换土垫层是处理浅层软弱地基工程中极为常见的方法，它依靠将软弱地基中一定深度的软土层挖除，然后分层换填上砂（或砂石）、砾砂、碎（卵）石、矿渣（粉煤灰）、高炉干渣、灰土等强度较大的材料，并配合以重锤夯实、强夯、振动压实等方法、工艺，提高地基的整体承载能力。换土垫层工艺较为简单，尤其是在浅层地基处理工程中应用广泛，而具体的换填材料也有多种，可以根据实际需求选择不同的材料。

 

　　2.砂石垫层的适用范围和作用

 

　　2.1适用范围。

 

　　2.1.1换土砂（砂石）垫层施工是指以砂或砂砾石（碎石）混合物为原材料的基础换土施工。

 

　　2.1.1.1其主要应用范围在于：（1）一般性的饱和、非饱和软弱土或水下黄土地基工程。（2）中小型建筑工程的浜、塘、沟等的局部地基处理。（3）房建施工中，深度在3m以内的软弱、透水性强的黏性土层地基。

 

　　2.1.1.2砂石垫层不宜用在：（1）地下水位较高且地下水流量大、水流速度较快的地基工程。（2）加固湿陷性黄土地基和渗透系数小的黏性土地基工程中。（3）大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理中。

 

　　2.1.2另外，要注意的是砂石垫层的厚度一般应控制在（0.5～2.5）m之间，其性价比可达到最好。如果实际工程中换填厚度小于0.5m，则很难发挥效用；而如果厚度超过3m，则经济费用增加，施工难度也相应增大。

 

　　2.2砂石垫层在地基处理中的作用。

 

　　砂和地基垫层在经过分层夯实之后作为地基的持力层，具有有以下几点作用：

 

　　（1）提高浅层地基的承载力。地基中的剪切破坏作用通常是从基础底面下的边角位置开始的，并且随着基底压力的增加会逐渐向纵深方向发展。所以，当基底面以下浅层范围被换填成强度较大的砂石材料时，可以降低剪切破坏作用力，从而提高地基的整体承载力。

 

　　（2）加速地基的排水固结。砂石垫层透水层较大，在地基受到压力作用后便形成良好的排水面，可以使得下层空隙水压力迅速消散，避免对地基土造成塑性破坏。同时，还可以加速对砂石垫层以下软土层的固结，提高软土层强度。

 

　　（3）降低基础的沉降量。通常基础中浅层部位的后期沉降量在基础整体沉降量中占有很大的比例。而且理论上土体侧向变形所导致的沉降，也是浅层部分比例大。因此以砂石垫层来换填浅层的软土，可以有效降低后期基础的整体沉降量。

 

　　（4）缓冲的作用。房屋工程中如地基为膨胀土时，采用砂垫层可以消除地基中的胀缩作用，通过砂垫层的调节，对地基变形起到缓冲作用。具体的换土厚度根据基础下距膨胀土的距离和膨胀土深浅确定，通常为60cm，此工艺在住宅、办公楼以及学校教学楼等工程中使用较多，其特点在于房屋使用多年后，墙体未出现明显的裂缝。

 

　　3.砂石垫层施工技术与质量控制

 

　　3.1材料质量要求。

 

　　砂石垫层的材料在整体上要求具备良好的振实加密性能。对于砂材料而言，要选择颗粒级配良好、质地坚硬的中砂或粗砂。如果实际工程中采用细砂或粉砂时，要掺加适量的碎石或卵石（粒径在20mm～50mm为适宜），掺加的碎石或卵石量不少于总重的30%，石子和细砂或粉砂要均匀混合。另外，为防止施工中的含粉尘量过多，可对材料事先进行冲洗干净，然后再和粗砂混合搅拌均匀使用。砂中有机质含量要小于5%，含泥量不超过5%，换填垫层如兼做排水垫层时，含泥量则要控制在3%以下。如采用砂石材料，要尽量采用自然级配的砂砾石（或卵石、碎石）混合物，粒级在50mm以下，其含量控制在50%以内，混合物中不能含有植物残体、生活垃圾等杂物，含泥量要小于5%。

 

　　3.2砂石垫层施工要注意控制含水量，含水量很低的砂土，碾压效果往往不好；含水量过大效果同样不好，以润湿到饱和状态时效果最好。施工中如遇到有地下水浸泡的可能，应首先摊铺一层碎石或毛石。当施工中地下水位较高或在饱和的软弱地基上摊铺垫层时，则要加强基坑内的排水及外围的挡水、降水措施，以防止砂垫层被地下水浸泡而出现流失的现象，保障基坑边坡的稳定性。通常，地下水位降低至基坑底500mm为适宜。

