砂石垫层法是地基浅层处理的一种常用方法（即换填法）。当软弱土地基的承载力和变形不能满足建筑物的要求，厚度又不很大时，常采用强度较高的砂石垫层置换基础底面下处理范围内的部分或全部软弱土层以提高地基承载力，使其满足建筑物上部荷载的要求。施工实践证明，使用砂石垫层法处理地基效果显著，且可就地取材，施工机具简单、快捷而经济，得到了广泛应用。
1作用机理
砂石垫层除具有刚性垫层的提高承载力、减少沉降量、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩作用外，还能加速软弱土的固结、调节不均匀沉降。砂石垫层实际是级配很差的粗粒土。粒径较大的部分在整个垫层中起骨架作用，而粒径较小的部分存在于较粗颗粒的孔隙之间，在一定的作用下在较大颗粒的孔隙间移动，来达到平衡变形的作用。另外，砂石垫层作为粗粒土，其化学成分也较简单，表面电荷很少，基本上无极性。因此，粗粒土孔隙度虽小于粘性土，但其对水的吸附及结合作用较小，渗透性系数却往往比细粒土高2～5个数量级，可以在垫层与地基土的接触面上形成一个良好的水流通道，加速软弱土的排水固结过程。
2砂石垫层在地基处理中的应用
因为砂石原料易得、价廉，比起其他复合地基操作简便，成型快，耗资低，所以被广泛应用于一般中小型建筑中。
2.1砂石垫层置换地基局部软弱土层
对于建筑场地大部分承载力较高而局部地区较弱的地基，若使用灰砂桩处理，就可能造成整个地基不均匀。这时，一般采用砂石垫层置换局部软弱土层，来提高地基局部承载力，使整个地基均匀一致，减少建筑物的不均匀沉降。如，某4层砖砌体综合楼，建筑平面呈口字形，分东西南北4幢楼，基础为混凝土条基，埋深2m。南楼基础下有一厚1～2m的软弱土层，地基承载力仅100KPa，其他3幢楼基础下为粘土类土，地基承载力为150KPa，由于4幢楼是一个整体，仅有2道沉降缝，为控制不均匀沉降，决定对南楼地基进行处理。采用砂垫层，置换1～2m厚的软弱土层，按规定退台，并分层夯填。施工中控制承载力达到160KPa。
2.2砂石层置换地基全部软弱地基的上层土层
对于基础下软弱土层的厚度不是很大，但其承载力和地基变形满足不了上部结构荷载的要求时，可用砂石垫层置换软弱土层的上部土层，大到提高地基承载力，降低建筑物沉降量的作用。如某地l-2层房屋基础下遇软弱土层一般置换300mm砂垫层：3-4层房屋基础下遇软弱土层，一般置换300mm-500mm砂石垫层：5-7层房屋基础遇软弱土层，一般置换500mm-600mm砂层垫层，具体工程置换厚度及宽度应通过计算确定。
2.3砂石垫层置换地基下部分膨胀土地基
建在膨胀土地基上的多层砌体房屋，为消除膨胀土的胀缩作用，多采用砂石垫层。砂石垫层置换厚度要根据基础距膨胀土的距离和膨胀土的深浅来确定。过去建在膨胀土地带的建筑物，不少墙体开裂，例如一栋3层外廊教学楼，因直接建在膨胀土地基上而未采取措施，使用数年后虽经3次加固，但最终墙体开裂严重，变成危房。所以新建建筑物，在设计时就应考虑到膨胀土地基的胀缩作用，采用较多砂石垫层，多年后，建筑物还是正常的。
2.4砂石垫层用在高层建筑的地基处理
在膨胀地基上所建的一些高层建筑，采用箱基、筏基者较多，若膨胀土的厚度不一且，基岩起伏不平，即持力层软硬不一，地基不均匀，在膨胀土的胀缩作用下，应采用砂石垫层作为整个基础底的褥垫层。经过这样的处理，高层建筑地基不均匀变形得到有效控制。
3砂石垫层的施工要点
3.1砂石材料及各项指标的选取
砂石垫层要有较高的压实密度和承载力，填料应满足以下条件：
砂石垫层的填料应选用质地坚硬的粒料，不应混入风化料、软岩破碎料或其它有机杂物。
