1、第8章地基處理我國地基處理技術由來已久，最早可追溯到秦漢以前的灰土墊層。隨著現代土木工程功能化，交通高速化，城市建設立體化，地基處理技術被廣泛應用到路基工程中，工程建設的需要也促使地基處理技術快速發展。其中，在鐵路路基工程設計中，針對鐵路等級、速度目標值、特殊土地基，地基處理技術是路基的工后沉降和穩定性控制的關鍵性技術之一，也是特殊路基的重要組成部分。本章將對地基處理方法的分類、設計要求、計算方法和施工工藝進行系統闡述。第1節地基處理方法綜述1.1國內外研究進展及動態近三十年來，我國土木工程建設水平飛速發展，地基處理技術也相應得到了大規模的開發和推廣。表8-1給出了幾種地基處理方法在我國應用的

2、最早年份，大部分地基處理技術是改革開放后發展或引進的。為了適應工程建設發展的需要，高壓噴射注漿法、振沖法、強夯法、深層攪拌法、土工合成材料、強夯置換法、EPS超輕質填料法等許多地基處理技術從國外引進并在實踐中發展；許多已經在我國得到應用的地基處理技術，如排水固結法、土樁和灰土樁法以及砂樁法等也得到不斷發展和提高；此外，工程實踐中還發展了許多新的地基處理技術，如真空預壓法、錨桿靜壓樁法、孔內夯擴碎石樁法、低強度樁復合地基法、剛性樁復合地基法等。表8-1我國部分地基處理方法最早應用年份地基處理方法年份地基處理方法年份普通砂井法20世紀50年代土工合成材料20世紀70年代末真空預壓法1980年強夯置

3、換法1988年袋裝砂井法20世紀70年代EPS超輕質填料法1995年塑料排水帶法1981年低強度樁復合地基法1990年砂樁法20世紀50年代剛性樁復合地基法1981年土樁法20世紀50年代中錨桿靜壓樁法1982年灰土樁20世紀60年代中掏土糾傾法20世紀60年代初振沖法1977年頂升糾傾法1986年強夯法1978年樹根樁法1981年高壓噴射灌漿法1972年沉管碎石樁法1987年漿液深層攪拌法1977年石灰樁法1953年粉體深層攪拌法1983年地基處理技術應用水平的快速提高，不僅可以減少因地基處理方案選用不當而造成的資源浪費，消除工程事故發生隱患，而且對提高鐵路路基工程質量，延長使用壽命有非常重

4、要的意義。1.2地基處理技術應用現狀我國幅員遼闊，軟弱地基種類多，分布廣。從沿海地區的軟土、西北高原的黃土、北方的凍土、南方的膨脹土和紅粘土，到各種填土，都給地基處理帶來一定難度。地基處理方法的工作原理分為置換、擠密、固結排水三種。地質條件復雜，施工條件差的工程，往往需要交叉使用多種地基處理方法，因此地基處理應因地制宜實施開展。表8-2為按改良工法工作原理分類的地基處理方法，表中可概要了解各種工法的特征。表8-2地基處理方法分類及其適用范圍類別方法簡要工作原理適用范圍置換換土墊層法將軟弱土或不良土開挖至一定深度，回填抗剪強度較高，壓縮性較小的巖土材料，如砂、礫、石渣等，分層夯實，形成雙層地基。

5、墊層能有效擴散基底壓力，提高地基承載力，減少沉降。各種軟弱土地基擠淤置換法通過拋石或夯擊回填碎石置換淤泥達到加固地基目的，也有采用爆破擠淤置換。淤泥或淤泥質土地基褥墊法當建（構）筑物的地基一部分壓縮性較小，而另一部分壓縮性較大時，為了避免不均勻沉降，在壓縮性較小的區域，通過換填法鋪設一定厚度的可壓縮的土料形成褥墊，以減少沉降差。建（構）筑物部分坐落在基巖上，部分坐落在土上，以及類似情況砂石樁置換法利用振沖法、沉管法。或其他方法在飽和粘性土地基中成孔，在孔內填入石料，形成砂石樁。砂石樁置換部分地基土體，形成復合地基，以提高承載力，減小沉降。粘性土地基，因承載力提高幅度小，工后沉降大，已經很少應用

6、強夯置換法采用邊填碎石邊強夯的方法在地基中形成碎石墩體。由碎石墩、墩間土以及碎石墊層形成復合地基，以提高承載力，減小沉降。碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基石灰樁法提高機械或人工成孔，在軟弱地基中填入生石灰塊或生石灰塊加其他摻合料。通過石灰的吸水膨脹、放熱以及離子交換作用改善樁間土的物理力學性質，并形成石灰樁復合地基，可提高地基承載力，減少沉降。雜填土、軟粘土地基EPS超輕質料填土法發泡聚苯乙烯重度只有土的1/501/100，并具有較好的強度和較低的壓縮性能，用作填料，可有效減小作用在地基上的荷載和作用擋土結構上的側壓力，必要時也可置換部分地基土，以達到更好

7、效果。軟弱地基上的填方工程排水固結加載預壓法在地基中設置排水通道砂墊層和豎向排水系統（豎向排水系統有普通砂井、袋裝砂井、塑料排水帶等），以縮小土體固結排水距離，地基在預壓荷載作用下，排水固結，地基產生變形，地基土強度提高。卸去預壓荷載后再建造建（構）筑物，地基承載力提高，工后沉降小。軟粘土、雜填土、泥炭土地基等超載預壓法原理上與堆載預壓法相同，不同之處是預壓荷載大于設計使用荷載。超載預壓不僅可減少工后固結沉降，還可消除部分工后次固結沉降。軟粘土、雜填土、泥炭土地基等真空預壓法在軟粘土地基中設置排水體系，然后在上面形成一不透氣層，通過對排水體系進行長時間抽氣抽水，在地基中形成負壓區，而使軟粘土地

