【文章內容簡介】 發(fā)生地基的縱向滑動失穩(wěn)，應按已介紹的方法進行驗算，如穩(wěn)定性不夠，小橋可采用支撐梁、人工地基等，大中橋梁除將淺基改為樁基，采用人工地基、延長引橋使填土高度降低或橋臺移至穩(wěn)定土層上外，常用方法是采取減少臺后土壓力措施或在臺前加筑反壓護道(應注意臺前過水面積的保證) ，埋置式橋臺也可同時放緩溜坡，反壓護道（溜坡)長度、高度、坡度，以及地基加固方法等都應該經計算確定，施工時注意臺前、后填土進度的配合，避免有過大的高差。 橋頭路堤填土(包括橋臺錐坡 )橫向失穩(wěn)也須經過驗算加以保證，需要時也應放緩坡度或加筑反壓護道。 橋頭路堤填土稍高時，路堤下沉使橋臺后傾是軟土地區(qū)橋梁工程常發(fā)生的事故。除應對橋臺基礎采取前述的有針對性的結構措施及改用輕質材料填筑路堤外，一般也常對路堤的地基采取人工加固處理。第三節(jié) 換土墊層法在沖刷較小的軟土地基上，地基的承載力和變形達不到基礎設計要求，且當軟土層不太厚(如不超過 3m)時，可采用較經濟、簡便的換土墊層法進行淺層處理。即將軟土部分或全部挖除，然后換填工程特性良好的材料，并予以分層壓實，這種地基處理方法稱為換填墊層法。墊層處治應達到增加地基持力層承載力，防止地基淺層剪切變形的目的。換填的材料主要有砂、碎石、高爐干渣和粉煤灰等，應具有強度高、壓縮性低、穩(wěn)定性好和無侵蝕性等良好的工程特性。當軟土層部分換填時，地基便由墊層及(軟弱)下臥層組成如圖 6—4 所示，足夠厚度的墊層置換可能被剪切破壞的軟土層，以使墊層底部的軟弱下臥層滿足承載力的要求，12 / 38而達到加固地基的目的。按墊層回填材料的不同，可分別稱為砂墊層、碎石墊層等。換填墊層法設計的主要指標是墊層厚度和寬度，一般可將各種材料的墊層設計都近似地按砂墊層的計算方法進行設計。一、 砂墊層的設計計算 (一) 砂墊層厚度的確定 砂墊層厚度計算實質上是軟弱下臥層頂面承載力的驗算，計算方法有多種。 一種方法是按彈性理論的土中應力分布公式計算。即將砂墊層及下臥土層視為一均質半無限彈性體，在基底附加應力作用下，計算不同深度的各點土中附加應力并加上土的自重應力，同時以第二章所介紹的“規(guī)范”方法計算地基土層隨深度變化的容許承載力，并以此確定砂墊層的設計厚度，如圖 64 所示。也可將加固后地基視為上層堅硬、下層軟弱的雙層地基，用彈性力學公式計算。另一種是我國目前常用的近似按應力擴散角進行計算的方法。即認為砂墊層以“ ”角向下?擴散基底附加壓力，到砂墊層底面(下臥層頂面) 處的土中附加壓應力與土中自重應力之和不超過該處下臥層頂面地基深度修正后的容許承載力，即： （69）??H??式中： (kPa)為下臥層頂面處地基的容許承載力，可按第 章方法計算，通常只進行下??H?臥層頂面深度修正，而壓應力 的大小與基底附加壓力、墊層厚度、材料重等有關。H若考慮平面為矩形的基礎，在基底平均附加應力 作用下，基底下土中附加壓應力按擴散角?通過砂墊層向下擴散到軟弱下臥層頂面，并假定此處產生的壓應力平面呈梯形分布(圖 65)(在空?間呈六面體形狀分布)，根據力的平衡條件可得到： ????hsss tgtbhltglb???]34[ 2???則該處下臥層頂面的附加壓應力 σ h為： （610）?tgblssh ??????34式中：l—基礎的長度(m) ；b—基礎的寬度(m)； —砂墊層的厚度(m)；sh —基底處的附加應力(kPa)；? —砂墊層的壓應力擴散角，一般取 35。 ～45 。 ，根據墊層材料選用。?13 / 38 圖 64 砂墊層及應力分布 圖 65 砂墊層應力擴散圖砂墊層底面下的下臥層同時還受到墊層及基坑回填土的重力，所以 （611）hshH????