公路施工中砂石垫层的应用研究

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摘 要：在软弱土层施工中，常常使用换土法把原本软弱的天然土层挖出，再回填强度高、压缩小的、无腐蚀性的砂石、素土、灰土、工业废料等。砂石垫层是换土法的一种，主要是针对软弱土层，加强土层的承载能力。现代公路施工中已经经常使用砂石垫层进行路基换填，它有施工简单、工期短、造价低的特点。文章阐述砂石垫层在公路中的作用和施工注意事项。

关键词：砂石垫层；公路施工；应用

1 砂石垫层在公路施工中的作用

在公路施工中，砂石垫层主要运用于路堤填土和软土地之间，并且起到了良好的排水护基作用。

1.1 有助于地基形成良好的排水系统

公路路面排水不畅经常是我国公路高速发展的一个绊脚石。我国的地理条件和气候条件复杂，在很多地方都会有地下水浸透、经常雨水的状况。所以在公路路面施工中排水问题尤其重要，为了保证公路正常通行和寿命之上，公路以一定要建立良好、全面的排水系统。公路路面结构层是由面层、基层、垫层组成，三者各属其职，有着不同的功能和作用。路面主要是铺设有利于行车的材料，受到降雨影响最大，垫层位于三层的中间受到面层渗水作用和垫层地下水的侵蚀，基层在潮湿土基、湿软土基等不良土基中容易受到路面、路基中滞留的自由水和地下水的侵蚀。砂石垫层的材料经常采用就地取材的原则，要有一定的隔水排水性。如果垫层防水不当就会使地下水浸入到基层，引起公路性能的破坏，甚至造成塌陷等问题。砂石材料颗粒均匀、质地细腻、结构疏松所以吸水率高。而且同时具有隔音、吸潮、抗破损、耐风化、耐褪色、水中不溶化、无放射性等特点。由于其独特的物理性质可以迅速吸收地基浅层因压力而进入的水，达到排水固基的作用。

1.2 减少地基沉降

地基沉降是在荷载作用下地基表面产生的竖向位移。地基不均匀、荷载差异大、体型复杂都是地基沉降的原因。公路路面产生地基沉降直接造成公路结构的破坏。公路施工过程中会经常遇到软土层，比如说淤泥质土、膨胀土、冻胀土、素填土等，这需要对土层进行大面积的加固处理才能保证公路结构的安全。地基沉降的主要集中在浅层部分，浅层部分很容易受到环境因素的影响，土质发生扭曲或者变形造成浅层不同程度的沉降。采用砂石垫层是减少地基沉降的方法之一，不但施工简单，而且适用性特别广。施工过程中，砂石垫层用置换法挖去软土层，再用砂石等材料进行填充压实，起到屏蔽抵挡作用。

1.3 提高公路路基的承载力

垫层在公路结构中处于中间层，要受到来自上两层的承载力，既要承受来自路面的压力，还要传递部分压力到基层。垫层如果不能分担部分压力，路基下层就会超出荷载。

1.4 防止冻胀和消除冻胀土

砂石垫层的材料都有颗粒大、孔隙率大的特点，不容易产生毛细管现象，在寒冷地区可以预防基土发生冻胀。

2 砂石垫层在公路施工中的施工要求

2.1 砂石垫层的基本参数

砂石垫层是用置换的方法提高公路路面的承载能力，所以它需要一定的厚度和宽度。应根据地基承载力确定。即作用在垫层底面处土的自重压力（标准值）与附加压力（设计值）之和不能超过经修正后超挖深度处的地基承载能力。即：PZ+PCZ≤fZ；式中：PZ为附加压力设计值（kPa）；PCZ为垫层底面处土自重压力值（kPa）。

砂石垫层适合于一般饱和、非饱和的软弱土和水下黄土地基处理，不适用于地下水位高、水流速度大的地基处理。当软弱土层较厚时，应采取局部置换的方法，砂石垫层适用于3m以内的软弱、透水性强的粘性土层。垫层厚度在0.5―2.5m之间。如果超过3m，则施工难度和工程造价都相应增加。

2.2 材料要求

垫层在施工过程中对材料有着严格要求。垫层的材料可以分为有粒料和无机结合料。粒料包括砂砾、粗砂、炉渣等体积轻的材料。砂砾和粗砂在使用时，小于0.074mm颗粒状的材料颗粒含量应该≥5%；炉渣在使用时，小于2mm的颗粒含量应该10，以中、粗砂为宜，碎石粒径不宜大于50mm，砂石比例在1：1为宜。然后在均匀掺入一定量的碎石和鹅卵石，但是不能掺入体积过大的材料，如果颗粒过大，会导致垫层不均匀压缩。对于排水固结有要求的垫层，含泥量≤3%。

在公路施工过程中砂石垫层材料要有一定的抗剪强度、具有一定弹性、有良好的排水性能。（1）在要具备抗剪强度才能减轻公路在车辆的作用下的辙槽；（2）路面垫层要选用较高弹性的模量，能够提供良好的荷载分布能力；（3）砂石材料有较大的渗透系数能形成有效的排水系统。材料最好以嵌挤骨架结构为佳，满足三级以上的石料标准，这种结构具有冻胀性，不易存水。

2.3 施工标准和施工要点

铺筑砂石垫层之前，要先进行验槽，人工清理干净基底的杂草浮土，不能有任何其他土质，地基表面平整度要在30mm。在基坑两边若有低于地基的孔洞、沟、井、墓穴等都应该填实，同时严禁搅动下层基层周边土质层。

开挖基坑铺设时严禁扰动软弱土层的坑底。一旦坑底土遭受到了破换就会降低强度。在车辆高强度的碾压之下容易产生附加沉降。所以开挖以后即使回填，避免软弱土暴露过久。捣实的过程中，更不要破换底面和侧面土的强度，淤泥质土的基坑在捣实之前在最下层朴实150-300mm的松粗砂，可以减轻捣实对基底结构的破坏。

大面积碎石垫层施工前，对基坑超挖部分先用机械分层进行回填。若无法使用机械就用平板振动器分层振实至碎石垫层底标高。铺筑级砂石在夯实碾压之前根据干湿程度和气候条件进行洒水保持含水量。垫层下有厚度较小的淤泥或淤泥土质时应采取挤淤泥处理法（先在软弱土面上堆填块石、片等，将块石压入以置换和挤出软弱土，再做垫层处理）。在雨水地区或者地下水丰富的地区要在基坑内和四周做好排水系统，以免造成边坡塌方。

分层分级夯铺，天然砂石石料作为填料时，可采用人工分层铺设，每次铺设厚度应