8、基產生排水固結，達到提高地基承載力，減小工后沉降目的。軟粘土地基真空預壓法與堆載聯合作用當真空預壓法達不到設計要求時，可與堆載預壓法聯合使用，兩者的加固效果可疊加。軟粘土地基電滲法在地基中形成直流電場，在電場作用下，地基土產生排水固結，達到提高地基承載力，減少工后沉降的目的。軟粘土地基降低地下水位法通過降低地下水位，改變地基土的受力狀態，其效果如堆載預壓，使地基土產生排水固結，達到加固目的。砂性土或透水性較好的軟粘土層灌入固化物深層攪拌法利用深層攪拌機將水泥或水泥粉和地基土原位攪拌形成圓柱狀、格柵狀或連續墻水泥土增強體，形成復合地基以提高地基承載力，減小沉降，也常用它形成水泥防滲帷幕。淤泥、淤

9、泥質土、粘性土和粉土等軟土地基。有機質含量較高時應通過試驗確定適用性高壓噴射注漿法利用高壓噴射專用機械，在地基中通過高壓噴射流沖切土體，用漿液置換部分土體，形成水泥土增強體。按噴射流組成形式，高壓噴射注漿法有單管法、二重管法、三重管法。高壓噴射注漿法可形成復合地基以提高承載力，減少沉降，也常用它形成水泥土防滲帷幕。淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石土等地基。當含有較多的大塊石，或地下水流速較快或有機質含量較高時應通過試驗確定適用性滲入性灌漿法在灌漿壓力作用下，將漿液灌入地基中以填充原有孔隙，改善土體的物理力學性質，形成高強度、低壓縮性加固體。中砂、粗地基砂、礫石劈裂灌漿法

10、在灌漿壓力作用下，漿液克服地基土中初始應力和土的抗拉強度，使地基原有孔隙或裂隙擴張，用漿液填充新形成的裂隙和孔隙，改善土體物理力學性質。基巖或砂、砂石土、粘性土地基擠密灌漿法在灌漿壓力作用下，向土層中壓入濃漿液，在地基形成漿泡，擠壓周圍土體，通過壓密和置換改善地基性能，在灌漿過程中因漿液的擠密作用可產生輻射狀上抬力，引起地面隆起。常用于可壓縮性地基，排水條件較好的粘土地基振密與擠密表層原位壓實法采用人工或機械夯實、碾壓或振動，使土體密實，但密實范圍較淺，常用于分層填筑。雜填土、疏松無粘性土、非飽和粘性土、濕陷性黃土等地基的淺層處理強夯法采用重量為1040t的夯錘從高處自由落下，地基在強夯沖擊力

11、和振動力作用下密實，可提高地基承載力，減少沉降。碎石土、砂土、低飽和度的粉土與粘性土、濕陷性黃土、雜填土和素填土等地基振沖密實法一方面依靠振沖器的振動使飽和砂層發生液化，砂粒重新排列孔隙減小；另一方面依靠振沖器的水平震蕩力，加固填料使砂層密實，從而達到提高地基承載力，減小沉降，并提高地基土抗液化能力。粘粒含量小于10%的疏松砂性土地基擠密砂石樁法采用振動沉管法等在地基中設置碎石樁，在制樁過程中對周圍土層產生擠密作用，被擠密的樁間土和密實的砂石樁形成砂石樁復合地基，達到提高地基承載力，減小沉降目的。砂土地基、非飽和性土地基爆破擠密法利用在地基中爆破產生的擠壓力和振動力使地基土密實以提高土體抗剪強

12、度，提高地基承載力和減小沉降。飽和凈砂、非飽和但經灌水飽和的砂、粉土、濕陷性黃土地基土樁、灰土樁法采用沉管法，爆擴法和沖擊法在地基中設置土樁或灰土樁，在成樁過程中擠密樁間土，由擠密的樁間土和密實的土樁或灰土樁形成土樁復合地基或灰土樁復合地基，以提高地基承載力和減小沉降。地下水位以上的濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基夯實水泥土樁法在地基中人工挖孔，然后填入水泥與土的混合物，分層夯實，形成水泥土樁復合地基，提高地基承載力和減小沉降。地下水位以上的濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基孔內夯擴法采用人工挖孔，螺旋鉆成孔、或振動沉管法成孔等方法在地基成孔，回填灰土、水泥土、礦渣土、碎石等填料，在孔內夯實填料

13、并擠密樁間土，由擠密的樁間土和夯實的填料樁形成的復合地基，以提高地基承載力，減小沉降。地下水位以上的濕陷性黃土、雜填土、素填土等地基加筋加筋土墊層法在地基中鋪設加筋材料（如土工織物、土工格柵等、金屬板條等）形成的加筋土墊層，以增大壓力擴散角，提高地基穩定性。筋條間用無粘性土，加筋土墊層可適用各種軟弱地基加筋土擋墻法利用在填土中分層鋪設加筋材料以提高填土的穩定性，形成加筋土擋墻。擋墻外側可采用側面板形式，也可采用加筋材料包裹形式。應用于填土擋土結構土釘支護法通常采用鉆孔、插筋、注漿在土層中設置土釘，也可以直接將桿件插入土中，通過土釘和土形成加筋土擋墻以維持和提高土坡穩定性在軟粘土地基極限支護高度