式中： 、 —砂墊層、回填土的重度(kN／m 3)，水下時按浮重度計算，s? h—基坑回填土厚度(m)。由式(6—13) 、(6 —14)、(6—15)可得到砂墊層所需厚 hs。h s 一般不宜小于 lm 或超過 3m，墊層過薄，作用不明顯，過厚需挖深坑，費工耗料，經濟、技術上往往不合理。當地基土軟且厚或基底壓力較大時，應考慮其它加固方案。(二)砂墊層平面尺寸的確定 砂墊層底平面尺寸應為： ?tghlLs2?? （612）bBs其中 L、B 分別為砂墊層底平面的長及寬，一般情況砂墊層頂面尺寸按此確定，以防止承受荷載后墊層向兩側軟土擠動。 (三) 基礎最終沉降量的計算 砂墊層上基礎的最終沉降量是由墊層本身的壓縮量 Ss 與軟弱下臥層的沉降量 Sl 所組成，由于砂墊層壓縮模量比較弱下臥層大得多，其壓縮量小且在施工階段基本完成，實際lsS??可以忽略不計。需要時 Ss 也可按下式求得： （617）sHsEh???2?式中： Es—砂墊層的壓縮模量，可由實測確定，一般為 12 000～24 000kPa： —砂墊層內的平均壓應力。 2H??Sl 可用有關章節(jié)介紹方法計算。S 的計算值應符合建筑物容許沉降量的要求，否則應加厚墊層或考慮其它加固方案。14 / 38第四節(jié) 排水固結法飽和軟粘土地基在荷載作用下，孔隙中的水慢慢排出，孔隙體積慢慢地減小，地基發(fā)生固結變形。同時，隨著超靜孔隙水壓力逐漸消散，有效應力逐漸提高，地基土的強度逐漸增長。現以圖 66 為例，可說明排水固結法使地基土密實、強化的原理。在如圖 66a 中，當土樣的天然有效固結壓力為 。時，孔隙比為 e。 ，在39。0?e— 曲線上相應為 a 點，當壓力增加 ，39。c 39。??固結終了時孔隙比減少 ，相應點為 c 點，曲e線 為壓縮曲線，與此同時，抗剪強度與固結ab壓力成比例地由 a 點提高到 c 點，說明土體在受壓固結時，與孔隙比減小產生壓縮的同時，抗剪強度也得到提高。如從 c 點卸除壓力 ，則土樣39。??發(fā)生回彈，圖 66a 中 cef 為卸荷回彈曲線，如從f 點再加壓 ，土樣再壓縮將沿虛線到 c‘，其相 圖 66 室內壓縮試驗說明排水固結法原理39。??應的強度包線，如圖 6l5b 所示。從再壓縮曲線 fgc‘可 a) e 曲線 b) τ 曲線39。c?39。c看出，固結壓力同樣增加 而孔隙比減小值為 ， 比 小的多。這說明如在建筑場地上39。 39。e?39。e先加一個和上部結構相同的壓力進行加載預壓使土層固結，然后卸除荷載，再施工建筑物，可以使地基沉降減少，如進行超載預壓(預壓荷載大于建筑物荷載) 效果將更好，但預壓荷載不應大于地基土的容許承載力。排水固結法加固軟土地基是一種比較成熟、應用廣泛的方法，它主要解決沉降和穩(wěn)定問題一、砂井堆載預壓法軟粘土滲透系數很低，為了縮短加載預壓后排水固結的歷時，對較厚的軟土層，常在地基中設置排水通道，使土中孔隙較快排出水?？稍谲浾惩林性O置一系列的豎向排水通道(砂井、袋裝砂井或塑料排水板)，在軟土頂層設置橫向排水砂墊層如圖 67 所示，借此縮短排水途程，增加排水通道，改善地基滲透性能。（一） 砂井地基的設計砂井地基的設計主要包括選擇適當的砂井直徑、間距、深度、排列方式、布置范圍以及形成砂井排水系統所需的材料、砂墊層厚度等，以使地基在堆載預壓過程中，在預期的時間內，達到所需要的固結度（通常定為 80%） 。1．砂井的直徑和間距：砂井的直徑和間距主要取決于土的固結特性和施工期的要求。從原則上講，為達到相同的固結度，縮短砂井間距比增加砂井直徑效果要好，即以“細而密”為佳，不過，考慮到施工的可操作性，普通砂井的直徑為 300~500mm。砂井的間距可根據地15 / 38基土的固結特征和預定時間內所要求達到的固結度確定，間距可按為直徑的 6~8 倍選用。