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岩土工程师2018年考试基础知识点：垫层的作用
当建筑物基础下持力土层比较软弱，不能满足设计荷载或变形的要求时，常在地基表面铺设一定厚度的垫层，或者把表面部分软弱土层挖去，置换强度较大的砂石素土等，处理地基表层，这类方法称为垫层法。垫层的材料一般用强度较高，透水性强的砂、碎石、石渣、矿渣，灰土和素土等。为了增强垫层水平抗拉断裂性能和整体结构性能，通常在垫层内增设水平抗拉材料，如：竹片、柳条、筋笆、金属板条和近年来广泛应用的土工格栅 (Geogrid)、土工网垫 (Geomat)、土工格室 (Geocell)及高强度土工编织布、经编复合布等组成加筋土垫层。按其组成材料分为砂垫层、碎石垫层、灰土垫层和加筋土垫层等。按垫层在地基中的
主要作用又分为换土垫层、排水垫层和加筋土垫层等。
1. 换土垫层
这是指挖去地基表层软土，换填强度较大的砂、碎石、灰土和素土等构成的垫层。一般应用于处理基础尺寸不很大的建筑物软基。其作用为：(1) 通过换填后的垫层，有效提高基底持力层的抗剪强度，降低其压缩性，防止局部剪切破坏和挤出变形;(2) 通过垫层，扩散基底压力，降低下卧软土层的附加应力;(3) 垫层 (砂、石)可作为基底下水平排水层，增设排水面，加速浅层地基的固结，提高下卧软土层的强度等。总而言之，换土垫层可有效提高地基承载力，均化应力分布，调整不均匀沉降，减少部分沉降值。
2.排水垫层
这是指软土地基上堤坝或大面积堆载基底等所铺设的水平排水层，一般采用透水性良好的中粗砂或碎石填筑，必要时，在垫层底和上表面增铺具有反滤性能的无纺土工布、编织布或经编复合土工布，以防止砂石垫层被淤堵和被拉断裂。主要应用于处理铁路公路路堤、机场跑道，海堤和土石坝软基以及砂井地基的顶部排水层。由于这类工程的基底面积较大，垫层的厚度相对而言较薄，对于扩散应力的效果甚微，所以它的作用主要是作为水平排水层和下卧软土层的排水通道，加速地基的排水固结，提高浅层地基的抗剪强度，配合砂井，加固深部软土层。其次，垫层的强度和变形模量都比下卧软土层的大，两者相互
作用约束软土层的侧向变形，改变其应力场和应变场，提高地基的稳定性，并改善其变形性质。此外，在施工中可作抛石填土的缓冲层，防止局部陷人和侧向挤出破坏。实践证明：这类垫层的排水固结作用和约束地基的侧向变形，可有效提高筑坝 (堤)的高度，增强地基的稳定性，防止过大的侧向变形和施工时的局部挤出。
3.加筋土垫层
这是指由砂、石和素土垫层申增设各种类型加筋材料组成的复合垫层，如加筋土垫层 (见图6-6)、土工格室垫层 (见图6-5)和柴排或筋笆加筋垫层等。主要应用于处理房屋建筑物软基，和路堤、堤坝、油罐等类工程软基。由于这类垫层所用加筋材料的抗拉强度较大，延伸率较小，和砂石组成的加筋垫层，一般不易被拉断裂，整体性较好，具有较大的变形模量和抗弯刚度，类似柔性片筏基础。因此，其作用除了作为持力土层承载较大的基础荷载和扩散基底应力外，还有效约束基底应力，改善地基软土中的应力场和应变场，均化应变，调整不均匀沉降，提高地基的承载力。这些作用，排水垫层和换土垫层也存在，不过加筋垫层更加有效和明显。
应该指出，垫层仅对软土地基作表层处理，不论地基强度的提高、变形性质的改善和应力场应变场的改变等都是在浅层，所以所能承受的建筑物荷载不宜太大。若设计建筑物的荷载较大，则需和其他方法联合处理。
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