14、5m左右，砂性土地基應配以降水措施，極限支護高度與土體抗剪強度和邊坡高度有關錨桿支護法錨桿通常由錨固段、非錨固段和錨頭三部分組成。錨固段處于穩定土層，可對錨桿施加預應力，用于維護邊坡穩定。軟粘土地基中應慎用錨定板擋土結構由墻面、鋼拉桿和錨定板和填土組成，鉚釘版處于填土層，可提供較大的錨固力。錨定板擋土結構用于填土支擋結構。應用于填土擋土結構樹根樁法地基中設置如樹根狀的微型灌注樁（直徑70250mm），提高地基承載力，減小沉降。各類地基低強度混凝土樁復合地基法在地基中設置低強度混凝土樁，與樁間土形成復合地基，提高地基承載力，減小沉降。各類深厚軟粘土地基鋼筋混凝土樁復合地基法在地基中設置鋼筋混凝土

15、樁，與樁間土形成復合地基，提高地基承載力，減少沉降。各類深厚軟粘土地基長短樁復合地基由長樁和短樁與樁間土形成復合地基，提高地基承載力減小沉降。長樁和短樁可采用同一樁型，也可采用兩種樁型。通常長樁采用剛度較大的樁型，短樁采用柔性樁，或散體樁。深厚軟弱地基冷熱處理凍結法凍結土體、改善地基土截水性能，提高土體抗剪強度形成擋土墻或止水帷幕。飽和砂土或軟粘土，作施工臨時措施燒結法鉆孔加熱或焙燒，減少土體含水量，減少壓縮性，提高土體強度，達到地基處理目的。軟粘土、濕陷性黃土，適用于有富余熱源的地區托換基礎加寬法通過加大原建筑物基礎底面面積減小基底接觸壓力，使原地基承載力滿足要求，達到加固目的。原地基承載力

16、較高樁式托換法在建筑物基礎下設置鋼筋混凝土樁以提高地基承載力，減小沉降，達到加固目的。按設置樁的方法分靜壓樁法，樹根樁法和其他樁式托換法。原地基承載力較低綜合托換法將兩種或兩種以上的托換法綜合應用達到加固目的。糾傾與遷移加載糾傾法通過堆載或其他加載形式使沉降較小的一側產生沉降使不均勻沉降減小，達到糾傾目的。較適用于深厚軟土地基掏土糾傾法在建筑物沉降較少的部位以下地基中或在其附近的外側地基中掏取部分土體，迫使沉降較小的一部分進一步產生沉降以達到糾傾目的。各類不良地基頂升糾傾法在墻體中設置頂升梁，通過千斤頂頂升整棟建筑物，不僅可以調整不均勻沉降，并可整體頂升至要求標高。各類不良地基綜合糾傾法將加固

17、地基與糾傾結合，或將幾種方法加以綜合應用，如綜合應用靜壓錨桿和頂升法，靜壓錨桿法和掏土法。各類不良地基遷移將整棟建筑物與原地基基礎分離，通過頂推或牽拉，移到新位置。需要遷移的建筑物近年來，由于鐵路路基沉降控制標準的提高，復合地基在鐵路路基工程地基處理中的應用越來越廣泛。復合地基形式的選擇，應以具體的工程地質條件為基礎，因為它既關系到建筑物的安全和使用，又對工期和造價有很大影響。比如，碎石樁法處理軟土是普遍采用的一種方法。采用碎石樁法加固軟土地基，存在加固效果的不確定性，碎石樁加固飽和砂土，樁體內孔隙水壓及時消散容易引起樁體強度降低，影響加固效果。對于軟土地基而言，即使加固成功，承載力提高的幅度

18、也不大，而且變形得不到有效控制。為判明碎石樁法對這種工程地質條件的適用性，有關規范規定，必須通過現場載荷試驗確定。美國統計資料表明，對于粘粒含量高于25%30%的土質，碎石樁法不再適用。針對這種軟土工程地質條件，近年來國內外相繼開發了CFG樁復合地基、雙灰低強度混凝土樁復合地基及水泥碎石樁復合地基，它們均以碎石作為骨干材料，加入水泥及適當比例的其它材料，進而形成一種低強度的混凝土樁，將其稱為半剛性碎石樁復合地基。1.3地基處理方案選擇和設計1.地基加固機理地基加固按照加固目的有以下不同特點：（1）強度特性改良，即提高抗剪強度。通過土體強度的改良，提高地基承載力，提高斜坡穩定性，防止基坑涌土。（

19、2）降低土體壓縮性。主要是減小土體壓縮變形或減小土體側向位移引起的地基下沉。（3）改善滲透性。通過加固減小土的滲透性以形成防水帳幕，阻止滲水或防止流砂、管涌發生。（4）改善動力特性。對松散砂進行地基加固，可防止地基液化，改善抵抗振動荷載的性能。在選定某種地基改良方法時，要從下述三方面對其適用性探討：（1）改良目的包括沉降對策、穩定性對策、地表層強化、抗液化對策等；（2）改良效果包括沉降對策（促進或抑制）、穩定性對策（增加強度、促進強度、減輕荷重）、地表層改良、抗液化對策等；（3）施工條件包括地基土特性（粘性土、腐質土、砂質土）、軟弱層厚度（3m未滿、310m、10m以上）、對鄰近構造物的影響、

20、噪音及振動的影響、路堤高度（低路堤、高路堤）、施工效率等。表8-3為國內外線路工程（道路、鐵路、堤壩等）軟弱地基（粘質土地基、砂質土地基）對策工法初步選定方法一覽表。該表從處理目的、地基情況、環境影響三方面對各種工法的特征及適用性進行了概要性分析。表8-3各種常用地基處理方法適用條件地基處理方法 淺層處理排水固結擠密置換注漿結構物換填墊層振動碾壓沖擊碾壓袋裝砂井塑料袋水版強夯擠密砂石樁沉管碎石樁灰土與水泥土擠密樁柱錘沖擴樁振沖碎石樁強夯碎石墩水泥攪拌樁水泥粉煤灰碎石樁素混凝土樁旋噴土注漿鋼筋混凝土樁網（筏）結構鋼筋混凝土樁板結構處理目的控制沉降提高穩定性提高地基承載力××增

