摘要：软土地基是我国工程建设中一种常见的不良地质，其承载力小，压缩性大以及透水性差，严重危及工程建设的质量与安全。而随着城建规模的快速扩张和经济社会的发展，不可避免在软土地质上进行工程项目的建设。因此，如何采取有效的措施科学的处理好软土地基的影响，直接关系到工程项目的整体质量和人们的生命财产安全。砂石垫层换填加固技术是一种常见的软土地基处理技术，因其具有施工方便、工期较短和良好的经济性，在当前的软土地基加固处理中得到比较广泛应用。本文结合笔者的工作经验，简要分析介绍了砂石垫层处理技术在软土地基加固施工中的应用，以供探讨。
关键词：软土地基 砂石垫层 置换加固 应用分析
中图分类号：TU74 文献标识码： A
一、软土地基的定义与特点
根据我国《岩土工程勘察规范》，凡天然孔隙比大于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。此外，软土还包括部分冲填土、杂填土、人工吹填土等软弱土层。具有空隙比大、含水量高，透水性能较差的特点。软土结构非常灵敏易于破坏，稳定性很差，受到扰动后强度显著降低，且很难恢复。此外软土具有流变性，地基承载力低，强度增长缓慢，抗剪强度很低，未经处理加固，通常无法满足承载要求。而处理加固不善，往往由于地基承载力不够造成建筑倒坍、结构破坏等质量事故。
二、砂石垫层置换加固技术的概念、作用机理与适用范围
（一）砂石垫层置换加固技术的概念
所谓砂石垫层置换加固技术是换填地基处理技术的一种常用换填法，是指在土木工程地基施工中，将地基基底不能满足设计要求和相关标准、规范的部分或全部软土层挖除，换填成强度高、压缩性低、透水性好、易压实的不含腐蚀性成分的砂、碎石、卵石等岩土材料，并分层夯实成低压缩性的持力层。此方法具有造价较低、施工工艺比较简单的特点，但现实中受地质环境等因素的影响，存在远距离运输的问题，在一定程度上会增加施工成本。因此，在砂石垫层换填施工过程中要严格依据设计要求进行施工，避免超挖造成成本增加，同时施工时应格外注意坑边稳定性，严格控制砂石填料的质量。
（二）砂石垫层置换加固技术的作用机理
1、加速软土层的排水固结
软土层具有亲水性，通常含水量较高同时透水性较差，土体中得水分大部分与固体颗粒形成结合水，内部水分很难排除。而在置换施工中，由于砂石材料的透水性较大，用其作为垫层材料可在地基受压后具有良好的排水面，快速消散基础下面的空隙水压力，加速垫层下软弱土层的固结，同时可以有效避免地基的塑性破坏。
2、减小地基沉降量
软土层具有触变性及流变性大的特点，作为地基加荷后易产生不容许的差异沉降，变形速率大且稳定时间长，一些深厚的软土沉降持续数年甚至数十年之久。砂石换垫层材料压缩性较低，以其置换软弱土层，可大大减少地基沉降量。
3、有效提高地基承载力
软土层的抗剪强度和承载力通常不能满足工程设计标准对地基的要求。地基中的剪切破坏通常从基底下边角开始逐渐向纵深发展，将地基土层中易受剪切破坏的软弱土层置换为强度较高的砂石垫层材料，可以有效提高地基承载能力
（三）砂石垫层置换加固技术的适用范围
由于砂石垫层自身的局限性，在土木工程地基处理中适用于软土层埋深较浅（3m以内）、开挖方量不太大的软弱、透水性强的粘性土层地基处理施工。加固层厚度通常在0.5～2.5m之间，超过3m时施工难度和成本会增加较大，小于0.5m时起不到应有的作用。对于地下水位较高且地下水流速快、流量大的地基或大面积堆载、密集基础和动力基础的软土地基处理不适用，或处理效果不明显。
三、软土地基中砂石垫层的具体应用
