換填墊層法設計方法及在工程中的應用

1、<p>　　換填墊層法設計方法及在工程中的應用</p><p>　　摘要：換填墊層法具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價低的特點，目前已成為應用最為普遍的地基處理技術之一。近年來隨著其理論和工藝的不斷提高，其應用范圍愈來愈廣，本文介紹換填墊層法的定義、原理、適用范圍、作用、設計。 </p><p>　　Abstract: replacement cushion meth

2、od has fast construction speed, short construction period, easy quality control, low cost features, has become the most common application of the foundation treatment technology of. In recent years along with its theory

3、and constantly improve the process, its increasingly wide range of applications, this paper introduces the definition of replacement cushion method, principle, application scope, function, design. </p><p>　　

4、關鍵詞：換填墊層法；加固原理；墊層設計；粉煤灰墊層 </p><p>　　Key words: replacement cushion method; reinforcement mechanism; the cushion design; flyash cushion </p><p>　　中圖分類號：TU2 </p><p>　　一、換填墊層法定義 </p

5、><p>　　當軟弱土地地基的承載力和變形滿足不了設計要求，而軟弱土層的厚度又不是很大時，將基礎底面下處理范圍內(nèi)的軟弱土層部分或全部挖除，然后分層換填強度較大的砂、碎石、素土、灰土、爐渣、粉煤灰等其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的材料，并壓實至要求的密實度為止，這種地基處理方法稱為換填墊層法。換填墊層法多用于公路、城市道路構筑物的地基處理。 </p><p>　　二、換填墊層法的加固原理 </p&

6、gt;<p>　　根據(jù)土中附加應力分布規(guī)律，讓墊層承受上部較大的應力，軟弱層承擔較小的應力，以滿足設計對地基的要求。 </p><p>　　三、換填墊層法適用范圍： </p><p>　　淤泥、淤泥質(zhì)土、濕陷性黃土、凍脹土、素填土、雜填土地基及暗溝、暗塘等的淺層處理。（換填法適用淺層軟弱地基及不均勻地基的處理－《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ 79－2002）通?；娱_挖后，利

7、用分層回填壓實，也可處理較深的軟弱土層，但經(jīng)常由于地下水位高而需要采取降水措施，坑壁放坡占地面積大或需要基坑支護，以及施工土方量大、棄土多等因素，從而使處理費用增高、工期拖長，因此換填法的處理深度通常宜控制在3m以內(nèi)。但也不宜小于0.5m，因為墊層太薄時，換土墊層的作用也不顯著。 </p><p>　　四、換填墊層法處理地基的作用 </p><p>　?。?）提高地基承載力 </p&

8、gt;<p>　　通過擴散作用使傳到墊層下軟弱土層的應力減小。 </p><p>　?。?）減少地基沉降量 </p><p>　　一般地基淺層部分的沉降量在總沉降量中所占的比例是比較大的。以條形基礎為例，在相當于基礎寬度的深度范圍內(nèi)的沉降量約占總沉降量的50%，如以密實砂或其他填筑材料代替上部軟弱土層，就是可以減小這部分的沉降量。砂墊層或其他墊層對應力的擴散作用，使作用在下臥

9、土層的壓力較小，這樣也會相應減小下臥層的沉降量。 </p><p>　?。?）加速軟弱土層的排水固結 </p><p>　　不透水基礎直接與軟弱土層相接觸時，在荷載的作用下，軟弱土地基中的水被迫繞基礎兩側(cè)排出，因而使基底下的軟弱土不易固結，形成較大的孔隙水壓力，還可能導致由于地基強度降低而產(chǎn)生塑性破壞的危險。砂墊層和砂石墊層等墊層材料透水性大，軟弱土層受壓后，墊層可作為良好的排水面，使基礎