对于一般建筑物基础，砂、卵石材料含泥量（<0.1mm颗粒含量）不应超过5％，卵石最大粒径100mm，用作排水固结地基或高层建筑物基础的砂、石材料含泥量不宜超过3％，卵石最大粒径不宜大于50mm。
采用天然级配的砂卵石级配良好，其颗粒的不均匀系数最好不小于10，曲率系数C11=1～3。砂卵石垫层中的砂应为洁净的中、粗砂，避免使用细砂。
3.2垫层施工
垫层施工一般应分层铺填、分层压实、分层质量检验。砂石垫层应先确定适当的配比后，再进行施工。
配合比设计：按照砂子与碎石分别占全重70％和30％的比例原则，在实验室进行不同级配两组砂石材料试配，最大干密度均达到21.40kN／m3，说明施工砂石垫层的干容重可以控制在20.30kN／m3～20.80kN／m3，其对应的压实系数便可达到0.95～0.97的预定标准。
压实度的确定：根据JGJ79-91建筑地基处理技术规范中对砂石材料的要求，当压实度控制在0.94～0.97范围时，垫层承载力标准值fmk可达到200kPa-250kPa。为此，垫层应分6层碾压完成。
采用振动碾压法施工工艺，分段摊铺，分层碾压，要求每层虚铺厚度不大于300mm，上下层错缝搭接距保证在2000mm以上。控制砂石混合料含水量在8％～12％之间，否则应洒水或晾干。
施工方法，一般有平振法、插振法、水撼法、夯实法及碾压法等。但在实际施工中，最常用的是平振法。插振法、夯实法和碾压法对下卧层的扰动较大，尤其是在软弱地基或饱和土地基上施工时，易造成地基土大面积破坏或液化，而水撼法在使用时易受到场地条件的限制，且在原地基土含水量较低时，反而可能对地基土造成不利的影响，在施工阶段使地基土强度急剧下降。
砂石料拌匀后即可施工。平振法在施工时可在垫层表面洒少量的水，但禁止使用水龙或胶管直接冲刷。一般每步虚铺砂石25cm左右，采用平板振动器振实3～5遍，厚度为20cm左右，基本上可满足规范要求。当下卧土特别软弱时，第一层虚铺厚度可增加到30cm。
4施工注意事项
第一，铺筑砂石垫层前应先进行验槽、清除浮土，边坡必须稳定，以防塌土。
第二，用于处理膨胀土地基时，对于平坦场地上的Ⅰ、Ⅱ级膨胀土，垫层厚度应≥300mm，宽度不应小于基底宽度，且做好防水处理。
第三，在半土半岩地基上以处理不均匀沉降为主时，垫层厚度应≥500mm。
第四，在地下水位以下或附近施工时，由于作法为基本平整的基槽表面先平铺一到两层直径为20～30cm的毛石，用人工夯逐个夯击，至毛石大部分接触硬地基为止，要求淤泥不能浸没毛石。石缝用纯砂灌实。
第五，用料量的计算，在采用砂石比为1：（2.0～2.2）时，由于砂子均存在于碎石的孔隙之间，基本上不占整个垫层的体积，因此在计算用料量时只用算出碎石的用量，再按比例求出砂子用量即可。
5质量检测
在垫层施工中必须严格控制垫层的质量，质量检验应采用分层检验法，在每一步均应有纯砂检验点。检验方法主要有以下几种。
5.1环刀取样法
在捣实后的砂垫层中，用容积不小于200cm3的环刀取祥，测定其干密度：以不小于通过试验所确定的该砂料在中密状态时的干密度数值为合格。
5.2贯入测定法
用贯入仪、钢筋或钢叉等以贯入度大小来检查砂砂垫的密实度。检验时应先将表面的砂刮去30mm左右，以不大于通过试验所确定的贯入度数值为合格。
5.3钢筋贯入测定法
用直径为20mm，长1250mm的平头钢筋，举离砂层面700mm、自由落下，插入深度不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格。
5.4钢叉贯入测定法
用水撼法使用的铜义，举离砂层面500mm自由落下，插入深度不大于根据该砂的控制干密度测定的深度为合格。
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