 

　　3.3换填砂垫层工艺的关键步骤在于将砂石材料振实加密到设计要求的密实度（如达到中密）。

 

　　（1）为此，首先在施工中应严格遵循分层摊铺，分层夯实的原则，并注意控制好每层厚度。其次，每层砂石在夯实（碾压）之前，按照每100m2设置一处纯砂检测点，采用机械碾压过后在纯砂点取样检测，在砂的干密度合格之后才能进行上层施工。

 

　　（2）施工中如果想进一步提高砂垫层的质量，可加大机械的功率。现阶段常用到的砂垫层施工方法有振实法、碾压法、水撼法、夯石法等多种，要根据不同的施工条件、砂石材料、施工设备等条件选用合适的方法，其各自的特点如表1所示。

 

　　4.施工中质量注意事项

 

　　4.1要开挖基坑时要保留200mm厚原土层不要挖，等铺填垫层前再挖到设计标高，防止对垫层下面的软弱土层的扰动，施工期间要注意天气变化情况，尽量避开下雨天，预防开挖后地基被水浸泡和边坡塌土。

 

　　4.2砂石垫层施工前先将基坑底部浮土清理干净，保证槽底的平整干净，误差控制在20mm以内。分层摊铺砂垫层的厚度控制在（150～200）mm，不得超铺。如采用碎石垫层施工，要注意在基坑底铺一层砂垫层，以防止坑底土层结构（特别是膨胀土层结构）被破坏，产生基础附加沉降。

 

　　4.3垫层材料如选用砂石垫层，砂石比例为3：7左右，且宜采用中砂，砂中不应有大的鹅卵石或碎石，石子最大粒径不得大于50mm，含泥量应符合规范要求。如果地下水位较高，基槽开挖后已出现地下水或滞留水层，为了便于施工，在砂垫层下加铺砌毛石一层，再夯填砂石垫层，以保证砂石垫层夯铺密实，使垫层不处在地下水位以下。对湿陷性黄土或膨胀土地基，不能用中砂、粗砂、砾砂、碎（卵）石等透水性材料作换填材料。

 

　　4.4砂石垫层施工质量检查。

 

　　（1）常用环刀法、灌砂法、灌水法、钢筋贯入法等方法检测，环刀法适用于对砂，矿渣（粉煤灰）、高炉干渣、灰土压实系数的检测。灌砂法、灌水法适用于对砂石、砾砂、碎（卵）石压实系数的检测。钢筋贯入法适用于对砂压实系数的检测。

 

　　（2）环刀法使用容积200cm3的环刀在振捣密实后的砂垫层中取样，测定其干密度，并以不小于该砂料在中密状态时的干密度（单位体积干土的质量）为合格。中砂干密度控制大于等于1.60t/m3，粗砂干密度控制大于等于1.70t/m3。砂石垫层的质量检测时取样的容积应足够大，且相应的干密度应提高。如在砂石垫层中设置纯砂检验点，则在同样的施工条件下，可按上述砂垫层方法检测。

 

　　4.5做好砂垫层的沉降观测。沉降观测的次数和时间应遵循设计要求，通常在设置稳固后进行第一次观测，以后每增加一层应观测一次，整个施工时间的观测次数应超过4次。房屋工程中，竣工之后的第一年观测四次，第二年两次，第三年后每年一次，直至下沉稳定。

 

　　5.结语

 

　　砂垫层换填法适用于处理3m以内的软弱地基、透水性强的粘性土地基工程，它不仅工艺方便、简单，而且成本相对较低，有着不错的经济效益。但在实际的施工过程中，还需要施工人员熟悉工艺的特点和施工中的技术难点，以便于控制好换填工程的质量，从而更好地为工程项目服务。

 

　　参考文献

 

　　[1]刘顺义，范晓英.用换土垫层法处理软弱地基[J].沈阳建筑工程学院报，2008，14（1）：83～87.

 

　　[2]雷强.换土垫层法在某工程中的应用实例[J].福建建筑，2011，（2）：53～54.

 

　　[3]姚鹏，陈湘桂.砂石垫层法在软土地基中的应用一例析[J].安徽建筑，2009（1）：77～78.