21、強抗液化能力×××××提高抗滲性×××××××××××××地基情況淤泥及流塑狀淤泥質土×××××××××××飽和黏性土×××××××非飽和粘性土××松散砂土×××濕陷性黃土×

22、15;××××××人工填土及雜填土×××巖溶、采空區、人為空洞××××××××××環境影響對臨近構造物的影響×××××××××噪聲、振動×××水質、泥漿污染××最大處理深度參考值（m）323202081515152515820303030606080注：優先選用 ：適用

23、 ：有條件適用 ×：不適用2.地基設計方案選擇和設計地基處理方法繁多，合理選擇處理方案對確保工程質量、進度，降低處理費用都具有重要意義。一般地講，當軟弱地基土層厚度較薄時，選用簡單的淺層加固方法，如換填墊層、機械碾壓、重錘夯實等；當軟弱土層厚度較大時，可按加固土的性狀和含水量情況采用擠密樁法、振沖碎石樁法、強夯法或排水堆載預壓法等；如遇軟土層中夾有砂層，則可直接采用堆載預壓法，而不需設置豎向排水井；當遇粉細砂地基，如僅為防止砂土液化，一般可選用強夯法、振沖法、擠密樁法等；當遇淤泥質土地基，因其透水性差，一般宜采用設置豎向排水井的堆載預壓法、真空預壓法以及土工合成材料加固法等；當遇雜填

24、土、沖填土（含粉細砂層）和濕陷性地基，一般可采用深層密實法，效果較佳。表8-4給出了特殊土及特殊條件下鐵路工程地基處理常用方法。表8-4特殊土及特殊條件下鐵路工程地基處理常用方法特殊土及特殊條件下地基類別可選用的地基處理方法軟弱黏性土（軟土、松軟土）地基換填、加筋墊層、袋裝砂井、塑料排水板、強夯、強夯置換、碎石樁、攪拌樁、旋噴樁、水泥粉煤灰碎石樁、素混凝土樁、碎石注漿樁、現澆混凝土薄壁管樁、預應力管樁、鋼筋混凝土樁網結構、鋼筋混凝土樁板結構人工填筑土、雜填土地基換填、沖擊碾壓、強夯、強夯置換、碎石樁、擠密樁、柱錘充擴樁松散砂土地基強夯、碎石樁、擠密砂樁、旋噴樁濕陷性黃土地基換填、沖擊碾壓、強夯

25、、灰土擠密樁、水泥土擠密樁、柱錘沖擴樁、鋼筋混凝土樁板結構膨脹土地基換填、摻灰改良、封閉、石灰樁、灰土樁山區斜坡軟弱地基碎石樁、攪拌樁、水泥粉煤灰碎石樁結合側向約束樁巖溶灌漿、結構物跨越、揭蓋回填采空區、人為坑洞灌漿、強夯、充填方案選擇一般應先做好調查研究，詳細了解上部結構體系與類型、地質情況、環境影響以及施工條件等。地基處理方案的選定，一般可按以下步驟進行：（1）收集詳細的工程地質、水文地質及地基設計資料根據上部結構類型、荷載大小及使用要求，結合了解的地質資料、周圍環境和相鄰建筑物等情況，初步選定幾種可供考慮的地基處理方案。在選擇地基處理方案時，也可考慮采取加強上部結構、基礎剛度（整體性）的

26、措施，使其與地基處理方法共同作用。（2）初步擬定方案選用的幾種地基處理方案進行篩選應分別從工程、地質、水文狀況以及加固效果、材料消耗和來源、施工機具、場地條件、工程進度要求、環境影響、地基處理費用等方面進行綜合的技術與經濟性比較，根據技術可行，質量安全可靠，施工方便，經濟合理、又能滿足進度要求等原則，要因地、因工程制宜進行優選。在選用某一方法時，還應注意克服盲目性，因每一種地基處理方案都有其一定的適用條件、優缺點和局限性，沒有哪一種方法是萬能的。在確定地基處理方法時，還應注意節約資源、環境保護，避免因地基處理對地面水和地下水產生污染以及噪聲對環境產生不良影響。（3）對選定方案的實地檢驗對已選定

27、的地基處理方案，在有代表性的場地上進行相應的原位試驗或試驗性施工，以檢驗設計參數、施工工藝的合理性和處理效果。如未達到設計要求，應查明原因，采取措施或者修正地基處理方案，直至滿足要求。（4）地基處理方案施工及監測地基處理方案確定后，應搞好施工技術管理，以保證方案的正確實施，達到預期良好處理效果。由于地基處理后，土體強度增長往往需要經過一段時間，才能達到設計要求，壓縮模量提高，地基穩定，因此對地基的處理要盡量提早施工，以便通過調整施工進度，發揮時間效應，確保地基穩定安全。在地基處理前、施工中和處理后，還應定時對被加固的軟弱土地基進行現場測試和沉降觀測以便了解地基加固效果，有時還應對周圍鄰近建筑物

