换填法的垫层作用
1、提高地基承载力,大家知道,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。
2、减少沉降量,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。
3、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,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。
4、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。
5、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,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。
6、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1~3m厚黄土层的湿陷性。
7、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。
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,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,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。