淺層地基土應(yīng)用的新途徑

1、淺層地基土應(yīng)用的新途徑摘要：本文通過(guò)考察目前對(duì)淺層地基土的強(qiáng)度和變形研究現(xiàn)狀及應(yīng)用方法，提出了既能夠利用淺部低強(qiáng)度地基土作為高層建筑根底的持力層，又能夠反映土和工程結(jié)構(gòu)之間相互作用，同時(shí)具備簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、平安等特點(diǎn)的土層圍壓應(yīng)用。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試、工程實(shí)踐效果證明了這種應(yīng)用的合理性及有效性。論文關(guān)鍵詞：淺層土,工程結(jié)構(gòu),圍壓應(yīng)用,地基在千米厚度以上的松散沉積地層中，進(jìn)行高層建筑地基根底的設(shè)計(jì)受到關(guān)注的焦點(diǎn)內(nèi)容莫過(guò)于解決如何經(jīng)濟(jì)合理地做好地基根底設(shè)計(jì)。隨著高層建筑的規(guī)劃建設(shè)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方式已經(jīng)難以對(duì)高層建筑地基根底的設(shè)計(jì)給出滿意的解釋和詮釋。這些建立在樁基和復(fù)合地基原理上的設(shè)計(jì)理論，特別是

2、對(duì)于河湖相沉積的、呈薄層及互層狀的飽和粉土及粉質(zhì)粘土層，那么是把根底底板下一定厚度的承載力小于130KPa的該類土層用高強(qiáng)度、低變形量的樁根底方法或高強(qiáng)度加強(qiáng)體為主的復(fù)合地基加以處理，這無(wú)疑確保了高層建筑的平安，但是在經(jīng)濟(jì)、施工便利、簡(jiǎn)單等方面失去了優(yōu)越性。土的三軸強(qiáng)度試驗(yàn)，真三軸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：土的強(qiáng)度并非定值，而是隨土圍壓力的增高有所增加；土的軸向變形那么隨土的圍壓增加而減弱。本文擬以三軸強(qiáng)度試驗(yàn)為原理，提出圍壓結(jié)構(gòu)的具體工程設(shè)計(jì)及思路，利用圍壓結(jié)構(gòu)將地基土分割為等面積，等體積，土的大型三軸強(qiáng)度試驗(yàn)組合，使得圍壓結(jié)構(gòu)和土體形成新的共同工作的結(jié)構(gòu)地基，以解決高層建筑地基根底中淺層軟土為高層

3、建筑地基利用的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。2、 高層建筑地基及設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析2.1高層建筑地基及設(shè)計(jì)歷史每次高層建筑的空間和平面的拓展，都為地基根底的設(shè)計(jì)理論提供了新的研究課題和方向，同時(shí)也為土力學(xué)研究成果的工程實(shí)現(xiàn)提供了應(yīng)用空間。上世紀(jì)80年代初期，在大厚度松散土上建筑高層建筑，根本上以結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論為依據(jù)，提出了以樁內(nèi)全置換土為主的樁基和列成熟設(shè)計(jì)理論，施工工藝，檢測(cè)措施等。但存在的缺乏：雖然樁基系列具有明顯的平安性，但是由于舍棄淺層有一定承載能力、抗變形能力的軟弱土，無(wú)疑要求根底的剛度，長(zhǎng)度，整體強(qiáng)度加大，故此直接導(dǎo)致根底的工程造價(jià)飆升以及施工工藝的復(fù)雜化；由于樁結(jié)構(gòu)體在地基土內(nèi)所占的面積比例為10%左右，

4、卻承當(dāng)100%的建筑荷載作用，樁的應(yīng)用集中效應(yīng)明顯；樁體外表與土的接觸面積有限，大多情況下樁的承載力由土的摩阻力和端阻力，而影響范圍之外的土并不能充分提供其強(qiáng)度試驗(yàn)和真三軸剪切試驗(yàn)，對(duì)土力學(xué)性質(zhì)和行為的深入探討有一定的積累，土的宏觀、微觀試驗(yàn)研究【1】，對(duì)于土的微觀結(jié)構(gòu)從認(rèn)識(shí)方面進(jìn)一步深化，開(kāi)始注意到土的應(yīng)力應(yīng)變特征。2.2多層軟弱土根底設(shè)計(jì)方式到目前為止，對(duì)于淺層土的利用有三種設(shè)計(jì)方式：沿襲結(jié)構(gòu)力學(xué)理論和集中荷載方式開(kāi)展下來(lái)的樁根底設(shè)計(jì)，幾乎是根底的代名詞，絕大多數(shù)軟弱地層中的根底采用樁孔內(nèi)局部或全部的置換土并填充人工高強(qiáng)度材料和實(shí)現(xiàn)，籍此將上部荷載通過(guò)樁、土的端阻力等傳遞到土深部以及借助于