28、及地下管線、通信電纜等進行沉降、位移和裂縫等監測，以保護周圍環境。1.4鐵路地基處理技術要求隨著經濟快速發展，我國新建或改建了大量高速鐵路。高速鐵路對線路的穩定性和平順性的嚴格要求，對工后沉降控制也更加嚴格。地基作為鐵路路基工程的基礎，對線路工程起著重要的支撐作用，以往依賴傳統的勘察手段、評價方法和簡單的地基處理措施，無法滿足高速鐵路對地基的承載要求和沉降控制標準。一般而言，在鐵路路基工程中進行路基工程地基處理時應從路堤穩定性、路基承載力(路基下地基承載力)、沉降三個方面對路基進行設計和驗算。對鐵路路堤而言，施工期沉降對部軌道結構及以后鐵路運營不會產生顯著影響。目前，規范中以工后沉降作為首要設

29、計控制指標，然后對地基承載力和穩定性進行驗算。值得注意的是，理論上盡管地基承載力和沉降控制都可作為鐵路路基工程地基處理的設計依據，但是在工程實際中，在滿足沉降要求的情況下，出現承載力不足，發生塑性破壞或失穩的案例屢見不鮮，尤其是在軟土地基中這種現象尤為顯著。因此，高速鐵路路基工程地基設計中，如何平衡地基承載力和沉降變形是一個非常突出的熱點問題，對工程質量和造價都具有決定性作用。對于鐵路路堤，路堤填方的總沉降量在其時間曲線上可分為：（1）施工期沉降：指施工期間路基產生的沉降，它包括路基施工完成后，靜置期內所產生的那部分沉降。路基沉降絕大部分發生在施工期間；（2）工后沉降：路堤建成后鋪軌工程（包括

30、鋪砟）開始時計算至最終的路基剩余沉降。有的國家以鋪軌完成，交付運營后的沉降為工后沉降。控制路基工后沉降及不均勻工后沉降是高速鐵路建設的關鍵。目前，鐵路設計部門對于路基工后沉降仍采用經驗估計，并無嚴格的理論支持。第2節淺層處理2.1換填法概述換填法(replacement method)就是將基底以下一定深度范圍內的軟弱土層挖除，換填無侵蝕性的低壓縮性散體材料（中砂、粗砂、礫石、碎石、卵石、礦渣、灰土及素土等），分層夯實作為基礎持力層。此法適用于基坑面積寬大和土方工程量較大的工程，一般用于淺層軟弱地基處理、低洼地域筑高（平整場地）和堆填筑高（道路路基）。當軟弱地基承載力、穩定性和變形不能滿足建筑

31、物的要求，而軟弱土層的厚度又不很大時，換填法能取得較好的效果。采用這種方法施工，不用抽水、不用挖淤，施工簡單迅速。此法適應于池塘、河流等積水洼地，常年積水，且水不易抽干，表層無硬殼，軟土液性指數大，層厚薄，片石能沉達下臥硬層者。換填法按施工方法不同，分為機械換填法，爆破排淤法以及拋石擠於法。換填法可用于處理軟基淤泥、淤泥質土，雜填土、素填土、濕陷性黃土和膨脹土地基以及地基內的暗溝和暗塘。對于上述各類土的淺層軟弱地基及不均勻地基的處理，一般換填是合理且較為經濟的處理方法；換填墊層法適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理；換填墊層應根據荷載性質、結構特點、地基條件、施工機械設備及換填材料等進行設計，

32、并選擇合理的施工方法。換填墊層宜采用砂礫石墊層、碎石墊層、灰土墊層、水泥土墊層和加筋墊層等。1.換填墊層作用與砂墊層相同，不同材料墊層的主要作用包括以下六方面：（1）提高地基承載力由于挖去軟弱土，換填抗剪強度較高的砂或其他填筑材料，必然提高地基承載力。（2）減少墊層下天然土層的壓力（減少沉降量）由于砂墊層或其他墊層的應力擴散作用，減少了墊層下軟弱土層的附加應力，所以也減少了軟弱土層的沉降量。（3）排水加速軟土固結由于砂墊層和砂石墊層等墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎下面的軟弱土層中的孔隙水壓迅速消散，從而加速墊層下軟弱土層的固結和提高其強度，避免地基土塑性破壞。

33、（4）防止凍脹因為粗顆粒墊層材料孔隙大，可切斷毛細管，所以可防止寒冷地區土中冬季結冰所造成的凍張。這是砂墊層的底面應滿足當地凍結深度的要求。（5）消除膨脹土的脹縮作用由于膨脹土具有遇水膨脹、失水收縮的特性，因此挖除基礎底面以下的膨脹土，換填砂或其他材料墊層，可消除膨脹土的脹縮作用，從而可避免膨脹土對建筑物的危害。（6）消除或部分消除黃土的濕陷性。由于黃土具有遇水下陷的特性，因此挖除基礎底面以下的黃土，換填不透水性材料的墊層，可消除或部分消除黃土的濕陷性。為使換填達到預期效果，應保證墊層本身的強度和變形滿足設計要求，同時墊層下地基所受壓力和地基變形在容許范圍。這要求采用合適填料，并使墊層具有足夠

34、斷面，必要時需驗算地基變形。因此，換填墊層的設計內容原則上包括選擇填料、確定墊層斷面和驗算地基變形。2. 墊層填料的選取一般來講，墊層填料應易于夯壓密實，做成墊層后抗剪強度較高，壓縮性較低，并具有良好的水穩性，有可能發生震害的情況下還應符合防震要求。砂土、圓礫、角礫、卵石、碎石、黏性土、粉土、灰土及工業廢渣均可用作墊層填料，選擇時應注意以下原則：（1）砂石填料應具有良好的顆粒級配，最大粒徑不宜大于50mm，不含植物殘體和垃圾等雜物。當應砂土作填料時，宜盡量采用中砂、粗砂或砂礫；如果采用粉細砂，應摻入25%30%的卵石或碎石。對濕陷性黃土地基的換填處理不宜采用砂石及其他滲水材料作為填料，以防水透