10、下面的孔隙水壓力迅速消散，加速墊層下軟弱土層的固結和提高其強度，避免地基土塑性破壞。 </p><p>　?。?）防止地基土凍脹 </p><p>　　因為粗顆粒的墊層材料孔隙大，大易產(chǎn)生毛細現(xiàn)象，因此可以防止寒冷地區(qū)土中的冰所造成的凍脹。這時，砂墊層的底面應滿足當?shù)貎鼋Y深度的要求。 </p><p>　?。?）消除膨脹土的脹縮作用和消除濕陷性黃土的濕陷作用 <

11、;/p><p>　　在各類工程中，墊層所起的主要作用有時也是不同的，對膨脹土地基而言主要是消除膨脹土的脹縮作用。 </p><p>　　五、換填土墊層法的設計 </p><p>　　應根據(jù)建筑體型、結構特點、荷載性能、巖土工程條件、施工機械設備及填料性質(zhì)和來源等進行綜合分析，進行換填墊層的設計和選擇施工方法。 </p><p><b>

12、　　土的壓實原理 </b></p><p>　　當粘性土的土樣含水量較小時，粒間引力較大，在一定的外部壓實功能作用下，如還不能有效地克服引力而使土粒相對移動，這時壓實效果就比較差；當增大土樣含水量時，結合水膜逐漸增厚，減小引力，土粒在相同壓實功能條件下易于移動而擠密，所以效果較好；但當土樣含水量增大到一定程度后，孔隙中就出現(xiàn)了自由水，結合水膜的擴大作用就不大了，因而引力的減小也不顯著，此時自由水填充在

13、孔隙中，從而阻止了土粒移動的作用，所以壓實效果又趨于下降，這就是壓實機理。 </p><p>　　在工程實踐中，對墊層碾壓質(zhì)量的檢驗，要求能獲得填土的最大干密度ρdmax.其最大干密度可用室內(nèi)擊實試驗確定。在標準的擊實方法條件下，對于不同含水量的土樣，可獲得不同的干密度(ρd)，從而繪制干密度和制備含水量(ω)的關系曲線，在曲線上ρd的峰值即為最大干密度(ρdmax),與之相應的制備含水量為最優(yōu)含水量(ωop),

14、見下圖。從圖3-1中可看出，理論曲線高于實驗曲線，其原因是理論曲線是在假定土中空氣被全部排出而孔隙完全被水所占據(jù)的條件導出的，但事實上空氣不可能被完全排除，因此實際的干密度就比理論值小。 </p><p>　　上述分析是對某一特定壓實功能而言的，如果改變壓實功能，則曲線基本形態(tài)不變，但曲線位置卻發(fā)生移動。如圖3-2所示，在加大壓實功能時，最大干密度增大，最優(yōu)含水量卻減小，亦即壓實功能愈大，則愈容易克服粒間引力，因

15、此在較低含水量下可達到更大的密實程度。 </p><p>　　相同的壓實功能對不同土料的壓實效果并不完全相同，粘粒含量較多的土，土粒間的引力就較大，只有在比較大的含水量時，才能達到最大干密度的壓實狀態(tài)，如圖3-1中的粉質(zhì)粘土和粘土所示。 </p><p><b>　　墊層設計 </b></p><p>　?。?）墊層厚度的確定 </p&g

16、t;<p>　　墊層的厚度ｚ應根據(jù)需置換軟弱土的深度或下臥土層的承載力確定，并符合下式要求： </p><p>　　pz + pcz ≤ faz </p><p>　　換填墊層的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m。 </p><p>　　墊層底面處的附加壓力值pz可按壓力擴散角θ分別按以下兩式進行簡化計算： </p><p>

17、<b>　　條形基礎： </b></p><p><b>　　矩形基礎： </b></p><p>　　壓力擴散角θ（°） </p><p>　　z/b 中砂、粗砂、礫砂、圓礫、角礫、石屑、卵石、碎石、礦渣 粉質(zhì)粘土、粉煤灰 灰土 </p><p>　　0.25 20 6 28 </

18、p><p>　　≥ 0.50 30 23 </p><p>　　注： 1 當z/b＜0.25時，除灰土取θ＝28°外，其余材料均取θ＝0°， </p><p>　　必要時，宜由試驗確定； </p><p>　　2 當0.25＜z/b＜0.50時，θ值可內(nèi)插求得。 </p><p>　?。?）墊層寬度確定

