砂石垫层法在建筑地基处理中的应用
发表时间：2019-06-19T11:05:42.400Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：杨艳[导读] 摘要：近年来，建筑行业随着国民经济的进步而不断发展壮大，这一切都与科学管理及技术创新存在密切的联系，一直以来，建筑施工过程中有较多难题存在，例如建筑地基换土问题的出现，逐渐引起人们的广泛关注，因此应不断对地基施工技术进行改进。
山东省淄博建衡工程检测研究中心 255000摘要：近年来，建筑行业随着国民经济的进步而不断发展壮大，这一切都与科学管理及技术创新存在密切的联系，一直以来，建筑施工过程中有较多难题存在，例如建筑地基换土问题的出现，逐渐引起人们的广泛关注，因此应不断对地基施工技术进行改进。本文介绍了砂石垫层法处理地基基础的优点，论述了砂石垫层的适用范围及主要作用，并着重对其设计及施工中的一些注意事项进行探讨。
关键词：砂石垫层法；地基；设计；施工砂石垫层法是地基浅层处理的一种常用方法，属于换填法。其原理是先将基础底面以下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、高炉下渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性的材料，再分层夯实，作为地基持力层。下面，笔者就砂石垫层法在建筑地基处理中的相关技术问题进行阐述，以供同行参考。
一、砂石垫层的适用范围及主要作用
就换填材料的不同而言，砂石垫层是现实施工中最常用换填方法，应用范围广泛，主要适用于中小型建筑工程的塘、浜、沟等的局部处理及一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理，不宜用于地下水位较高，且地下水流量大、流速快的地基处理及大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理。大量工程实践证明，各种换填材料经过压实换填后都可以提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩等作用，是当前地基处理技术中比较经济可行的方法之一。
砂石垫层在浅层地基处理中比由桩体组成的复合地基更快捷、价廉，其作用主要体现在以下三个方面：（1）提高基础底面以下地基浅层的承载力。地基中的剪切破坏是从基础底面下边角处开始，随基底压力的增大而逐渐向纵深发展的，因此当基底面以下浅层范围内可能被剪切破坏的软弱土为强度较大的垫层材料置换后，可以提高承载能力；（2）减少沉降量。一般情况，基础下浅层的沉降量中所占得比例较大。由于土体侧向变形引起的沉降，理论上也是浅层部分占的比例较大。以垫层材料代替软弱土层，可大大减少这部分的沉降量；（3）加速地基的排水固结。用砂石作为垫层材料，由于其透水层大，在地基受压后便是良好的排水面，可使基础下面的空隙水压力迅速消散，避免地基土的塑性破坏，且可加速垫层下软弱土层的固结及其强度的提高。
二、砂石垫层法的设计与计算
1.垫层承载力的确定
以现场载荷试验确定为宜，若是一般工程无试验资料时，可依据压实系数λc，按如下图表进行选择。
各垫层承载力
备注：卵石或碎石的最大干密度可取20～22kN/m3。
2.垫层厚度的确定
根据《砂石垫层受力示意图》可知，其厚度Z应根据地基承载力确定，即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和不能超过经修正后超挖深度处的地基承载能力。
即：Pz+Pcz≤fz
式中：Pz——附加压力设计值（kPa）； Pcz——垫层底面处土自重压力值（kPa）； Fz——经修正后超挖深度处的地基承载能力。
其中，Pz的简化计算法如下：条形基础Pz=b（p-Pc）/b+2ztanθ 矩形基础Pz=bl（p-Pc）/（b+2ztanθ）（1+2ztanθ）式中：b——矩形基础宽度 l——矩形基础底面长度； P——基础底面压力； Pc——基础底面处土的自重压力； z——基础底面下垫层的厚度； θ——垫层的压力扩散角。θ可按下表进行选取。