35、過墊層浸濕其下土層。（2）用作填料的黏性土和粉土通常稱之為素土，其中的有機質含量應不超過5%，且不得含有膨脹土或凍土等不良土；如果夾有塊石，其粒徑最好不超過50mm，對濕陷性黃土地基則不得采用夾有石塊或磚瓦塊等粗顆粒的土料。（3）灰土是石灰與素土拌和而成的。用作墊層填料時，素土宜采用黏性土或塑性指數大于4的粉土，其中應不含松軟雜質及粒徑大于15mm的顆粒；石灰最好采用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。石灰與土的體積配合比常為2：8或3：7。（4）用作墊層填料的工業廢渣應質地堅硬，性能穩定且無侵蝕性，最大粒徑及合適的級配宜通過試驗確定。除上述外，選用墊層填料應盡可能就地取材。原則1.換填墊層種

36、類的選擇換填墊層法適用于處理各類淺層軟弱地基。當在工程范圍內上層軟弱土較薄，則可采用全部換填處理。對于較深厚軟弱土層，通過技術經濟比較，也可只換填上部部分厚度的軟弱土層或采用換填與其他地基處理措施相結合的綜合方法。工程實踐表明，采用換填墊層全部置換厚度不大的軟弱土層，可取得良好效果。換填法效果受地基上部荷載影響顯著。對于鐵路路基、站場場坪等工程，采用換填墊層處理上層部分軟弱土時，傳遞到下臥層頂面的附加應力較小時，也可取得較好的效果。對于高填方路基，由于附加荷載對下臥層的影響較大，如僅換填軟弱土層的上部，地基仍將產生較大的變形及不均勻變形。針對線路工程的不同特點和所在區域的工程地質條件，應考慮換

37、填材料的強度、穩定性、壓力擴散能力、密度、滲透性、耐久性等因素。當換填量較大時，應綜合考慮換填材料的性能、價格、來源、對環境的影響、及使用條件。此外，還應考慮所能獲得的施工機械設備類型、適用條件等因素，從而合理地進行換填墊層設計及選擇施工方法。不同墊層方法的適用范圍參見說明表8-5。表8-5 不同墊層適用范圍墊層種類適用范圍砂石墊層多用于鐵路工程濱、塘、溝、水田等的基底的局部處理，適用于一般飽和、非飽和的軟弱土和水下黃土地基處理，不宜用于濕陷性黃土地基處理、大面積堆載、密集基礎和動力基礎的軟土地基處理，砂墊層不宜用于地下水流速快、流量大的地層灰土墊層適用于含水量較高的軟弱地基處理，尤其適用于濕

38、陷性黃土地基處理水泥土墊層適用于含水量較低的軟弱地基處理加筋墊層對靠近岸、邊坡邊緣的鐵路基底，存在路堤滑動穩定時，優先采用2.墊層設計原則（1）墊層厚度合理確定墊層厚度是墊層設計的主要內容。墊層厚度的設計應遵循以下原則：首先墊層能換除基礎下直接承受上部荷載的軟弱土層，代之以能滿足承載力要求的墊層；其次荷載通過墊層的應力擴散，使下臥層頂面受到的壓力滿足小于或等于下臥層承載能力的條件；再者基礎持力層被低壓縮性的墊層代換，以減少地基的沉降量。通常根據土層的情況確定需要換填的深度，對于淺層軟弱土厚度不大的工程，應置換掉全部軟弱土。對需換填的軟弱土層，首先應根據墊層的承載力確定基礎的寬度和基底壓力，再根

39、據墊層下臥層的承載力，設置墊層厚度。壓力擴散角應隨墊層材料及下臥土層的力學特性差異而定，可按雙層地基的條件來考慮。考慮到地下水位較高區域，換填基坑開挖過深需要采用降水措施。同時，基坑開挖工程量大，坑壁放坡占地面積大或邊坡需要支護，易引起鄰近地面、管網、道路與建筑的沉降變形破壞因此，換填法的處理深度通常控制在3m內較為經濟合理。（2）墊層寬度確定墊層寬度時，除應滿足應力擴散要求外，還應考慮墊層應有足夠的寬度及側面土的強度條件，防止墊層材料向側邊擠出而增大墊層豎向變形。常用方法依然是按擴散角法計算墊層寬度或根據當地經驗取值。當z/b>0.5（z為路基底面以下墊層厚度，b為路基底面寬度）時，墊

40、層厚度較大，按擴散角確定墊層的底寬較寬，而按墊層底面應力計算值分布的應力等值線在墊層底面處的實際分布則較窄。當兩者差別較大時，也可根據應力等值線的形狀將墊層剖面做成倒梯形，以節省換填的工程量。當基礎荷載較大，或對沉降要求較高，或墊層側邊土的承載力較差時，墊層寬度可適當加大。2.1.3設計通過分析現場試驗結果，各種不同材料的墊層，雖然其應力分布有所差異，但其極限承載力比較接近，并且沉降特點基本相似，所以各種材料的墊層都可近似按砂墊層計算方法設計。砂墊層的設計不但要求滿足鐵路路基對地基強度、穩定性以及變形方面的要求，而且要符合技術經濟的合理性。砂墊層設計的主要內容是確定墊層斷面的合理厚度和寬度。以

41、此，加筋墊層土工合成材料應選用耐久性好的土工格柵、土工格室和土工織物等，其性能和鋪設要求應滿足鐵路路基土工合成材料應用設計規范（TB 10118）的規定。墊層材料應具有良好的透水性，墊層填料宜采用碎石、礫石、中粗砂等材料。（1）確定墊層厚度墊層厚度應根據需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并符合式（8-1）要求：砂墊層的厚度應根據墊層底部軟弱土層的地基承載力設計值來確定，即作用在墊層底面處的總應力（自重應力和附加應力之和）不超過墊層底部軟弱土層的地基承載力設計值，即滿足式(8-1) （8-1）式中：墊層底面處的附加壓力（kPa）；墊層底面處土的自重壓力（kPa）；墊層底面地基容許承載力（

