[科普中国]-砂石垫层

砂石垫层是一种直接置换地基持力层中软弱土的处理方法，适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基和不均匀地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。施工时在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者将基底下一定深度的软弱土层挖除，分层填回砂、碎石等强度较大的材料，并加以夯实振密。回填材料有多种，但其作用和计算原理基本相同。换填垫层可用于单独的基坑、基槽，也可用于满堂式置换。砂和砂石垫层的作用明确，设计方便，但其承载力在相当程度上取决于施工质量，因此必须精心施工。如设计要求合适、施工质量保证，地基承载力特征值可达150～180kPa。

换填垫层的作用换填垫层的作用主要有以下几方面：

①提高地基持力层的承载力。用于置换软弱土层的材料，其抗剪强度指标常较高，因此垫层（持力层）的承载力要比置换前软弱土层的承载力高许多。垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定。

②减少地基的沉降量。地基持力层的压缩量在总沉降量中所占的比例较大，由于垫层材料的压缩性较低，因此设置垫层后总沉降量会大大减少。此外，由于垫层的应力扩散作用，传递到垫层下方下卧层上的压力减小，也会使下卧层的压缩量减小。

③调整地基的不均匀沉降。在垫层设计中，有时会根据上部荷载的特点，将垫层设计成不等厚度，用来调整地基的差异沉降。此外，在山区地基中，常会遇到岩土软硬不均的情况，这时可把出露在基底的岩石凿去一定厚度，然后回填可压缩的砂或素土，并分层夯实，使之与压缩性较高的土基部位的变形相适应。

④加速地基的排水固结。砂和砂一碎石垫层的透水性较大，可成为下卧饱和软土的排水面，使软土上部的孔隙水压力较易消散，从而加速软土的固结和软土抗剪强度的提高。此外，砂和砂一碎石垫层可以防止冻胀和消除膨胀土地基的胀缩作用。在季节性冻土地区，砂土一般没有冻胀性；而用砂垫层置换膨胀土，可以有效地避免土的胀缩。1

砂石垫层的宽度砂石垫层宽度的确定，应从两方面考虑：一方面要满足压力扩散角的要求，二是要有足够的宽度以防止砂石垫层向两侧挤出。如果垫层两侧的填土质量较好，具有抵抗水平向附加应力的能力，侧向变形小，则垫层的宽度主要按压力扩散角考虑。垫层顶面宽度可从垫层底面两侧向上按当地开挖基坑经验的要求放坡，垫层顶面每边宜超出基础底边不小于300mm。垫层的剖面尺寸确定后，对比较重要的建筑物还要求验算基础的沉降。验算时可不考虑垫层的压缩变形，仅按常规的沉降计算公式计算下卧软土层引起的基础沉降。1

砂石垫层的施工要点①砂石垫层的材料必须具有良好的振实加密性能，宜选用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑（粒径小于2mm的部分不应超过总重的45%），且应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂物。若只用粉细砂或石粉（粒径小于0.075 mm的部分不超过总重的90%）时，应均匀掺入不少于总重30%的碎石或卵石。砂石的最大粒径不宜大于50mm。

②基坑开挖时应避免坑底土层受扰动，可保留约200mm厚的土层暂不挖去，待铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏、受冻或受水浸泡。在碎石垫层底部宜设置150～300mm厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。在地下水位以下施工时，应采取降低地下水位的措施（水撼法施工除外），使基坑保持无积水状态。如因垫层下方土质差异而使垫层底面标高不一时，基坑（槽）底宜挖成阶梯形，施工时按先深后浅的顺序进行，并应注意搭接处的质量。

③砂石垫层施工的关键是将砂石材料振实加密到设计要求的密实度(压实系数0.94～0.97)。如要求进一步提高砂石垫层的质量，则宜加大机械的功率。砂石垫层的施工方法有振实法、水撼法、夯实法、碾压法等多种，可根据砂石材料、地质条件、施工设备等条件选用。施工时应分层铺筑，在下层的密实度经检验达到合格要求后，方可进行上层施工。砂垫层施工时的含水量对压实效果影响很大，一般以润湿到接近饱和状态时效果最好。1

成品保护措施(1)施工时应妥善保护标高控制桩，防止碰撞位移，并应经常复测。

(2)对伸出墙的设备管线、埋入垫层中的各种管线均应妥善保护，防止施工时碰撞或损坏。

(3)施工中遇雨、雪天要做临时覆盖．以防垫层被浸泡或受冻。

(4)垫层施工完后，应及时进行下道工序施工，否则，应进行围挡和临时遮盖．并经常洒水湿润。

(5)施工完的垫层不得在上堆放重物和行驶车辆。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学