土木工程施工中，各地下结构施工图设计大多明确了地基承载力特征值。实施过程中当开挖至设计基底标高时可能会出现软弱土层或其他异常情况需要进行地基处理，换填垫层法作为一基本的地基处理方式已被大家熟知。在此作者结合自身工作实践，就常用的砂石换填垫层技术为大家分享及总结如下，期望对您工作及学习有所提高！
【案例】某道路工程挡护结构重力挡墙，高度H=2～7m,基础及墙身采用C25片石混凝土，施工设计图就挡墙高度H=5/6/7m的地基承载力特征值要求为160/170/180Kpa;相应的砂石垫层换填深度明确为1.5m/2.0m/2.5m，（施工设计图资料见图1示）。如何理解及合理组织 砂石换填垫层 施工？
D1 重力式挡墙砂石垫层换填设计资料
1 基本名词术语解析
1.1 地基处理
土木工程施工中，为提高地基的承载能力，改善其变形性能或渗透性能而采取的措施。改变变形性能值材料在外力作用下伸长率和收缩率加大，抗变形能力就越好；改变渗透性能指改变其渗透能力和渗透速度。
工程施工中地基处理的方式有多种：压实地基、夯实地基、加筋土垫层、水泥粉煤灰碎石桩地基、旋喷桩地基、注浆加固等，本例中采用的是换填垫层。
1.2 换填垫层
指施工中挖除基础底面天然地基中一定范围内的软弱土层或不均匀土层，回填性能稳定、无侵蚀性、强度高的材料，并通过夯压密实后形成的垫层。其有别于天然的原状地基，是人工处置地基，亦称复合地基。
2 换填垫层的适用范围及材料选择
2.1 适用范围
适用于浅层软弱土层或不均匀土层的处理。
【评析1】浅层一般指厚度小于5m，软弱层指淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土、或其他高压缩性土层；过程施工时换填层一般控制在3m以内，如果＞3m，建议复核其是否经济。
【评析2】不均匀土层一般指地基一部分为坚硬的岩石、一部分为土层或地基土质软弱，下卧层软土厚度大，土压缩性高，存在暗沟、洞穴或地基含水量变化大、干湿不均匀等情况。
本例中属于软弱层处治。
2.2 换填垫层材料如何选择？
砂垫层可以采用中砂、粗砂、砾砂；碎石垫层可以采用圆砾、碎石、卵石，粒径不大于50mm（大面积采用机械施工时，最大粒径可以控制在100mm内）,含泥量不大于5%；也可采用粉煤灰、土工合成材料及其他性能稳定、无侵蚀性材料。垫层材料中不应含草根、垃圾等有机物。
砂石等透水性材料不得用于湿陷性黄土或膨胀土地基处置。
本例中采用砂石垫层。
3 砂石换填垫层施工工法、全过程管理总结
施工准备→下卧层开挖→原状地基处理及检测→第一层换填层填筑→第一层换填层压实度检测→逐层回填检测至设计基底标高→人工地基承载力检测→人工地基验收。
4 施工准备
4.1 原设计基底标高地基承载力检测
根据施工设计图相关要求结合现场实际，就原设计基底标高处天然地基进行评价，在工程相关参建单位人员见证下进行地基承载力检测，验证设计资料与现场实际地质是否吻合？换填是否合理。实际检测值＜地基设计承载力特征值。理应换填。其也是工程审计的基本要求。
4.2 原材料复检、配合比申请、标准击实试验
本例中砂石垫层，砂采用人工砂（石粉），碎石采用5～40mm碎石。分项工程实施前就石粉、碎石按相关要求送检检测其筛分、含泥量，确保原材料质量合格。砂石垫层配合比根据相关技术规范并结合现场实际选用，碎石含量不少于30%，一般占全重的30%～50%。配合比确定后，采用击实试验确定土的最大干密度，碎石或卵石的最大干密度一般在2.1t～2.2t/m3。标准击实可以采取重型或轻型击实标准。
5 下卧层开挖
5.1 换填垫层的厚度、顶面及底面的平面尺寸确定
⑴换填垫层的厚度根据需置换软弱土（层）的深度或下卧
土层的承载力确定，一般为0.5m～3m 。本例中根据设计要求就不同的路段采取1.5/2.0/2.5m。
⑵垫层顶面宽度规范要求每边超出基础底边缘不小于300mm,从换填垫层底面两侧向上放坡。本例中基础作业面宽度1m，其顶面宽度满足规范要求。
⑶基础底面宽度应满足基础底面应力扩散的要求，根据
b＇≥b+2ztanθ估算。
其中b＇---垫层底面宽度（m）;
b---矩形基础或条形基础底边的宽度（m)；
Z---基础底面下垫层的厚度(m);
θ---垫层的压力扩散角，按表 6.2.4 采用。
D2 垫层压力扩散角
换填垫层的底面宽度确定图见图3示。
D3 换填垫层底面宽度确定方法
以H-7m挡墙复核计算，b=5.729+1*2=7.729m,Z=2m;
z/b=2/7.729=0.26;采用插入法计算θ=20+10/0.25*0.01=20.4°；估算b＇=7.729+2*2tan20.4°=9.22m;实际底口宽度B=7.729+2*0.75+(5.729*0.1+2)*0.75=11.16m;
11.16m＞9.22m,设计底口宽度满足规范要求。
5.2 施工方案确定
