浅层换填法在道路软土地基处理中的应用

【关键词】浅层换填法;应用条件;沉降控制

引言

在公路建设中，如遇到软基处理不当。往往会导致两方面的问题：a)强度及稳定性问题当地基的剪切强度不足以承受路堤及路面外荷载时。地基可能会发生局部或整体剪切破坏。造成路堤塌方、失稳，桥台破坏；b)沉降变形问题当地基在上部荷载及外载作用下产生过大的沉降变形时．会影响道路的正常使用，特别是产生过大的不均匀沉降时，路面会发生开裂破坏，使构造物与路堤衔接处出现差异沉降，引起桥头跳车，或使涵身、通道凹陷、沉降缝托宽而漏水．或出现路面横坡变缓、积水等。目前，对于软土地基的处理方法很多，如换填法、深层密实法、排水同结法、加筋技术和化学加固方法等。软土的强度低，透水性差，含水量大，孔隙比大， 结构性强.容易受扰动影响，道路的软土地从不经处理，往往因为承载力不足而发生剪切破坏，路面变形失一去稳定性，或者因路面沉降过多，导致路面开裂破坏。路堤填土较低，软土层厚度较小时，可考虑采用换填法。

一、浅层换填法的应用条件

当地镇软土层埋深较浅(在地从表层)，厚度较小时(3米以内)，无论路堤填土多高，以换填法彻底地洁除地墓软土层是最理想的选择。以下只探讨软土层较厚的情况下浅层换填法的应符合的条件。

进行软基处理设计时，如果千篇一律地采用保守的处理方法，会增加工程建设成本，造成不必要的浪费。在平地上建设道路，拟建道路的路而高程与周边场地的高差小于 1米(城市道路通常有这种情况)，进行软基处理设计时，推荐优先考虑采用工期短、造价低的浅层换填法。验算的内容主要

为:根据岩土工程助察报告提供的拟建道路的岩土类型、分布规律及其物理力学性质指标，

二、置换法设计的基本原理

换土垫层法是将地基浅层一定深度的软弱土层挖除，然后回填强度较大、压缩性较小、料源丰富、价格低廉且无腐蚀的砂、碎石、石渣、素土、灰土、矿渣以及其他性能稳定的材料，分层夯实至要求的干密度，作为持力层。以达到增强承载力、减小地基沉降龟的目的。垫层所起作用主要有：

（1）提高地基承载力承载力与地基下土层的抗剪强度有关，砂、碎石等填筑材料抗剪强度较软弱土层高，因此可提高地基承载力：

（2）减小沉降量一般来说，地基中浅层部分的沉降量占总沉降量的比重较大，换填后可减小这部分的沉降．另外由于换填材料对应力的扩散作用，可以使作用在下卧层的压力减小。从而减少下卧层的沉降：

（3）加速软弱土层的排水固结不透水基础或透水性差的路堤直接与软弱土层相接触．在荷载作用下，使软弱土层不易同结，形成较大的孔隙水压力。这可能导致由于地基强度降低而发生塑性破坏的危险，而砂石等垫层材料透水性大、排水良好．可迅速消散孔隙水压力，加速其下软弱土层的同结和强度的提高：

（4）防止冻涨

由于粗颗粒垫层孔隙率大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区地基土发生冻胀现象，此时砂垫层底面应满足当地冻结度的要求：