备注：当z/b<0.25时，除灰土仍取θ=30°外，其余材料均取θ=0°；当0.25<0.5时，θ值可内插求得。="" <="" p=""> 3.垫层宽度、长度的确定
根据《砂石垫层受力示意图》可知，基础垫层的宽度b'=b+2ztanθ，基础垫层的长度l'=l+2ztanθ。而根据所在土质情况，施工时作业面最好超出基底300～500mm。机械开挖深度大于2m时还考虑宽度b'、长度l'上的放坡系数。
式中：b'——砂石垫层的设计宽度； b——钢筋混凝土筏板基础的设计宽度； l'——砂石垫层的设计长度； l——钢筋混凝土筏板基础的设计长度； z——砂石垫层的厚度； θ——压力扩散角。
4.垫层厚度变化的处理方法
由于土质的变化或为了调整沉降差时，各基础底部的垫层厚度并不相同，当垫层厚度的高差h≤lm时，可做成梯形，其水平长度l与垂直高差h的比值为2：1，当相邻的基础一个采用天然基础，另一个采用砂石垫层时，仍应按上述比例做成阶梯形，或者在此两地基之间做一道砖砌或混凝土的隔墙。
三、施工中的注意事项
1.材料要求。（1）砂。在施工中一般采用级配良好的、质地坚硬的石屑、中砂、粗砂、跞砂、圆砂、角砾、卵石、碎石等材料，其颗粒的不均匀系数D60/D30≥5；不含有植物残体、垃圾等杂质、且含泥量不应超过5%。为了保证基底土质良好渗透性，不宜使用含有淤泥杂质的土方砂。（2）碎石充砂。在施工中通常采用10～40（mm）的普通碎石，施工时，为减少含尘量，可清洗干净后再与粗砂混合搅拌均匀使用，砂∶石一般为3∶7。
2.施工方法。施工中务必保证将砂石加密至设计所要求的密实度，加密方法常采用平振法、夯实法、碾压法。此三种方法都要求先将砂石拌合均匀后，在基坑内分层铺设，然后逐层振实或压实，分层的厚度视振动力而定，一般为200～250mm。其中，平板式振动器、蛙式夯一般适用于面积较小的砂石垫层，碾压法适用于大面积砂石垫层。
3.最优含水量的确定。宜采用垫层材料最优含水量作为施工控制含水量，以获得最佳的夯压效果，当用平板式振动器时，最优含水量可取15%～20%，当用平碾或蛙式夯时可取8%～12%。
4.铺筑砂石垫层前，应组织有关单位共同验槽，包括轴线尺寸、水平标高、地质情况，如有无孔洞、沟、井、墓穴等。应在未做地基前处理完毕并办理隐检手续。并检查基槽（坑）、管沟的边坡是否稳定，并清除基底上的浮土和积水。
5.开挖基坑铺设垫层时，切忌扰动软弱土层的表面，坑底土的结构在施工时遭到破坏后，其强度就会明显降低，进而导致在建筑物荷重的作用下产生很大的附加沉降，因此，基础开挖后应及时回填，切忌暴露过久或浸水，并严禁踩踏坑底。
6.砂和砂石地基底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，基土面应挖成踏步和斜坡形，各分层搭接位置应错开0.8～1m距离，长高比宜大于2，搭接处应注意压（夯）实，并按先深后浅的顺序进行施工。
7.捣实砂石垫层时，切忌破坏底面和侧面土的强度，因此，对基坑下灵敏度大的地基如淤泥、淤泥质土等，在垫层最下层宜先铺设150～300mm厚的松粗砂，须用木夯夯实，切忌用振捣器，否则会破坏基底的结构。
8.当淤泥或淤泥质土厚度较小时，在碾压荷载下抛石能挤入该层底面时，可采用抛石挤淤处理，这样石料层层挤压构成稳定的承重骨架而承受绝大部分上部荷载，形成坚实的垫层。
9.做好质量检验。可采用环刀法或钢筋贯入法来控垫层压实系数（一般的砂石垫层压实系数为0.94～0.96），必须分层进行垫层的质量检验，每压实一层就检验该层的平均夯实系数，当符合设计要求后，才能铺填上层。
总之，砂石垫层所需材料分布广泛，可以就地取材，且利用砂石垫层对地基进行处理，具有工期短、造价低、效果好等优点，值得推广。但我们同时也要注意，施工中要根据建筑物的结构特点、体型、荷载性质和地质条件等综合分析，并严格按国家有关专门规定进行换填材料选择、换填垫层设计（包括承载力和变形控制），如此才能更大地提高地基的承载力，充分发挥砂石垫层在工程地基处理中的作用。
参考文献：
[1].刘万江.砂石垫层做法探讨【J】.中国勘察设计.2008，（04）
[2].夏俊林.砂石垫层在工程中的应用【J】.农业装备技术.2008，（04）