5、樁外表與土的摩擦力消散于土內(nèi)。以土力學(xué)對(duì)土應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律研究的最新成果，采用復(fù)合地基加固原理力依據(jù)的地基加固設(shè)計(jì)【2】，利用率由原來(lái)的10%上升到20%以上【3】。它源于三軸剪切試驗(yàn)對(duì)于土在受力過(guò)程中變形特性和破壞，特點(diǎn)的微觀描述和認(rèn)識(shí)【4】及對(duì)土固結(jié)機(jī)理的深化認(rèn)識(shí)。出現(xiàn)了以樁側(cè)摩阻力和樁端阻力聯(lián)合奉獻(xiàn)于樁承載力的，在原位半置換土的粉噴樁、高壓施噴樁、深層攪拌樁等滲透性設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)雖然對(duì)淺層軟弱土的工程實(shí)踐產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用，但是廣泛的利用于高層建筑地基中的地基處理設(shè)計(jì)尚在探索階段。結(jié)構(gòu)力學(xué)和土力學(xué)理論相對(duì)融合的思路，即樁根底和地基處理相結(jié)合的混合設(shè)計(jì)【5】，由此局部地實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、平安、高效的

6、地基根底設(shè)計(jì)要求和土利用率提高，顯然受到現(xiàn)代土力學(xué)研究成果的影響，地基與根底設(shè)計(jì)方面又前進(jìn)了一步。然而，這些地基根底的設(shè)計(jì)均忽略了三軸強(qiáng)度試驗(yàn)中的圍壓對(duì)于土強(qiáng)度和變形的控制作用，或只針對(duì)土的某些特殊性質(zhì)提出相應(yīng)的處理措施，更是忽略了土中圍壓作用整體性改變土的力學(xué)屬性的圍壓結(jié)構(gòu)地基根底形式。3、軟弱土層應(yīng)用新思路新的圍壓結(jié)構(gòu)地基應(yīng)該是這些認(rèn)識(shí)的實(shí)質(zhì)性，結(jié)合性反映。新的圍壓結(jié)構(gòu)地基設(shè)計(jì)，無(wú)疑需要現(xiàn)代土力學(xué)中最新研究成果的支持，勢(shì)必可以為地基根底設(shè)計(jì)增添新的設(shè)計(jì)方法以及改善長(zhǎng)期以柔土力學(xué)研究成果與工程實(shí)踐的脫節(jié)觀象。因此，在探討淺軟弱土應(yīng)用高層建筑之間，必須建立如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：1軟弱土不能直接作為地基

7、。原因在于沒(méi)有考慮土中應(yīng)力場(chǎng)會(huì)隨著土中應(yīng)力狀態(tài)的改變而變化，更沒(méi)有考慮到軟弱土塑性變形方向大小與應(yīng)力場(chǎng)改變的關(guān)系，甚至一個(gè)公認(rèn)的三軸強(qiáng)度試驗(yàn)土圍壓力增加直接導(dǎo)致主應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變減少，抗剪強(qiáng)度增加的試驗(yàn)事實(shí)被忽略。2土是由固相顆?？紫逗瑵庀唷庀?、膠結(jié)物質(zhì)等組構(gòu)，在通常的工程范圍內(nèi)，可以認(rèn)為巖礦顆粒、粘土圍粒構(gòu)成了固相顆粒的根本強(qiáng)度單元，并假設(shè)根本強(qiáng)度單元在通常的圍巖條件下不發(fā)生顆粒破壞。3三軸強(qiáng)度試驗(yàn)中，土的初始孔隙比對(duì)土的應(yīng)力應(yīng)變有很大的影響，初始孔隙 比越小，圍壓力越大，最大主應(yīng)力越大。相同的土大于不同圍壓2=3=1作用下，主應(yīng)力1不變，且12=3條件下，峰值強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨著圍壓2=3=

