不同填方高度与施工方法对地基沉降与固结的影响.doc

不同填方高度与施工方法对地基沉降与固结的影响 岩土专业 王晓明 学号：071052186摘要：本文论述了不同地基在不同填方高度情况下的沉降与固结特点，不同填层厚度，不同填层间隔时间等不同施工方法对地基沉降的影响。关键词：地基沉降；填层高度；间隔时间； 地基的沉降是土木建筑工程设计中一项必不可少的内容。因为沉降与变形的结果使建筑物各部位发生位移与相对位移，可能影响建筑物的正常工作，或因相对位移衍生的次应力过大导致结构的开裂，甚至破坏。本文从填层高度和填层间隔时间等方面论述了不同施工方法对地基沉降的影响，对今后的岩土施工有一定的指导意义。1 沉降产生的原因和类型 地基的沉降变形可能是多种原因引起的。现金常用的计算方法基本上是针对荷载重力引起的那部分沉降的。为了计算方便，常常按时间先后人为地将沉降分为三段，即三种分量：（1） 瞬时沉降Si 发生在加荷的瞬时。对于饱和土，即为不排水条件下土体形变引起的沉降。（2） 固结沉降Sc 土体在外荷作用下产生的超静水压力迫使土中水外流，土孔隙减小，形成的地面下沉。其中也包含部分剪切形变。由于孔隙水排出需要时间，这一分量是时间的函数。（3） 次压缩沉降Ss 它基本上发生在土中超静水压力完全消散以后，是在恒定有效应力下的沉降。这三种分量相互搭接，无法截然分开，只不过某时段以一种分量为主而已。对于无粘性土，例如砂土，瞬时沉降往往是主要的。对于饱和无机粉土与粘土，通常固结沉降所占比重最大。而对高有机质土、高塑性粘土及泥炭等，次压缩沉降却不容忽视。2 填方高度对地基沉降与固结的影响路基所产生的沉降主要是由上层填土所施加的荷载引起的，并且随填方高度的增加，地基产生的沉降增大。李静荣和徐晓宇通过对常张高速公路和衡枣高速公路几个典型观测点不同填方高度下的路基沉降量，分析探讨了填方高度对路基沉降量的影响。常张高速公路典型断面K140+260,该点原地基土为低液限粘土，填土也为低液限粘土，地基沉降板埋设时间为2003年8月15日，到2004年10月20日共观测432天，累计填土达到16.78m，按地基沉降量随填土高度的变化将其拟合曲线绘图，得出二次拟合曲线公式：S=1.0411h2 +5.5662h其中：S为沉降量，h为填方高度常张高速公路K159+585观测点地基土为低液限粘土，并进行粉喷桩处理，填土为红砂岩，地基沉降板埋设时间为2003年11月2日，到2004年12月15日共观测409天，累计填土达13.07m，按地基沉降量随填土高度的变化将其拟合曲线绘图，得出二次拟合曲线公式：S=1.1629h2 +7.3168h衡枣高速公路K179+885处为高液限粘土路堤，2001年7月30日埋设地基板，到2003年6月13日共观测683天，累计填土达9.03m，按地基沉降量随填土高度的变化将其拟合曲线绘图，得出拟合曲线公式： S=0.9723h2 +9.5217h衡枣高速公路K176+295.5为溶洞区换填片石特殊地基处理，2001年9月26日埋地基板，到2004年6月29日共观测1007天，累计填土达9.19m，拟合曲线公式为：S=3.7602h2 +21.637h衡枣高速公路K83+740处为清淤换填沙砾特殊地基处理，2001年8月20日埋板，到2004年7月2日共观测1033天，累计填土10.77m，按地基沉降量随填土高度的变化将其拟合曲线绘图，得出拟合曲线公式：S=0.1063h2 +17.572h由上面几个公式可以看出：路基沉降量随填土高度的增加而增加，并且是按一定的规律而变 化，但是由于地基沉降不仅受同时受上层填土高度的影响，也同时受地基土质、土层厚度、地基处理方法及观测时间的影响，难于得出统一的规律。3.施工方法对地基沉降与固结的影响在高填路堤中，分层分次间隔加载，相当于软土路基处理中的堆载预压法。但是这种预压是在路基承载力满足要求的情况下进行的，而且是逐次加载，相当于欠载预压。即实际每次的填土土方数量少于设计总的填方要求。由于饱和土地基中各点排水距离有远有近，同一时刻它们的孔隙水压力和有效应力是不同的，因而地基中各点的固结度也是不同的。如果以此为基础来研究固结情况，就使得问题变得很复杂。为便于解决实际问题，常从固结度定义出发研究整个土层的平均固结度。瞬时加载条件下的地基平均固结度可表达为：式中:u为瞬时加载条件下的平均固结度；Cv为垂直固结系数（m/s）；H为渗流途径长度（m），土层单面排水时，为土层的厚度，土层上下双面排水时（孔隙水将从土层中心向上下面排出），为土层厚度的1/2；t为加载时间（s）.对于逐级等速加载条件，即分层分次加载（堆载过程曲线如图1所示），很容易得出如下固结度计算式：式中：为t时刻修正后的平均固结度；，分别为每级等速加载的起点和终点时刻（s）。当计算某一级荷载加载期间t时刻的固结度，则改为t；为第n级载荷（N）；如计算加载工程中某一时刻t的固结度时，则采用该时刻相应的荷载；为n级荷载之和（N）；n为预压加载级数，n=1，2n。 图1. 堆载过程曲线从图1可以看出，在开始的时候，即第一次加载后到第二次加载，时间间隔较长，随后依次缩短。这说明在第一次加载后，饱和软地基受到上覆荷载的作用，孔隙水慢慢渗出，由土粒承受上覆压力，即孔隙水压力逐渐减小，有效压力增大。这样，分层加载以后，软地基的固结度逐渐增大，承载力得到提高。路堤由于填方高，填土荷载大，且有足够的时间使空隙水慢慢消散，所以施工结束后，可以保证路堤的安全使用，不至于发生大的沉降与变形。4.结论与讨论（1）填方路基沉降量随着填方高度的增加而增大，影响主要是渗透系数或固结系数相对较小的深厚粘土地基，其影响主要变现为地基的承载力能满足要求，但地基的固结沉降难以满足施工期对路基沉降与稳定的要求，在此情况下应采取分层分次加载的办法来进行填土。（2）高路堤填土在填料不同时其沉降表现也不同，对透水性较好的填土而言，其填土的压缩沉降很快趋于稳定；透水性较差的土则需要较长的时间来完成其固结沉降。（3）分层分次加载条件下，压缩指数随加载次数变化，如果不考虑，则会低估图的实际固结程度。 （4）地基的固结沉降受多方面因素的影响，是否考虑侧向排水也会对结果有很大的影响。参考文献：1李广信（20