42、kPa）。地基承載力計算修正系數，對于擋土墻、涵洞等剛性基礎地基其值取1；對于路堤、場坪等柔性基礎地基其值可取1.21.5。墊層底面處的附加壓力可分別按下式計算：條形基礎 （8-2）矩形基礎 （8-3）式中： 矩形基礎或條形基礎底面的寬度(m)；矩形基礎底面的長度(m)；基礎底面處的平均壓力(kPa)；基礎底面處土的自重壓力(kPa)；墊層的厚度(m)；墊層的壓力擴散角（°），宜通過試驗確定，當無試驗資料時，可按表8-6選用。表8-6壓力擴散角 (擴散換填材料砂層（中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、碎石、卵石）灰土、水泥土0.2520280.503028注：1 當<0.25，除灰土

43、取=28°外，其余材料均取=0°，必要時，宜由試驗確定；2 當0.25<<0.5時，值可內插求得。換填墊層的厚度z不宜小于0.5m，也不宜大于3m。墊層底面的寬度應滿足應力擴散的要求，可按式（8-4）確定： （8-4）式中：墊層底面寬度(m)；壓力擴散角，可按表8-6選用；當<0.25時，仍按表中=0.25取值。（2）確定墊層寬度墊層頂面寬度可從墊層底面兩側向上，按基坑開挖期間保持邊坡穩定的當地經驗放坡確定。墊層頂面每邊超出基礎底邊不宜小于300 mm。砂墊層的寬度除要滿足應力擴散的要求外，還要根據墊層側面土的承載力特征值來確定，防止墊層向兩邊擠出。如果墊

44、層寬度不足，四周側面土質又比較軟弱時，墊層就有可能部分擠入側面土中，使路基沉降增大。砂墊層材料應選用級配良好的中、粗砂為好，可摻入一定數量的碎（卵）石，但要分布均勻，含泥量不超過3%，并要除去樹皮、草根和垃圾等雜物。如果用細砂，應摻入30%50%的碎（卵）石，碎（卵）石的最大粒徑不應大于50 mm。若用作排水固結地基砂、石材料，含泥量也不超過3%，碎（卵）石的最大粒徑也不應大于50 mm。（3）換填墊層下臥層沉降和承載力驗算換填墊層應對下臥層承載力驗算，必要時墊層承載力可通過現場試驗確定。墊層地基的變形由墊層自身變形和下臥層變形組成。沉降包括墊層自身的變形量和下臥層變形量之和，見式（8-5）。

45、 （8-5）式中：基礎沉降量，單位為mm；墊層自身的豎向壓縮量，單位為mm；壓縮層厚度范圍內（自墊層底面算起）各土層豎向壓縮變形量之和，單位為mm。粗粒換填材料墊層在施工期間墊層自身的壓縮變形已基本完成，且量值很小。因而對于碎石、卵石、礫石及砂墊層，在地基變形計算中，可以忽略墊層自身部分的變形。但對于細粒材料的尤其是厚度較大的換填墊層，則應計入墊層自身的變形。墊層下臥層的變形量按公式（8-6）計算： （8-6）式中：地基總沉降量； 瞬時沉降量；主固結沉降；次固結沉降。地基壓縮層厚度按照式（8-7）計算： （8-7）式中：sz沉降計算深度z處的地基垂直附加應力；st沉降計算深度z處的地基自重附加

46、應力；墊層壓縮模量由荷載試驗確定。當無試驗資料時，砂墊層壓縮模量可選用2430MPa，其他墊層的壓縮模量可以查閱相關規范。墊層豎向壓縮量按式（8-8）計算， （8-8）式中：墊層厚度；墊層的壓縮模量；基底有效應力擴散系數，平面問題，空間問題；基底平均有效應力，單位為kPa。大小為式（8-9）。 （8-9）式中：地表面以上建筑物傳給基礎的豎向荷載，單位為kN；基礎底面積，單位為m2；基礎埋置深度，單位為m；基礎底面以上原土的重度，單位為kN/m3；基礎底面以上回填土與基礎的平均重度（地下水位以下用浮重度），一般可取20 kN/m3。2.1.4施工墊層施工前應對換填范圍和深度進行復核。墊層的施工方

47、法、分層鋪填厚度、每層壓實遍數等宜通過現場試驗確定。除接觸下臥軟土層的墊層底部應根據施工機械設備及下臥層土質條件確定厚度外，一般情況下，墊層分層鋪填厚度可取200300 mm。基坑開挖時應避免坑底土層受擾動，可保留約200 mm厚土層暫不挖去，防止其被踐踏，受凍或受水浸泡，待鋪填墊層前再挖至設計標高。在碎石或卵石墊層底部宜設置150300 mm厚砂墊層或鋪一層土工織物，以防止下臥土層表面局部破壞，同時必須防止基坑邊坡坍土混入墊層。墊層底面宜設在同一標高上，如深度不同，基坑底土面應挖成階梯或斜坡搭接，并按先深后淺的順序進行墊層施工，搭接處應夯壓密實。2.1.5質量檢驗換填墊層質量檢驗內容包括墊層

