不同填方高度與施工方法對(duì)地基沉降與固結(jié)的影響.doc

不同填方高度與施工方法對(duì)地基沉降與固結(jié)的影響 巖土專業(yè) 王曉明 學(xué)號(hào)：071052186摘要：本文論述了不同地基在不同填方高度情況下的沉降與固結(jié)特點(diǎn)，不同填層厚度，不同填層間隔時(shí)間等不同施工方法對(duì)地基沉降的影響。關(guān)鍵詞：地基沉降；填層高度；間隔時(shí)間； 地基的沉降是土木建筑工程設(shè)計(jì)中一項(xiàng)必不可少的內(nèi)容。因?yàn)槌两蹬c變形的結(jié)果使建筑物各部位發(fā)生位移與相對(duì)位移，可能影響建筑物的正常工作，或因相對(duì)位移衍生的次應(yīng)力過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的開裂，甚至破壞。本文從填層高度和填層間隔時(shí)間等方面論述了不同施工方法對(duì)地基沉降的影響，對(duì)今后的巖土施工有一定的指導(dǎo)意義。1 沉降產(chǎn)生的原因和類型 地基的沉降變形可能是多種原因引起的?，F(xiàn)金常用的計(jì)算方法基本上是針對(duì)荷載重力引起的那部分沉降的。為了計(jì)算方便，常常按時(shí)間先后人為地將沉降分為三段，即三種分量：（1） 瞬時(shí)沉降Si 發(fā)生在加荷的瞬時(shí)。對(duì)于飽和土，即為不排水條件下土體形變引起的沉降。（2） 固結(jié)沉降Sc 土體在外荷作用下產(chǎn)生的超靜水壓力迫使土中水外流，土孔隙減小，形成的地面下沉。其中也包含部分剪切形變。由于孔隙水排出需要時(shí)間，這一分量是時(shí)間的函數(shù)。（3） 次壓縮沉降Ss 它基本上發(fā)生在土中超靜水壓力完全消散以后，是在恒定有效應(yīng)力下的沉降。這三種分量相互搭接，無(wú)法截然分開，只不過(guò)某時(shí)段以一種分量為主而已。對(duì)于無(wú)粘性土，例如砂土，瞬時(shí)沉降往往是主要的。對(duì)于飽和無(wú)機(jī)粉土與粘土，通常固結(jié)沉降所占比重最大。而對(duì)高有機(jī)質(zhì)土、高塑性粘土及泥炭等，次壓縮沉降卻不容忽視。2 填方高度對(duì)地基沉降與固結(jié)的影響路基所產(chǎn)生的沉降主要是由上層填土所施加的荷載引起的，并且隨填方高度的增加，地基產(chǎn)生的沉降增大。李靜榮和徐曉宇通過(guò)對(duì)常張高速公路和衡棗高速公路幾個(gè)典型觀測(cè)點(diǎn)不同填方高度下的路基沉降量，分析探討了填方高度對(duì)路基沉降量的影響。常張高速公路典型斷面K140+260,該點(diǎn)原地基土為低液限粘土，填土也為低液限粘土，地基沉降板埋設(shè)時(shí)間為2003年8月15日，到2004年10月20日共觀測(cè)432天，累計(jì)填土達(dá)到16.78m，按地基沉降量隨填土高度的變化將其擬合曲線繪圖，得出二次擬合曲線公式：S=1.0411h2 +5.5662h其中：S為沉降量，h為填方高度常張高速公路K159+585觀測(cè)點(diǎn)地基土為低液限粘土，并進(jìn)行粉噴樁處理，填土為紅砂巖，地基沉降板埋設(shè)時(shí)間為2003年11月2日，到2004年12月15日共觀測(cè)409天，累計(jì)填土達(dá)13.07m，按地基沉降量隨填土高度的變化將其擬合曲線繪圖，得出二次擬合曲線公式：S=1.1629h2 +7.3168h衡棗高速公路K179+885處為高液限粘土路堤，2001年7月30日埋設(shè)地基板，到2003年6月13日共觀測(cè)683天，累計(jì)填土達(dá)9.03m，按地基沉降量隨填土高度的變化將其擬合曲線繪圖，得出擬合曲線公式： S=0.9723h2 +9.5217h衡棗高速公路K176+295.5為溶洞區(qū)換填片石特殊地基處理，2001年9月26日埋地基板，到2004年6月29日共觀測(cè)1007天，累計(jì)填土達(dá)9.19m，擬合曲線公式為：S=3.7602h2 +21.637h衡棗高速公路K83+740處為清淤換填沙礫特殊地基處理，2001年8月20日埋板，到2004年7月2日共觀測(cè)1033天，累計(jì)填土10.77m，按地基沉降量隨填土高度的變化將其擬合曲線繪圖，得出擬合曲線公式：S=0.1063h2 +17.572h由上面幾個(gè)公式可以看出：路基沉降量隨填土高度的增加而增加，并且是按一定的規(guī)律而變 化，但是由于地基沉降不僅受同時(shí)受上層填土高度的影響，也同時(shí)受地基土質(zhì)、土層厚度、地基處理方法及觀測(cè)時(shí)間的影響，難于得出統(tǒng)一的規(guī)律。