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换填法又称换土法。
所谓换土法是指将路基范围内的软
土清除,
用稳定性好的土、
石回填并压实或夯实。
在
公路施工中,一般采用的是开挖换填天然砂砾
,<
/p>
即在一定范围内
,
把影响路基稳定性的淤
泥软
土用挖掘机挖除
,
用天然砂砾进行
换置
,
开挖换填深度在
2m
以内
,
采用分层填筑、分层压实、
分层检测压实度的方法施工。
从而改变
地基
的承载力特性,
提高抗变形和稳定能力。
在换填<
/p>
过程中,对于换填的天然沙砾中石头的粒径、含量和级配也应充分考虑,最好做试验检测,
避免无法压实而引起沉降。
浅层处理和深层处理很难明确划分界限,
一般可认为地基浅层处理的范围大致在地面以
下
5m
深度以内。
浅层人工地基的采用不仅取决于建筑物荷载量值的大小,<
/p>
而且在更大程度
上与地基土的物理力学性质有关。
地基浅层处理与深层处理相比,
一般使用比较简便的工艺
技术和施工设备,耗费较少量的材料
一、换填法的原理及适用范围
换填法
(Replacement Method
、
Cushion)
就是将基础底面以下不太深的一
定范围内的软
弱土层挖去,然后以质地坚硬、强度较高、性能稳定、具有抗侵蚀性的砂、
碎石、卵石、素
土、灰土、煤渣、矿渣等材料分层充填,并同时以人工或机械方法分层压
、夯、振动,使之
达到要求的密实度,成为良好的人工地基。
换土垫层与原土相比,具有承载力高、刚度大、变形小等优点。
按换填材料的不同,将垫层分为砂
垫层、砂卵石垫层、碎石垫层、灰土或素土垫层、煤
渣垫层、矿渣垫层以及用其它性能稳
定、无侵蚀性的材料做的垫层等。
换填法适用于浅层地基处理,包括淤泥、淤泥质土、松散素填土、杂填土、已完成自重<
/p>
固结的吹填土等地基处理以及暗塘、
暗沟等浅层处理和低洼区域的
填筑。
换填法还适用于一
些地域性特殊土的处理,
用于膨胀土地基可消除地基土的胀缩作用,
用于湿陷性黄土地基可
消除黄土的湿陷性,
用于山区地基可用于处理岩面倾斜、
< br>破碎、
高低差,
软硬不匀以及岩溶
等,用于季节性冻土地基可消除冻胀力和防止冻胀损坏等。垫层的适用范围见表。
二、垫层的作用
一提高地基承载力,
大家知道,
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浅基础的地基承载力与基础下土层的抗剪强度有关。
如
果以抗剪强度较高的砂或其它填筑材料代替较软弱的土,
可提高地基的承载力
,
避免地基破
坏。
二减少沉降量,
< br>一般地基浅层部分的沉降量在总沉降量中所占的比例是比较大的。
以条
形基础为例,在相当于基础宽度的深度范围内的沉降量约占总沉降量的
50
%左右。加以密
实砂或其它填筑材料代替上部软弱土层,
就可以减少这部分的沉降量。
由于砂垫层或其它垫
层对应力的扩散作用,
使作用在下卧层土上的压力减小,
这
样也会相应减小下卧层土的沉降
量。
三加速软弱土层的排水固结,
建筑物
的不透水基础直接与软弱土层相接触时,
在荷载的
作用下,
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软弱土地基中的水被迫绕基础两侧排出,
因而使基底下的软弱土不易
固结,
形成较
大的孔隙水压力,
还可能
导致由于地基强度降低而产生塑性破坏的危险。
砂垫层和砂石垫层
等垫层材料透水性大,
软弱土层受压后,
垫层可作为良好的排
水面,
可以使基础下面的孔隙
水压力迅速消散,加速垫层下软弱
土层的固结和提高其强度,避免地基土塑性破坏。
四防止冻胀,
因为粗颗粒的垫层材料
孔隙大,
不易产生毛细管现象,
因此可以防止寒冷
地区土中结冰所造成的冻胀。这时,砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。
五消除膨胀土的胀缩作用,在
膨胀土地基上采用换土垫层法时,一般可选用砂、碎石、
块石、煤渣或灰土等作为垫层,
但是垫层的厚度应根据变形计算确定,一般不小于
30cm
,<
/p>
且垫层的宽度应大于基础的宽度,而基础两侧宜用与垫层相同的材料回填。
六消除湿陷性黄土的湿
陷作用,
采用素土、
灰土或二灰土垫层处理湿陷性黄土,
可用于
消除
1
~
p>
3m
厚黄土层的湿陷性。
七用于处理暗浜(
bang
小河沟)
和暗沟的建筑场地,城市建筑场地,有时遇到暗浜和
暗沟。
此类
地基具有土质松软、
均匀性差、
有机质含量较高等特点,
其承载力一般都满足不
了建筑物的要求。
一般
处理的方法有基础加深、
短柱支承和换土垫层。
而换土垫层适用
于需
要处理范围较大,处理深度不大,土质较差,无法直接作为基础持力层的情况。
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在各种不同
类型的工程中,
垫层所起的主要作用有时也是不同的。
例如砂垫
层可分为换
土砂垫层和排水砂垫层两种。
一般工业与民用建筑物
基础下的砂垫层主要起换土的作用;
而
在路堤及土坝等工程,<
/p>
主要是利用砂垫层起排水固结作用,
提高固结速率,
促使地基土的强
度增长。
换土垫层视工程具体情况而
异,
软弱土层较薄时,
常采用全部换土,
软弱土层较厚