在进行软土地基砂石垫层置换处理时，砂石材料的选择、垫层设计以及施工方法选择时，必须根据相应工程项目实际特点，例如构筑物体型、结构特点、荷载性质和地质条件等综合分析，严格按国家有关标准和相关行业规范执行。必须对施工场地进行全面的勘察，掌握详实的勘察资料以及上部结构及基础设计资料，根据工程的要求和采用即有软土地基存在的主要问题，确定地基处理的目的、处理范围和处理后要求达到的各项技术经济指标。
（一）砂石垫层加固厚度、宽度的确定
软土地基置换处理中砂石垫层厚度fZ应根据需要置换软弱土的深度或下卧土层的承载力进行确定，作用在垫层底面处土的自重压力与附加压力之和不能超过经修正后超挖深度处的地基承载能力，即满足公式PZ+PCZ≤fZ，PZ为附加压力设计值（kPa），PCZ为垫层底面处土自重压力值（kPa）。垫层的宽度应满足基础底面应力扩散角的要求，根据实际土质情况，施工时作业面最好超出基底300～500mm。机械开挖深度大于2m时还考虑宽度上来的放坡系数，大面积整片砂石换填层底面宽度，常按自然倾斜角控制适当加宽。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。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。
（二）砂石垫层材料的选择与质量控制
砂石垫层必须具有较高的压实密度和承载力，因此在砂石的选择上，应选择强度较高、压缩性小的质地坚硬的砂石材料，其粒径大小应差不多，骨架颗粒在55mm左右。同时要严格控制砂石材料中风化料、泥土和有机杂质，应采用天然级配良好的砂石，其颗粒的不均匀系数最好不小于10，含泥量应小于3%。实际施工过程中通常对砂石进行清洗，不能含有太多的沙子泥污在上面，尽量保证卵石的纯正干净。
（三）砂石垫层材料的配比设计
适当的配比设计是砂石垫层良好处理效果的重要保障，因此施工前必须做好砂石材料的配合比设计。通常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。
（四）施工准备措施
砂石垫层施工前应严格按照既定设计要求做好软弱土层的挖除工作，严格控制挖除量，既不能超挖造成不必要的成本支出也不能欠挖以致不能满足工程设计要求。要统一放置标高及清除干净基底的杂草浮土，同时应严禁搅动下卧层及周边土质层。若基底尚存在较小厚度淤泥质土，为防止碾压时冒出泥浆或脱层，可在施工前往该处抛石挤密，或将基层压入置换再作底层。此外，为防止下雨造成边坡塌方，施工作业前应在基坑内及四周做好排水措施，从而确保边坡稳定；
（五）砂石垫层施工
砂石垫层应分层分级夯铺，每层铺设厚度应小于300mm，如采用大型碾压机械，其铺设厚度可控制在500mm以内。其施工质量的检查也必须分层进行，每夯压完一层，检验该层的平均压实系数，当其干密度或压实系数符合设计要求后才能铺填上一层。常用质量检验方法包括环刀法、贯入法、灌砂法、灌水法、静力试验等。砂石垫层置换施工完成后，除检验施工质量外，还应对地基强度或承载力进行检验，检验方法可选择贯入试验、静（动）力触探、十字板剪切强度和静荷载试验，检验数量。在质量检测过程中，必须严格设置质量检测点的位置和数量，避免检测行为的片面性和不准确性，以确保加固后的地基各项指标满足预计处理要求。
总结：软土地基对建筑工程的建设具有较大的危害性，其处理效果与工程质量密切相关，不仅直接影响构筑物的使用安全，更关系到整个工程的质量、投资和进度。当前虽然砂石垫层置换技术已经得到了比较广泛的应用，但是依然存在诸多问题。因此，在砂石垫层置换施工中必须严格控制施工程序和工序质量，克服施工中的技术难点，确保软土地基优良的加固处理效果。
