土质和密度均匀一致的原则，通过层层回填、夯实，防止上部建筑物因基础持力层不均匀变形而造成的破坏现象。在同一个建筑物中，要尽可能保持垫层厚度相同。对于厚度不同的，要防止垫层厚度的突变。将工作时间应用于更深的垫层部分时，应控制该部分的夯实系数，以防止或减少由于基础处理厚度不同而引起的差异变形[2]。

5 换填法常用的垫层材料

为基础加固技术处理施工应用替代填充方法时，常用的垫层材料如下。

5.1 碎石垫层材料

如果选择砂石垫层，应优先选择碎石、砂砾或石碎屑，必须选择良好的砂石，并充分清洗。沙石中的植物根、土、有机物、垃圾等杂质都要清除干净，要严格控制沙石中的泥浆量，要确保泥浆在3%以内。如果使用细沙或石粉，应混合总重量超过30%的石子。如果工程基础是黄土基础，选择材料时必须避免砂石等渗透材料，同时使用土方合成材料，否则会影响砂石垫层施工质量。

5.2 粘土材料

如果在施工过程中选择了粉质粘土，就要控制好粉质粘土材料的成分含量，其中有机质含量要控制在5%以内，不能参入膨胀土。如果在土质中添加石子，就要控制石子的直径在0.5cm 以内。另外，对于黄土或膨胀土地基使用的粘土，要做好粘土的内部审查，避免石头和砖混杂在里面，影响砂石垫层的施工质量。

5.3 灰土垫层材料

如果使用灰土垫层材料，灰土的体积比例应调整为2∶8或3∶7，要优先选用粉质黏土，坚决不能使用块状的黏土，在制备土料时，应把所有土料用筛子处理，以免土层含有太大的颗粒。如果是灰土就要使用新鲜的石灰，石灰粒的直径控制在0.5cm以内。

5.4 石灰粉煤灰垫层材料

石灰粉煤灰材料主要用于道路工程、中小型建筑及结构工程中的基础换填工程，为了进一步提高石灰粉煤灰垫层的稳定性，应根据工程需要在石灰粉煤灰材料中适当添加不同材料的添加剂，经过现场试验调配，通过材料性能检查后才能正式投入使用。对石灰粉煤灰垫层上的一些管道和其它金属构件，应采取综合防腐措施，防止其在土层内被其它的东西腐蚀。

5.5 矿渣垫层材料

矿渣垫层主要被用在道路及地坪，工程的基础处理。一般来说，矿渣垫层松散的中度应控制在11kN/m³，保证有机质和泥浆在5%以内。正式施工前，设计师应科学分析矿渣垫层的具体混合比，并通过反复试验和论证，确保矿渣垫层的质量满足工程施工要求。在实际工程中，应尽量避免大量使用矿渣，破坏地下生态系统的稳定，避免地下水、土壤环境被破坏。

6 换填法地基加固施工技术

6.1 施工准备

正式施工前，施工人员应先根据勘探单位提供的该工程所在地区的地质调查报告，充分了解项目所在地土层的受力性质和不良地质现象。另外，还要对装载性低的软土分布范围和总厚度进行现场综合勘探。此外，还需要分析项目所在地区的地下水分布情况。充分掌握工程地质情况后，施工人员应根据勘探结果，确定更换垫层的施工材料，在确定垫层材料的过程中，应综合考虑材料的整体结构强度、稳定性、渗透性、密度等特点，并得到设计、监督人员批准，保证换填工程质量。实际施工中，如果基础受到很大的振动载荷，则在选择垫层材料时，应避免选择砂垫层。因为砂垫层在振动载荷下会松动，影响垫层结构的稳定性。如果工程基础是可折叠的黄土基础，则在选择材料时必须选择砂石等渗透材料。否则会影响砂石垫层施工质量。

6.2 基坑开挖

在进行基坑开挖工程之前，施工人员应根据工程的施工设计方案布置定位线，确保开挖时的位置与设计的位置一致。在地下水比较大的部分地区，施工前要做好适当的排水工作，一般要将地下水的水位降至垫底以下0.5m，以免地下水影响垫层施工质量。另外，基坑开挖时会对基坑土的稳定性产生一定影响，因此建筑工人在基坑开挖时采取合理的边坡加固措施，以免影响边坡结构的稳定性[3]。

6.3 填料准备

填料的配制时，必须严格按照设计师事先确定的填料成分进行调配，所有材料的比例和使用量必须与设计一致，以免出现误差。填料正式投入工程施工前，检查部门要先检查填料的性能，确保填料的混合比、含水率、泥浆含量等参数符合工程设计要求，才能正式投入。如果是雨季或冬季施工，就要提前采取充分的防水和防冻措施，最大限度地确保工程质量。

6.4 垫层施工

垫土前要先检查基底，如果发现坑中有垃圾或者出现问题，及时的处理，保证基地的完好和干净，在灰土施工前后要进行充分的搅拌，还要将泥浆的含水量控制在16%左右，确保工程的顺利展开，含水量过高和过低，都会影响到施工的质量。含水量可以按照施工的经验来判断，如果手握灰土团时，能够用两指轻轻捏碎，就说明含水量达到最优。

图2 垫层分布图

7 结束语

近年来，随着我国经济的发展和社会的进步，我国建筑业的发展也非常迅速，在建设工程过程中，地基是整个项目的基础，如果地基受到影响，会降低整个工程结构的稳定性，影响整个项目的工程质量。换填法是比较常用的基础加固处理技术，具有工艺简单、成本低、效果好等一系列优点，合理的使用换填施工技术可以有效解决基础不稳定的问题，提升工程建设的质量。