2．砂井深度：砂井深度主要根據土層的分布、地基中的附加應力大小、施工期限和條件及地基穩(wěn)定性等因素確定。當軟土不厚 圖 67 砂井堆載預壓（一般為 10~20m）時，盡量要穿過軟土層達到砂層；當軟土過厚（超過 20m）,不必打穿粘土，可根據建筑物對地基的穩(wěn)定性和變形的要求確定。對以地基抗滑穩(wěn)定性控制的工程，豎井深度應超過最危險滑動面 以上。3．砂井排列：砂井的平面布置可采取正方形或等邊三角形(圖 68)，在大面積荷載作用下，認為每個砂井均起獨立排水作用。為了簡化計算，將每個砂井平面上的排水影響面積以等面積的圓來代替，可得一根砂井的有效排水圓柱體的直徑 de 和砂井間距 l 的關系按下式考慮：等邊三角形布置 （618）??正方形布置 （619）4．砂井的布置范圍：由于在基礎以外一定的范圍內仍然存在壓應力和剪應力，所以砂井的布置范圍應比基礎范圍大為好，一般由基礎的輪廓線向外增加2~4m。 5．砂料：砂料宜用中、粗砂，必須保證良好的透水性，含泥量不應超過 3%，滲透系數應大于 103cm/s。 6．砂墊層：為了使砂井有良好的排水通道，砂井頂部應鋪設砂墊層，墊層砂料粒度和砂井砂料相同，厚度一般為 m~1 m。 （二）砂井地基的固結度的計算 砂井固結理論采取了下列的假設條件：圖 68 砂井的平面布置及固結滲透途徑①地基土是飽和的，固結過程是土中孔隙水的排出過程；②地基表面承受連續(xù)均勻的一次施加的荷載；③地基土在該荷載作用下僅有豎向的壓密變形，整個固結過程地基土滲透系數不變；④加荷開始時，所有豎向荷載全部由孔隙水承受。采用砂井的地基固結度計算屬于三維問題。在軸對稱條件下的單元井固結課題，如圖 68 所示。可采用 Redulic－Terzaghi 固結理論，其表達式為 （620）)1(22rurCzutV????式中 CV、C r－地基的豎向和水平向固結系數（m/s 2） ； r，z－距離砂井中軸線的水平距離和深度（m ） 。為了求解方便，采用了分離變量原理，設 ，則式（620）可分解成rzu? （621a）2zuCtVz?? （621b ）)1(rtur??16 / 38方程（621a ）的求解，可以采用 Terzaghi 解答，其固結度的計算公式為 其中 （622）????02)/(exp(81iivzALtCU )12(??iAi?方程（621b）已由 Barron(1948)根據等應變條件解出，其水平向固結度的計算公式為 （623）)8exp(1nrrFT?其中 2erdtC? 22413ln1Fn?式中 Tr—水平向固結的時間因素，無量綱； t—固結時間（s） ； L—砂井垂直長度（豎向排水距離） （m ） ； n—井徑比 n=de/dw，無量綱；de ，d w—砂井的有效排水直徑（m ）和砂井直徑（m） 。 根據前述的分離變量原理 ，則整個土層的平均超靜孔隙水壓力為rzu? rzu同理，對起始孔隙水壓力值的平均值仍然有 rz00?上述兩式相除后，可得到 ozru0再根據固結度的概念，土層的平均固結度 或 62401Ut??tU??1同理,可得豎向和徑向平均固結度為 或 625arru01??rr??1 或 625bzzUzzU從式（62或（625）可得 或 （626）)1(1zrt ??? )1(zrt U??上述推導得到的（626） ，即 Carrillo（1942）原理。根據這一原理，以及上述 Terzaghi 和Barron 的解答，則可計算出砂井地基的平均固結度。為了實際應用方便，將式(626)中 Ur 與 Tr、n 的函數關系制成表 64 以供查用。 徑向平均固結度 Ur，與時間因素 Tr 及井徑比 n 的關系 表 64n Ur 4 5