48、壓實質量及承載力等。壓實質量檢驗應符合以下要求：1.換填墊層應檢測壓實系數，灰土墊層和水泥土墊層還應檢測無側限抗壓強度；2.對路基基底換填，沿線路縱向每一壓實層每100m抽樣檢驗3個點，其中換填層中間1個點，兩側距換填層邊緣2m處各1點；對剛性基礎基底換填，每層100m2檢查不少于5處。3.對剛性基礎基底換填墊層應通過載荷試驗進行承載力檢驗，每個單體工程不宜少于2處。旋噴樁質量檢驗內容應包括樁身完整性、均勻性，樁身強度，單樁或復合地基承載力等。旋噴樁的完整性、均勻性、無側限抗壓強度可采用以下方法檢驗：1.成樁7d內，可采用低應變檢查樁身均勻性。檢查數量為施工總樁數的2，且不少于3根；2.成樁7

49、d后，可采用淺部開挖樁頭(深度宜超過停漿面下0.5 m)，目測檢查攪拌的均勻性，量測成樁直徑。檢驗數量為總樁數的2，且不少于3根；3.成樁28d后，應采用雙管單動取樣器在樁徑方向1/4處、樁長范圍內垂直鉆孔取芯，觀察樁體完整性、均勻性，取不同深度的不少于3個試樣作無側限抗壓強度檢驗。檢驗數量為施工總樁數的2，且不少于3根。旋噴樁承載力檢驗宜在成樁28d后進行。應采用單樁或復合地基載荷試驗，檢驗數量為總樁數的2 ，且不少于3根。2.2沖擊碾壓概述沖擊碾壓施工是采用沖擊式壓實機（一種高振低頻率的新型壓實設備），配備壓實輪，壓實輪在牽引拖動行駛滾動中將高位勢能轉化為動能對地面進行沖擊從而對土體深層產

50、生較強的沖擊能量，同時輔以滾壓、揉壓的綜合作用，使土石顆粒之間發生位移、變形和剪切，隨著土石密實度增加，其影響深度也逐漸增加，從而使土體深層隨著沖擊波的傳播得到壓實。有效減少路基的工后沉降量，大大改善不均勻沉降而形成的道路病害，提高路基整體強度和均勻性，對于暴露地基或路基的內部缺陷、避免隱患、提高施工質量等具有顯著的效果。由于沖擊碾壓具有加固效果顯著、適用土類廣、施工簡便、施工期短、施工費用低等優點。沖擊碾壓適用于淺層碎石土、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基處理。沖擊碾壓設計與施工應根據具體的地形地貌、土質條件等因素結合沖擊碾壓的適用范圍綜合確定，大面積施工前應選

51、取代表性場地進行試驗性施工。沖擊碾壓施工應考慮對居民、構造物等周邊環境可能帶來的影響。沖擊碾壓的適用區域概括如下：為解決路基差異沉降問題填挖方交界段應采用沖擊碾壓；保證挖方路段密度均勻，路塹地基應進行填前沖擊碾壓；為消除填方路段天然地基的不均勻性，填方路基或零填路基一般均應該采用填前沖擊碾壓，同時可檢查有無軟基存在，消除沉降差異；為保證路基不發生縱向開裂，小于0.8 m的低填方路段采用沖擊碾壓；當填土質量難于控制時，整體分層壓實后應進行追密沖擊碾壓；高填方路段應采用沖擊碾壓；鋸齒形縱斷面因為填土高度不同，應該全段采用沖擊碾壓；低于最佳含水量的缺水地區的低塑性土宜采用沖擊碾壓；為增加軌道而加寬路

52、基時，加寬部分的原地面和填方后的路基頂面均應該進行沖擊碾壓；遇水膨脹的膨脹巖（土），濕陷性黃土的天然地面應該采用沖擊碾壓。不宜采用沖擊碾壓的路段：重力式橋臺臺背50 m以內的路段；填方高度小于5 m有涵管的路段；距原地面23 m存在軟土夾層的路段；相對含水量大于0.6的天然地面；距坡腳50 m以內有古建筑或危房的地方；距防洪堤50 m以內的路段；已設路肩擋墻的路段；粉性土路堤；有古墓的地點；探明有溶巖和溶洞的地點。設計（1）沖擊碾壓范圍沖擊碾壓處理范圍應大于基底范圍，宜超出路堤坡腳或基礎外緣3 m。沖擊碾壓的寬度不宜小于6 m，長度不易小于100 m。（2）加固深度沖擊碾壓的加固深度原則上部易

53、超過3 m，實際的壓實深度和壓實影響深度應根據現場沖擊碾壓試驗或當地經驗確定。地基和路塹的沖擊碾壓效果等與土質條件、沖擊壓路機型號、沖擊碾壓等密切相關；因此施工前應選取代表性場地修筑試驗路段對于強夯機夯實土基，工程實踐中美國人Menard提出過影響深度經驗式： （8-10）式中： H影響深度（m）；M夯錘質量（1000kg）；h落錘高度（m）根據國內實際施工情況并考慮土壤參數的影響因素，對上式進行修正得： （8-11）其中：H加固深度（m），加固系數，一般濕陷性黃土取0.340.5，高填方土取0.60.8，砂性土和雜土取0.450.6。（3）地基穩定性和沉降計算沖擊碾壓后的地基沉降按照附錄計算，土層變形指標應根據原位測試、土工試驗和地區經驗及類似工程計算參數等因素綜合選取。換填后的地基軟弱土層較薄，穩定性分析方法可采用圓弧滑動法和不平衡推力法計算。沖擊碾壓壓實影響深度內擊碾壓遍數應根據設計要求的壓實標準和沉降量控制值來確定，或現場施工時以沖擊輪輪跡高差小于15mm來控制沖擊碾壓次數。沖擊碾壓寬度不宜小于6m，自行式沖擊壓實機單塊最小沖壓施工面積不宜小于1000m2，牽引式沖擊壓路機單塊施工面積不宜小于1500m2，工作面較窄時需設置轉彎車道