8、2的升高即12而增加；主應(yīng)力對(duì)應(yīng)的變形1那么隨著圍壓2=3=2升高相應(yīng)的減少。4松散土樣因孔隙比擬大，應(yīng)力應(yīng)變曲線中沒(méi)有峰值應(yīng)力升觀。但是在足夠圍壓力和最大主應(yīng)力的作用下，體積首先垂直壓縮并且壓縮變形的增加量的逐漸減少，而無(wú)側(cè)向變形的增量。5對(duì)于無(wú)偏向荷載作用的軟弱地基土，控制土的側(cè)向變形要比限制垂直沉降意義更大。大量測(cè)試資料說(shuō)明，地基土的側(cè)向變形是沉降、差異變形、傾斜的決定性因素。4、圍巖結(jié)構(gòu)地基的設(shè)計(jì)基于上述對(duì)土的認(rèn)識(shí)，得到淺層軟弱地層地基設(shè)計(jì)的合理啟發(fā)，繼而形成有效的、與之相適應(yīng)的地基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，即是：1充分反映土所特有的屬性，即隨時(shí)間和環(huán)境產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形結(jié)構(gòu)破壞循環(huán);。首先建立具有針

9、對(duì)性的、以土結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程機(jī)理分析量化評(píng)價(jià);為宗旨工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)概念。其次在設(shè)計(jì)更具針對(duì)性、系統(tǒng)性與有效性確保經(jīng)濟(jì)合理的要求下、對(duì)現(xiàn)有的各種地基設(shè)計(jì)選擇適宜性的圍壓結(jié)構(gòu)，最后在完全滿足上述條件的前提下，實(shí)現(xiàn)地基土和圍壓結(jié)構(gòu)共同作用的要求。2實(shí)現(xiàn)上述要求，必須對(duì)軟弱土側(cè)向變形穩(wěn)定性實(shí)施工程控制，即限制土的側(cè)向變形并將其通過(guò)與土緊密結(jié)合的結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)。3用系統(tǒng)分析原理對(duì)土和圍壓結(jié)構(gòu)之間的相互作用進(jìn)行分析， 把圍壓結(jié)構(gòu)視為土中即新結(jié)構(gòu)體系。4以室內(nèi)土三軸剪切試驗(yàn)原理為指導(dǎo)，輔以原位靜荷載試驗(yàn)對(duì)圍壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行足尺寸的觀場(chǎng)研究，分別進(jìn)行軟土中無(wú)側(cè)限圍壓結(jié)構(gòu)，存測(cè)限圍壓結(jié)構(gòu)和土結(jié)構(gòu)共同作用的試驗(yàn)，把獲得的數(shù)條

10、試驗(yàn)壓縮曲線作為研究的根據(jù)，并作為根本判識(shí)依據(jù)。5圍壓結(jié)構(gòu)地基的計(jì)算式指導(dǎo)：視圍壓在結(jié)構(gòu)地基為均勻，各向同性的彈性體，結(jié)構(gòu)地基的分層與原天然地基土想同，依據(jù)彈性理論，極限平衡理論、有效應(yīng)力原理進(jìn)行地基的承載力特征值、壓縮衡量結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等計(jì)算式指導(dǎo)。5、結(jié)論1把當(dāng)代土力學(xué)研究成果應(yīng)用到地基根底設(shè)計(jì)中是研究的最終目標(biāo)。將土變形及強(qiáng)度地過(guò)程屬性作為地基根底設(shè)計(jì)的思路顯然比一味地采用高強(qiáng)度、深部硬土作為地基更加重要。淺層土作為高層建筑地基雖然有不同的缺陷，但是采用圍壓結(jié)設(shè)計(jì)后，直接作為地基滿足建筑要求，同時(shí)減少地基根底的加固和處理的深度。2圍壓工程設(shè)計(jì)必須對(duì)淺層土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的各種因素，工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、土與工程結(jié)構(gòu)之間相互作用進(jìn)行全面分析和合理認(rèn)識(shí)后進(jìn)行。3圍巖結(jié)構(gòu)并非單純的原位水泥攪拌樁一種，而是以其結(jié)構(gòu)深度與土層相匹配、與土結(jié)合程度高、經(jīng)濟(jì)、平安、易行為標(biāo)準(zhǔn)選用，這方面繼續(xù)探索的空間相當(dāng)寬廣?？稍谌魏涡螤畹母住⑷我馍疃鹊谋榆浲翆又惺褂?。4淺土層作為地基的設(shè)計(jì)方法很多，但滿足高層建筑要求的設(shè)計(jì)方法還沒(méi)有系統(tǒng)化。本文把圍壓增加土強(qiáng)度效應(yīng)與工程結(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合一起，用簡(jiǎn)單的方法解決了困擾的、復(fù)雜的問(wèn)題，可見(jiàn)進(jìn)一步深化探索意義顯著。參考文獻(xiàn)：【1】宰金珉，宰金璋。高層建筑根底分析與設(shè)計(jì)北京：中國(guó)建筑與工業(yè)出版社，1994:1