基坑采取反铲挖掘机纵向分段、竖向分层开挖，基底预留200mm采用人工配合机械检底施工，土方开挖临时边坡坡率1:1.25。过程施工时采取措施确保边坡稳定、基底不受雨水冲刷及浸泡；由于基底竖向存在高差，先深后浅、分级留设台阶方式进行。
基底开挖成果见图4示。
D4 基坑基底开挖成果
6 原状地基处理及检测
本例中按设计要求的换填深度开挖至基底标高以后，复核基底标高及尺寸、人工整形，采用轮胎式振动压路机碾压密实至符合设计要求的压实度，对天然地基进行压实度检测，压实度检测合格后，及时组织相关参建单位进行基坑土石方收方测量。
D5 原状地基压实度检测
施工技术资料按要求编制完成《软土路基及基底处治施工检查记录》，重点体现处理的依据及方法、处治后基底情况（土石成分、感观等）、断面尺寸、基底标高、开挖坡率、基底检测情况，并对质量情况进行描述。
7 砂石垫层换填施工
7.1 施工方案选择
本例中砂石垫层采用机械拌合、机械摊铺，轮胎式振动压路机分层碾压密实。
7.2 施工方法及过程控制
砂石垫层填筑前确保基底无积水及杂物；垫层的分层虚铺厚度、碾压遍数、碾压速度通过现场试验确定：每层虚铺厚度350～400mm,采用22吨的振动压路机每层碾压6～8遍，碾压时速控制在3～4Km/h,填筑施工时需要润湿到接近最佳含水量进行（一般控制在8%～12%），沉降量一般为50～80mm，按上述厚度虚铺后压实层厚度300～350mm。换填垫层填筑施工采取由最低处往高处进行。本例中垫层底面不在同一标高，坑底土层按要求挖成台阶，搭接处夯压密实。过程施工时按要求作好基底排水措施，在最低处留设积水坑，采用机械排水。
砂石垫层每层碾压完成后，按要求进行压实度检测，检验方法灌砂法，按现场实测干密度/最大干密度比值计算。取样点按要求选择在每层厚度的2/3深度处,检查点数量规定：条形基础每10～20m 不少于1个点；独立柱基、单个基础下不少于1个点；其他基础下每50～100M2不少于1点。砂石垫层密实度要求：轻型击实≥97%、重型击实≥94%.本例中采用重型击实，每个基础1点。
砂石垫层的施工质量检验严格按要求分层进行，并且在每层的压实度系数检测符合要求后铺筑上层。
每层过程施工，及时按要求编制《土方回填施工检查记录》。
8 地基承载力检测
各换填层分层回填压实至基础设计底标高后，需按要求对人工地基的承载力情况进行检测。检验方法可以采用静载荷试验、动力触探法。本例中采用动力触探检测，每个单体工程要求不小于3点，实际3个点。检测结果满足设计要求。
D6 人工地基承载力检测
【解析】砂石垫层换填压实质量与地基承载力息息相关，在施工质量能够满足要求的前提下，砂石垫层换填后地基承载力特征值一般可以达到200～250Kpa。
9 地基验收
人工地基处理完成且自检合格后，提请各参建单位进行基坑验收。验收的内容为：
1) 基坑的位置、平面尺寸、基底标高
2) 基坑内岩土（本例中为砂石垫层）物理力学性质(承载力指标）、岩体完整程度、地下水情况。
3) 有无其他不良地质情况。
4) 对现场地质条件与设计文件及地勘文件异常情况进行评价，就基坑施工质量进行评价。
【评析】施工技术资料按要求编制《基础坑槽施工检查记录》，完整体现基坑断面尺寸、标高、地质及地基处理情况、感观质量、排水技术措施，并就施工质量作出结论。
10 现场收方与计量
10.1 现场收方
人工地基隐蔽前，根据相关要求就实施成果进行收方。复核实体断面尺寸、基底标高、位置，并留存相关的影像资料。
D7 人工地基收方测量
10.2 工程量计算规范
(1)基坑土石方 按设计图示尺寸以基础或垫层底面积乘以挖土深度加工作面及放坡工程量以体积计算。
（2）褥垫层 按设计图示尺寸以铺设体积计算，以m3计量。
（3）工程量计算方法：采用平均断面法计算。V=1/2(A1+A2)*L。
A1/A2为相邻断面的面积（m2）,为相邻断面的纵向距离（m）,计算结果单位M3。
⑷工程量计算应准备（包括不限于）如下技术材料：
1) 地基处置依据文件。
2) 地基处置原材料复检、配合比、击实报告。
3) 现场压实度、地基承载力试验报告；
4) 地基处置、砂石回填、基础坑槽施工记录；
5) 现场相关收方测量记录、过程影像资料
6) 分项工程验收记录
7) 其他文件材料
【批注】基坑土石方施工需满足设计及规范要求，允许偏差范围内均视为满足设计要求。实际断面尺寸及坡率较设计超挖部分不应纳入计量范围；相反但欠挖部分相应工程量需要扣除。本例中土石方上下计量分界线为路基标高线，以上部分为路基土石方；以下部分为基坑土石方。
褥垫层指水泥土搅拌桩复合地基在基础和桩之间设置的厚度200mm～300mm、最大粒径不大于20mm的中砂、粗砂、级配砂石等。此处的砂石垫层应该按回填方列项，回填材料品种明确为级配砂石。
计量断面见下图示。
D8 工程量计算断面图
【结束语】 本文就土木工程中常见的砂石换填垫层地基处置的适用范围、施工工法及过程控制、计量管理等环节进行了实例总结，类似工程施工可以参考或借鉴。拙文不足，敬请指正！