时,可采用部分换土,并允许有一定程度的沉降及变形,如图。
如前所述,
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换填法的主要作用是改善原地基土的承载力并减少其沉降量。
这一目
的通常
是通过外界的压(夯、振)实功来实现的。
当地基软弱土层较薄,而且上部荷
载不大时,也可直接以人工或机械方法
(
填料或石填
料
)
进行表层压、夯、振动等密实处理,同样可取
得换填加固地基的效果。
第二节
土的压实作用
土的压实:
是指土体在压实能量作用
下,
土颗粒克服粒间阻力,
产生位移,
使土中孔隙
减小,
密度增加。
土的压实
性:
是指土在压实能量作用下能被压密的特性。
影响土压实性的
因素很多,主要有含水量、击实功及土的级配等。
一、土的压实与含水量的关系
在低含水量时,水被土颗粒吸附在土粒表面,土颗粒因无毛细
管作用而互相联结很弱,
土粒在受到夯击等冲击作用下容易分散而难于获得较高的密实度
。
在高
含水量时,
土中多余的水分在夯击时很难快速排出而在土孔隙中形成水团,
削弱了
土颗粒间的联结,使土粒润滑而变得易于移动,夯击或碾压时容易出现
类似弹性变形的
“
橡
皮土
”
现象(软弹现象),失去夯击效果。
所以,
含
水量太高或太低都得不到好的压实效果。
要使土的压实效果最好,
其含水量一
定要适当。
土的干密度
是反映土的密实度的重要指标。
将同一种土,
配制成若干份不同含水
量的试样,
用同样的压实能量分别对每一份试样进
行击实后,<
/p>
测定各试样击实后的含水量
和干密度
,
从而绘制含水量与干密度关系曲线,
称
为压实曲线。
压实曲线表明,存
在一个含水量可使填土的干密度达到最大值,产生最好的击实效果。
最优含水量:
将这种在一定夯击能量下填土最易压实并获得最大密实度的含水量称作土
的最优含水
量,用
wop
表示。
最大干密度:在最优含水量下得到
的干密度称作填土的最大干密度,用
ρdmax
表示。
二、击实功
击实功是用击数来反应的,
如用同一
种土料,
在同一含水量下分别用不同击数进行击实
试验,就能得
到一组随击数不同的含水量与干密度关系曲线。从而得出如下结论:
对于同一种土,最优含水量和最大干密度随压实功能而变化;
击实功能愈大,
< br>得到的最优含水量愈小,
相应的最大干密度愈高。
但干密
度增大不与击
实功增大成正比,
故企图单存的用增大击实功以提
高干密度是不经济的。
有时还会引起填土
面出现所谓
“
光面
”
。
含水量超过最优含水
量以后,压实功能的影响随含水量的增加而逐渐减小
;
击实曲线和饱和曲线(土在饱和状态
=
100
%时含水量与干密度的关系曲线)不相交,
且击实曲线永远在饱和曲线的下方。
这是因为在任何含水量下,
土都不会
被击实到完全饱和状态,
亦即击实后的土内总留存
一定量的封闭
气体,故土是非饱和的。相应于最大干密度的饱和度在
80
%左
右。
三、土的级配
级配良好的土易于压实,
压实性较好
,
这是因为不均匀土内较粗土粒形成的孔隙有足够
的细土粒去充
填,
因而能获得较高的干密度。
均匀级配的土压实性较差,
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因为均匀土内较粗
的土粒形成的孔隙很少有细土粒去充填。
以上所揭示的土
的压实特性均是由室内击实试验中得到的。
但实际工程中垫层填土、
路
堤施工填筑的情况与室内击实试验的条件是有差别的。
室
内击实试验是用锤击的方法使土体
密度增加。
实际上击实试验使
土样在有侧限的击实筒内进行,
不可能发生侧向位移,
力作用<
/p>
在有侧限的土体上,
则夯实会均匀,
且能
在最优含水量状态下获得最大干密度。
而现场施工
的土料,土块
大小不一,含水量和铺填厚度又很难控制均匀,实际压实土的均匀性会较差。
因此,
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施工现场所能达到的干密度一般都低于击实试验所获得的最大干密度。
因此,
对现场
土的压实,应以压实系数
与施工含水量
来进行控制。
第三节
垫层的设计
垫层的设计主要是确定以下四个参数:垫层的厚度、垫层的宽
度、承载力和沉降。
垫层设计的主要内容是确定断面的合理厚度和宽度。
对于垫层,
既要求有足够的厚度来
置换可能被剪切破坏的软弱土层,
< br>又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。
对于排水垫层
来说,
除要求有一定的厚度和密度满足上述要求外,
还要求形成
一个排水面,
促进软弱土层
的固结,提高其强度,以满足上部荷
载的要求。
一、垫层厚度的确定
垫层的厚度一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和
不大于同一标高处软弱
土层的容许承载力,如图所示。其表达式为:(见教材公式
2.1-1
)
垫层面处的附加压力,可分别按教材式
2.1-3
简化计算。
具体计算时,一般是先初步拟定的一垫层厚度,再用上式验算
,直到满足要求为止。
垫层厚度一般不宜大于
3m
,也不宜小于
0.5m
。
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