3.施工方法對(duì)地基沉降與固結(jié)的影響在高填路堤中，分層分次間隔加載，相當(dāng)于軟土路基處理中的堆載預(yù)壓法。但是這種預(yù)壓是在路基承載力滿足要求的情況下進(jìn)行的，而且是逐次加載，相當(dāng)于欠載預(yù)壓。即實(shí)際每次的填土土方數(shù)量少于設(shè)計(jì)總的填方要求。由于飽和土地基中各點(diǎn)排水距離有遠(yuǎn)有近，同一時(shí)刻它們的孔隙水壓力和有效應(yīng)力是不同的，因而地基中各點(diǎn)的固結(jié)度也是不同的。如果以此為基礎(chǔ)來(lái)研究固結(jié)情況，就使得問題變得很復(fù)雜。為便于解決實(shí)際問題，常從固結(jié)度定義出發(fā)研究整個(gè)土層的平均固結(jié)度。瞬時(shí)加載條件下的地基平均固結(jié)度可表達(dá)為：式中:u為瞬時(shí)加載條件下的平均固結(jié)度；Cv為垂直固結(jié)系數(shù)（m/s）；H為滲流途徑長(zhǎng)度（m），土層單面排水時(shí)，為土層的厚度，土層上下雙面排水時(shí)（孔隙水將從土層中心向上下面排出），為土層厚度的1/2；t為加載時(shí)間（s）.對(duì)于逐級(jí)等速加載條件，即分層分次加載（堆載過(guò)程曲線如圖1所示），很容易得出如下固結(jié)度計(jì)算式：式中：為t時(shí)刻修正后的平均固結(jié)度；，分別為每級(jí)等速加載的起點(diǎn)和終點(diǎn)時(shí)刻（s）。當(dāng)計(jì)算某一級(jí)荷載加載期間t時(shí)刻的固結(jié)度，則改為t；為第n級(jí)載荷（N）；如計(jì)算加載工程中某一時(shí)刻t的固結(jié)度時(shí)，則采用該時(shí)刻相應(yīng)的荷載；為n級(jí)荷載之和（N）；n為預(yù)壓加載級(jí)數(shù)，n=1，2n。 圖1. 堆載過(guò)程曲線從圖1可以看出，在開始的時(shí)候，即第一次加載后到第二次加載，時(shí)間間隔較長(zhǎng)，隨后依次縮短。這說(shuō)明在第一次加載后，飽和軟地基受到上覆荷載的作用，孔隙水慢慢滲出，由土粒承受上覆壓力，即孔隙水壓力逐漸減小，有效壓力增大。這樣，分層加載以后，軟地基的固結(jié)度逐漸增大，承載力得到提高。路堤由于填方高，填土荷載大，且有足夠的時(shí)間使空隙水慢慢消散，所以施工結(jié)束后，可以保證路堤的安全使用，不至于發(fā)生大的沉降與變形。4.結(jié)論與討論（1）填方路基沉降量隨著填方高度的增加而增大，影響主要是滲透系數(shù)或固結(jié)系數(shù)相對(duì)較小的深厚粘土地基，其影響主要變現(xiàn)為地基的承載力能滿足要求，但地基的固結(jié)沉降難以滿足施工期對(duì)路基沉降與穩(wěn)定的要求，在此情況下應(yīng)采取分層分次加載的辦法來(lái)進(jìn)行填土。（2）高路堤填土在填料不同時(shí)其沉降表現(xiàn)也不同，對(duì)透水性較好的填土而言，其填土的壓縮沉降很快趨于穩(wěn)定；透水性較差的土則需要較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成其固結(jié)沉降。（3）分層分次加載條件下，壓縮指數(shù)隨加載次數(shù)變化，如果不考慮，則會(huì)低估圖的實(shí)際固結(jié)程度。 （4）地基的固結(jié)沉降受多方面因素的影響，是否考慮側(cè)向排水也會(huì)對(duì)結(jié)果有很大的影響。參考文獻(xiàn)：1李廣信（20