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砂垫层的设计及其施工

［摘要］本文简单介绍了砂垫层的设计及其施工要求和方法
［关键词］地基 砂垫层 设计 施工

在工程建设中经常会碰到多种多样的地基土，其中不少为软弱土层，因此对地基进行经济合理的设计，将关系到整个工程的投资和进度。通过砂垫层来改良地基，在设计中常常用到，不仅可提高持力层的强度、速成地基排水固结、均匀地扩散础应力、调节建筑物沉降，而且可以就地取材，极为经济。下面就砂垫层的设计和施工问题进行探讨。
1、砂垫层的设计
砂垫层的设计不但要求满足建筑物对地基本变形及稳定的要求，而且也应符合经济合理的原则。砂垫层设计的主要问题是确定断面的合理厚度和宽度，对于一般垫层，要求有足够的厚度以防止垫层向两侧挤出；对于排水垫层来说，除要求有一定的厚度和密度外，还要求形成一个排水面，促进软弱土层的固结，提高其抗压强度，以满足支承上部结构荷载的要求。
砂垫层设计，常采用的计算理论有三类：第一类，假定砂垫层是基础的一部分，其宽度可根椐垫层下面的土层的承载力和砂的自然安息度来确定。第二类，假定砂垫层是天然地基的一部分，具有与地基土壤完全相同的性质，使砂垫层扩散到下卧土层的压力及土壤自重压力之总和，不超过下卧层的许可耐压力。第三类，把砂垫层和天然下卧土层看成物理性质不同的双层地基，采用弹性地基理论来计算砂垫层传到下卧层的压应力。
砂垫层的容许承载力要合理拟定。如定得过高，则换砂的厚度将很深，对施工不利，也不经济。根据荷载试验资料表明，当下卧层软弱土的容许承载力为60-80kPa，压缩模量为3MPa左右，换土厚度为0.5-1.0倍基础宽度时，砂垫层地基的容许承载力大约为140kPa。因此，砂垫层上的基础埋置深度，要根据房屋的构造情况、使用情况和上部结构载来定。一般四、五层的民用建筑，可采取0.7-1.0m；中小型厂房，可采用取1.0-1.5 m。砂垫层的容许承载力如中砂或粗砂，施工达到中密度状态，一般可达到150kPa，砂层厚度以1.0m 左右为宜，最大不应超过3.0 m,太厚施工困难，太薄（≤0.5）则换砂垫层的作用不显著。砂垫层的宽度，当四周土质较好时，略大于基底宽度即可，当四周土质较好时，为防止土壤变形，向外侧挤动，需由计算确定。总之，砂垫层的宽度除满足应力扩散的要求以外，还要根据垫层侧面土的容许承载力来确定，防止垫层向外两边挤动，如果垫层宽度不足，四周侧面土质又比较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降加大，砂垫层断面确定后，对于比较重要的建筑物还要求按分层总和法计算基础的沉降量，以使建筑物基础的最终沉降值小于相应的容许值。
至于垫层的断面形成，习惯的做法大多采用倒梯形，通过实践和分析研究，采用矩形施工较为方便合理。
2、砂垫层的施工
砂垫层基础的质量好坏，很大程度上决定于砂垫层的施工质量。
砂垫层的材料，应采用级配比良好，质地坚硬的材料，其颗粒不均匀系数最好Cu＞10，用中、粗砂为好，可掺入适量的碎（卵）石，但要分布均匀，细砂也可作为垫层材料，但不易压实，且强度不高，使用时也宜掺入适时的碎（卵）石。砂垫层的用料虽然不是很严格，但含泥量不得超过8%，不得含有草根、垃圾等有机杂物，如果作排水固结地基的砂，含泥量不得超过5%，并且不应夹有过大的石块或碎石，因为碎石过大会导致垫层本身的不均匀压缩，一般要求碎石最大粒径不宜大于50㎜。
铺筑前，基础（槽）浮土、塌土应清除，两侧附近如有依附于地基的孔、洞、沟等，应加以填实处理。当砂垫层侧面有较大孔隙时，最好在基槽侧面加抹水泥砂浆，以防止砂子流失。
铺设砂垫层时，必须避免扰动基坑软弱土层的表面，对基坑下层的松砂，应夯实，不得使用振捣器，以免破坏基底土层的结构。否则坑底土的结构遭到破坏，强度就会明显降低，以致建筑物将产生很大的附加沉降。砂垫层底面宜铺设在同一标高上，如深度不同时，基坑地基上面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.5-1.0m的距离，搭接处应注意夯实，施工应按先深后浅的顺序进行。
砂垫层的施工关键是将砂加密到设计要求的密实度。常用的施工方法有振动法（包括平振、插振、夯实），冲水沉实、碾压法等。要求经适当厚度分层铺砂，可用标桩控制，然后逐层振实或压实。施工时，应将下层密实度经检验合格后，方可进行上层施工。采用细砂作为垫层填料时，应注意地下水的影响，且不宜使用平振法、插振法和水撼法。在施工过程中和施工完成，需做好检查监测工作，经常进行施工质量和处理的检验，以保证工程质量。
3、结语
砂垫层基础不仅施工操作较为简便，容易掌握，而且不需大型机械设备，又可就地取材，因此，可广泛应用于山区六层以下的民用建筑和吊车荷载不超过5T中小型工业厂房工程建设中。

2012年4月13日
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