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地基换填砂技术的应用

摘要：本文对地基换填砂技术进行了介绍，并用实例详细论证了该技术在施工中的

应用。

关键词：地基换填砂；地基承载力；膨胀土

1原理及适用范围

地基换填砂（或砂夹卵石），就是将基础底面以下一定范围内（一般为
0.5m～3m，大于3m、施工比较困难也不经济，小于0.5m作用就不明显）的
软弱土层挖去，然后用质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的级
配良好的砂、石拌合物分层充填，一般采用人工或机械方法分层压、夯、振
动，使之达到要求的密实度，以提高基础下部地基强度，并通过垫层的压力
扩散作用，降低地基的压应力，以减少变形；使之成为良好的人工地基，达
到设计承载力要求。
换填砂一般应用于：①浅层地基处理，如淤泥、淤泥质土、松散素填土、
杂填土等地基；②地域性特殊土处理：消除膨胀土地基的胀缩作用；消除黄
土地基的湿陷性；处理山区地基的岩面倾斜、破碎、高低差、软硬不均；消
除季节性冻土地基的冻胀力，防止冻胀损坏。
2施工中的应用

2.1提高地基承载力，减少建筑物沉降量
2.1.1实例一：某红外线探测站机房，位于铁路线的路肩上，如图1所

示。

1

该线路为新建正线，比较繁忙，路基回填土高达6米，尚未完全压密实，
回填土表面未采取保护措施（如种植草皮），经不起屋面集中排水的冲刷。机
房离线路较近，仅满足建筑接近限界要求，列车经过时，机房受到的周期性震
动较大。原设计采用200mm厚混凝土垫层、水泥砂浆砌筑毛石条形基础，显然
未考虑到上述问题。为减少建筑物的沉降，施工中采取了如下处理方法：
（1）提高地基抗剪强度，有效扩散基础应力：基底设整体粗砂垫层，厚
1000mm，四边均比原设计基础宽出500mm。
（2）加强上部结构刚度，确保沉降均匀：片石基础改为钢筋混凝土基础，
设基础暗梁，房屋角端构造柱锚入基础内，如图2所示。
（3）路基有高差的一侧增加片石护坡，每边比房屋宽出2米。

2.1.2实例二：某配电所形状为L形，其位置原为一鱼塘，施工上部结构
前大量回填基础土方，并在L形内转角处、高达8米的回填土上搭设提升架。
为解决地基承载力及沉降问题，采用800mm厚整体粗砂垫层，垫层下铺双层
枕木（铁路轨枕）。从开始使用至房屋竣工，均未发现异常现象。
2.2消除膨胀土的胀缩作用
2.2.1膨胀土的判别：①外观具有黄红、褐、棕红、灰白或灰绿等色，
结构密致，呈硬塑或坚硬状态，浸湿后裂隙回缩闭合；②进行室内土工试验，
测定各项指标；③建筑物的破坏特征：膨胀土吸水膨胀，失水收缩，随温度
和湿度变化而反复胀缩变形，建筑物（特别是低层砖混房屋）沉降不均匀，
产生大量裂缝。
2.2.2施工工艺：
（1）材料要求：采用级配良好的中、粗砂，含泥量不超过5%；可均匀掺

2

入一定数量的粒径不大于50mm的碎（卵）石。
（2）加密砂垫层：一般采用振动法，振夯压要做到交叉重叠1/3。用平
板式振捣器时，最优含水率为15～20%，每层铺200～250mm厚；采用插入式
振捣器时，含水率应达到饱和状态，每层铺设厚度为振捣器插入的深度；采用
木夯或机械夯时，最优含水率为8～12%，每层铺150～200mm厚。在下一层密
实度检验合格后，方可进行上一层的施工。
（3）垫层铺设时，严禁扰动垫层下及侧壁的软土层；在碎石或卵石底部宜
设置150～300mm后的砂垫层，防止软土层表明的局部破坏；垫层底面宜设在
同一标高上。
（4）基坑开挖后及时回填，不得暴露过久或浸水，防止践踏坑底；铺筑
垫层前边坡要稳定，浮土要清除，基坑（槽）两侧不得有孔洞。
（5）垫层底面要在同一水平，深度不同时，基坑地基上面挖成踏步或斜
坡搭接。对灵敏度大的地基，在垫层最下层先铺一层150～200mm厚的松砂，
用木夯夯实；表面无波浪和坑洼状；换填完成后应立即进行混凝土垫层的施工。
（6）在膨胀土地区，不得采用水撼法铺设砂垫层。当采用细砂作为填料
时，不宜使用平板式或插入式振捣器。
（7）其他：施工时在建筑物周围做好地表防水、排水设施，尽量避免采
用明沟；散水坡适当加宽；施工顺序采取先施工室外道路、排水设施等工程；
垫层竣工后，应及时进行基础施工与基坑回填。
2.3质量控制
（1）施工前检查砂、石等原材料质量及砂、石拌合均匀程度;杜绝出现
骨料集中的现象
（2）施工过程中必须检查分层厚度，搭接部分的压实情况及水的含量、
振压次数。
（3）检查砂及砂石地基的承载力。
2.4结论
通过上述两个小工程的基础换填处理，感觉到砂、石（卵石）料作为地
基换填材料，成为地基持力层，提高基础下部地基强度，减少了本身的沉降变
形量，同时由于砂石料的特性，起到了排水作用，地基中的水通过垫层快速排
出，减少沉陷时间，确保工程的稳定性和安全度。
该工程作为既有线的工程，质量