（5）消除膨胀土的胀缩作用在各类工程中，垫层所起的主要作朋各有不同，对膨胀土地基而言其主要作用在于消除膨胀土的胀缩作用。换土垫层法适用于淤泥、

三、施工工艺

按换垫材料的不同。垫层可分为砂和砂石垫层、素土垫层、灰土垫层、碎石和废渣垫层等。砂垫层的施工关键是将砂加密到设计的密实度。常用的加密方法有振动法、水撼法、碾压法等，施工中要求分层铺砂，逐层密实，下层密实度经检验合格后方可进行上一层施工，检验标准为干密度达到设计要求，分层厚度视不同密实方法而定。一般为15cm、20cm，具体的分层最大厚度和最优含水量可根据具体施工方法确定；铺筑前应先验槽，保证基槽稳定；开挖基坑及铺设垫层时，应避免扰动软弱土层的表面．否则坑底土会遭到破坏。使强度显著降低．在荷载作用下产生很大沉降，因此，开挖后应及时回填，并防止践踏坑底；砂石垫层底面应铺设在统一标高上，但若深度不同，则应注意做好搭接，并捣实搭接部分。施工时按先深后浅的顺序进行；人工级配砂石垫层，应拌和均匀后再铺填捣实：捣实垫层时。也应注意不要破坏基坑底面和侧面土的强度：采用细砂作垫层材料时，应加入一定数量的碎、卵石，同时防止地下水的影响；水撼法施工时，在基槽两侧设置样桩，控制铺砂厚度，每层25cm，每铺一层，灌水与砂平齐，然后用钢叉摇晃，直至全部沉实，待检验合格后再进行下一层的施工。

四、地基承载力概述

地从承载力是指地基土单位面积上可以承受的压力值。如果建筑物的荷载过大，地基中出现了较大范围的剪切破坏(塑性变形)区。形成了连续的滑裂面。基础下而的部份土体沿滑裂而整体滑动，地基丧失了稳定性，导致建筑物产生倾倒、塌陷等灾难性破坏。在荷载作用下地从发生变形，地基变形的发展随着荷载增加，可分为三个阶段:①线性变形阶段(基底压力P与沉降S基本上是直线关系);②弹塑性变形阶段(基础边缘处土体开始发生剪切破坏，随着荷载的增加，剪切破坏区(又叫塑性变形区)逐渐扩大);③完个破坏阶段(如果荷载继续增加，剪切破坏区不断扩大，最终在地基中形成连续的滑裂面，基础沉降急剧增加或向一侧倾斜，整个地基产生失稳破坏)。

 地基塑性区容许深度与建筑物的等级和类型、荷载性质及土的特性等因素有关，目前还没有统一标准。一般经验表明，在中心荷载作用下，塑性区的最大发展深度可控制在从宽度的1/4,相应的从基底压力称为塑性荷载，P1/4表示;在偏心荷载作用下，塑性区的最大发展深度可放宽到从宽度的1/3，相应的基底压力也称为塑性荷载，P1/3表示。

五、应用浅层换填法的关键在于道路沉降的控制要求及沉降控制措施

采用浅层换填法处理软土地基的低填土道路.由于基础、路面等荷载等附加应力较小，工期短，可以利用分层总和法计算的地基最终沉降量作为工后沉降量。

采用浅层换填法处理道路软土地基，情况往往是地基承载力能满足要求，但工后沉降量较大，因此使用此方法的关键在于道路的工后沉降是否在允许范围之内，为了适应道路的沉降控制要求，需要配套采取相应的措施，主要控制措施有:(1)采用临时过渡路面，待路从变形稳定后，再修筑正式路面：(2)采用提高路从设计标高的方法预留沉降量.综合采用多种软基处理方法进了分段处理，对经验算地基工后沉降量大于允许要求的路段，可采用堆载预压等排水固结法使沉降尽可能多地在施工期间产生，或采用桩体复合地从等加固桩法使得地从在给定的外荷载下所产生的总沉降减小;对工后沉降量在允许范围内的路段，则采用浅层换填法。(4)在换填从础时分层铺设土工格栅或土工织物，以增强路基的抗拉、抗剪强度和整体稳定性，减少不均匀的沉降。

结语

在公路与城市道路工程建设中，对于低填土道路，采用浅层换填法处理软土地基在技术上具有很高的可行性，而且该方法具有工期短、造价低的优势，因此在工程建设中具有很高的经济性、实用性。

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