贺义翔，刘柳兰，郭根炎 （萍乡市公路管理局，江西 萍乡 337100）
摘要：换土垫层是一种直接置换地基持力层软弱土的处理方法。施工时将基底下一定深度的软弱土层挖除，分层回填砂、碎石等强度较大的材料，并加以夯实振密。换土垫层又是一种较简易的浅层地基处理方法，并已得到了广泛应用，处理地基时，宜优先考虑此法。文章阐述了换土垫层技术在建筑地基处理中的作用、设计要点以及施工技术。
关键词：换土垫层；施工技术；地基处理；环刀取样法；贯入测定法
中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）24-0092-02
换土垫层是一种直接地基持力层软弱土的处理方法，适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。施工时将基底下一定深度的软土层挖除，分层回填砂、碎石、灰土等强度较大的材料，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。换土垫层是一种较简易的浅层地基处理方法，并已得到广泛的应用，处理地基时，宜优先考虑此法。换土可用于简单的基坑、基槽，也可用以满堂式置换。砂和砂石垫层作用明确，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。
一、换土垫层的作用
换土垫层的作用主要有以下几个方面：
（一）提高地基持力层的承载力
用于置换软弱土层的材料，其抗减程度指标常较高，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。
（二）减少基础的沉降量
地基持力层的压缩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淀量会大大减小。此外，由于垫层的应力扩散的作用，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。
（三）加速地基的排水固结
砂和砂-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教益消散，从而加速软土的固结和软土抗剪强度的提高。
以下的讨论以砂垫层为主，其他垫层类相同。
二、砂层的设计要点
砂垫层的设计应满足建筑物对地基承载力和变形的要求。具体来说，设计内容应包括选择垫层截面的厚度和宽度以及垫层的密实度。
（一）砂垫层的厚度
垫层的厚度应使作用在垫层低面的压力不超过软弱下卧层的承载力，即应满足下式的要求：
?滓cz+?滓z≤fz （1）
式中：?滓cz——砂垫层底面处土的自重应力标准值，kPa；
?滓z——砂垫层底面处的附加应力设计值，kPa，垫层的压力扩散角?兹可按表2选用；
fz——砂垫层底面处（即下卧软弱土层）的地基承载力设计值，须经深度修正，kPa。
表1 压力扩散角?兹（°）
注：z为基础下垫层的后厚度，b为基础底面宽度；z/b＜0.25时，除灰土仍取θ=30°外，其余材料均取θ=0°；0.25＜z/b＜0.50时，θ值可用内插法求得。
在进行上述验算之前，应先初步选择垫层的厚度。在工程实践中，一般取厚度z=1～2m（约为0.5～1.0倍基础厚度）。当厚度太小时，垫层的作用不大；如厚度太大（如在3m以上），则施工不便（特别在地下水位较高时），故垫层厚度不宜大于3m。垫层的厚度{zh0}根据式（1）的计算及参考当地经验来选择。
（二）砂垫层的宽度
砂垫层宽度的确定，应从两方面考虑：一方面要满足应力扩散角的要求；二是要有足够的宽度防止砂垫层向两侧挤出。如果垫层两侧的填土质量较好，具有抵抗水平向附加应力?滓x的能力，侧向变形小，则垫层的宽度主要由压力扩散角考虑。
三、砂垫层的施工技术
（一）砂垫层的材料必须具有良好的振实加密性能
其颗粒级配的不均匀系数不能小于5，且宜采用砾砂、粗砂和中砂。若只用细砂时，宜同时均匀掺入一定数量的碎石或卵石（粒径不宜大于50mm）。人工级配的砂石垫层，应先将砂石按比例拌和均匀后，再行铺填加密。砂和砂石垫层材料的含泥量不应超过5%。作为提供排水边界作用的砂垫层，其含泥量不宜超过3%。
（二）在地下水位以下施工时，应采取降低地下水位的措施，使基坑保持无水状态
碎石垫层的底面{zh0}先垫一层砂，然后再分层铺填碎石。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。
（三）砂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（如达到中密）
如果要求进一步提高砂垫层的质量，则宜加大机械的功率。目前，砂垫层的施工方法有振实法、水撼法、夯石法、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，参见表2。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，含水量很低的砂土，碾压效果往往不好；对浸没于水中的砂，效果也差，而以润湿到饱和状态时效果{zh0}。
（四）砂石垫层施工质量检查
1．环刀取样法：在捣实后的砂垫层中用容积不小于2×105mm3的环刀取样，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。中砂在中密状态时的干密度，一般可按1.55～1.6t/m3考虑。对砂石垫层的质量检查，取样时的容积应足够大，且其干密度应提高。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。
2．贯入测定法：采用贯入仪、钢筋或钢叉的贯入度大小来检查砂垫层的质量时，应预先进行干密度和贯入度的对比试验。如检查测定的贯入度小于试验所确定的贯入度，则为合格。进行钢筋贯入测定时，将直径为20mm，长度1.25m以上的平头钢筋，在砂层面以上700mm处自由落下，其贯入度应根据该砂的控制干密度试验确定。进行钢叉贯入测定时，用水撼法施工所使用的钢叉，在离砂层面0.5m的高处自由落下，并按试验所确定的贯入度作为控制标准。
3．轻便触探法检查。
四、结语
换土垫层技术适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层软弱地基及不均匀地基的处理。但在用于xx黄土湿陷性时，尚应符合国家现行标准《湿陷性黄土地区建筑规范》中的有关规定。在采用大面积填土作为建筑地基时，应符合国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007）的有关规定。换填时应根据建筑体型、结构特点、荷载性质和地质条件，并结合施工机械设备与当地材料来源等综合分析，进行换填垫层的设计，选择换填材料和夯压施工方法。
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