19、 </p><p>　　墊層底面的寬度應滿足基礎底面應力擴散的要求，可按下式確定： </p><p>　　b′ b + 2z tan </p><p>　　當z/b < 0.25時，仍按表中z/b ＝ 0.25取值。 </p><p>　　整片墊層的寬度可根據(jù)施工的要求適當加寬。墊層頂面寬度可從墊層底面兩側(cè)向上，按開挖期間保持邊坡穩(wěn)定的

20、當?shù)亟?jīng)驗放坡確定。墊層頂面每邊超出基礎底邊不宜小于300mm,或從墊層底面兩側(cè)向上按當?shù)亻_挖基坑經(jīng)驗的要求放坡確定墊層頂面寬度，整片墊層的寬度可根據(jù)施工的要求適當加寬。 </p><p>　?。?）墊層承載力的確定 </p><p>　　經(jīng)換填處理后的地基，由于理論計算方法尚不夠完善，墊層的承載力宜通過現(xiàn)場載荷試驗確定，并應進行下臥層承載力的驗算。 </p><p>

21、;　　對于墊層下存在軟弱下臥層的建筑，在進行地基變形計算時應考慮鄰近基礎對軟弱下臥層頂面應力疊加的影響。當超出原地面標高的墊層或換填材料的重度高于天然土層重度時，宜早換填，并應考慮其附加的荷載對建筑及鄰近建筑的影響。 </p><p>　　墊層地基的變形由墊層自身變形和下臥層變形組成。換填墊層在滿足規(guī)范的條件下，墊層地基的變形可僅考慮其下臥層的變形。對沉降要求嚴的或墊層厚的建筑，應計算墊層自身的變形。 </

22、p><p>　　3、墊層材料的選用 </p><p>　　墊層材料一般選用砂石、粉質(zhì)粘土、灰土、粉煤灰、礦渣、其他工業(yè)廢渣、土工合成材料等。其中粉煤灰墊層應用廣泛，它適用于廠房、機場、公路和堆場等工程大面積填筑 </p><p><b>　　。具有以下特點： </b></p><p><b>　?。?）自重輕 &l

23、t;/b></p><p>　　粉煤灰相對密度比粘土小的多，一般松散重度為6～7KN/m3。 </p><p><b>　?。?）擊實性能好 </b></p><p>　　（3）抗剪強度：當壓實系數(shù)c 為0.9～0.95時，粘聚力為5～30kPa，內(nèi)摩擦角為23°～30°。 </p><p>　

24、?。?）壓縮性：當壓實系數(shù)為0.90～0.95時，壓縮模量為8～20MPa。 </p><p>　?。?）承載能力：對壓實系數(shù)為0.9～0.95的浸水墊層，其容許承載力可采用120～200kPa。 </p><p>　?。?）滲透性：粉煤灰初始滲透系數(shù)在10－4～10－5 cm/s之間。 </p><p><b>　?。?）抗液化性 </b>&

25、lt;/p><p>　　粉煤灰經(jīng)壓實后在振動條件下不會液化。 </p><p>　?。?）對環(huán)境的影響： </p><p>　　粉煤灰是一種堿性材料，遇水后由于堿性可溶物的析出使PH值升高，同時粉煤灰中還含有一定量的微量有害元素和放射性元素，因此粉煤灰在填筑過程中能否推廣應用，在很大程度上取決于是否能滿足我國現(xiàn)行的有關環(huán)境保護方面的要求。 </p><

26、;p>　　小結：換填墊層法具有施工速度快、工期短、質(zhì)量容易控制、工程造價低的特點和提高地基承載力、減少地基沉降量、加速軟弱土層的排水固結、防止地基土凍脹等特性，目前已成為應用最為普遍的地基處理技術之一。近年來隨著其理論和工藝的不斷提高，其應用范圍愈來愈廣。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　《建筑地基處理技術規(guī)范》JGJ79-