巖土工程現(xiàn)行復(fù)合地基沉降理論

巖土工程現(xiàn)行復(fù)合地基沉降理論

摘要：現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論，是基于樁土變形一致的剛性基礎(chǔ)下的復(fù)合地基建立的，在樁土變形不一致的柔性基礎(chǔ)下中應(yīng)用時，誤差很大。本文將模型試驗(yàn)成果及實(shí)際工程的實(shí)測值與理論計(jì)算值進(jìn)行了比較，分析誤差及原因，并就解決辦法進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：不同剛度基礎(chǔ)；復(fù)合模量法；應(yīng)力修正法；彈性力學(xué)平面問題理論

1現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論

通常把復(fù)合地基沉降量分為二部分，復(fù)合地基加固區(qū)的厚度為H，加固區(qū)的壓縮量記為S1；地基壓下臥層厚度為，下臥層的壓縮量記為S2.故在荷載作用下復(fù)合地基的總沉降S可表示為二部分之和。至今提出的復(fù)合地基沉降實(shí)用計(jì)算方法中，對下臥層壓縮量S2大都采用分層總和法計(jì)算，而對加固區(qū)范圍內(nèi)的土層壓縮量S1則針對復(fù)合地基的特點(diǎn)采用一種或幾種計(jì)算方法。主要有復(fù)合模量法和與應(yīng)力修正法。圖1復(fù)合地基沉降示意圖

復(fù)合模量法

將復(fù)合地基加固區(qū)中增強(qiáng)體和土體視為一復(fù)合土體，采用復(fù)合壓縮模量Ecs來評價復(fù)合土體的壓縮性。采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層壓縮量。將加固區(qū)分成n層，每層復(fù)合土體的復(fù)合模量為Ecsi，加固區(qū)土層壓縮量表示為

式中——第i層復(fù)合土上附加應(yīng)力增量；

Hi——第i層復(fù)合土層的厚度豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基復(fù)合土層壓縮模量Ecs，通常根據(jù)彈性力學(xué)的平面問題理論，采用面積加權(quán)平均法計(jì)算，則

式中Ep——樁體壓縮模量；

Es——樁間土壓縮模量；

m——復(fù)合地基置換率。

復(fù)合土體的復(fù)合模量也可采用彈性理論求出解析解或數(shù)值解。使樁和樁間土有一均勻的豎向壓縮，即=常數(shù)，因此屬于廣義平面應(yīng)變問題，可得

其中vp，vs——分別為樁體和土體的泊松比；

m——復(fù)合地基置換率；

應(yīng)力修正法

在豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中，增強(qiáng)體的存在使作用在樁間土上的平均荷載密度比作用在復(fù)合地基上的平均荷載密度要小。在采用應(yīng)力修正法計(jì)算壓縮量時，根據(jù)樁間土分擔(dān)的荷載，按照樁間土的壓縮模量，忽略增強(qiáng)體的存在，采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層的壓縮量。

豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基中樁間土分擔(dān)的荷載為

式中p——復(fù)合地基平均荷載密度；

——應(yīng)力減少系數(shù)或稱應(yīng)力修正系數(shù)；

n和m——分別為復(fù)合地基樁土應(yīng)力比和復(fù)合地基置換率。

復(fù)合地基加固區(qū)土層壓縮量采用分層總和法計(jì)算，其表達(dá)式為

式中——未加固地基在荷載P作用下第i層土上的附加應(yīng)力增量；

——復(fù)合地基中第i層樁間土中的附加應(yīng)力增量；

S1s——未加固地基在荷載P作用下相應(yīng)厚度內(nèi)的壓縮量；

——應(yīng)力修正系數(shù)

2現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論在不同剛度基礎(chǔ)下的復(fù)合地基中的應(yīng)用

模型試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果

就不同剛度基礎(chǔ)下復(fù)合地基性狀進(jìn)行過模型試驗(yàn)。淤泥質(zhì)粘土中，采用靜壓成孔、分層回填法，制作直徑120mm、長2m、水泥摻入量18%的模型樁，樁底、樁身、樁頭埋沒測試元件與設(shè)備，用鐵板上加荷模擬剛性基礎(chǔ)、用相同底面積正臺形木斗、內(nèi)裝砂法模擬柔性基礎(chǔ)，置換率采用15%，分別進(jìn)行了四組試驗(yàn)，主要成果

表1剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基試驗(yàn)結(jié)果

表2柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基試驗(yàn)結(jié)果

表4柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基模型試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

應(yīng)用現(xiàn)行復(fù)合地基沉降理論結(jié)上述工程進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果

表6K29+129號段復(fù)合地基計(jì)算結(jié)果與實(shí)際沉降比較

3試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)測資料對比分析

從現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論在上述模型試驗(yàn)及工程實(shí)例中的應(yīng)用結(jié)果看，在剛性基礎(chǔ)下，當(dāng)荷載不超過復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，復(fù)合模量法得到的計(jì)算值能夠較好地接近試驗(yàn)結(jié)果，并且在荷載水平不超過倍復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值時，兩者的差距隨荷載水平的增長始終能夠保持在可以接受的范圍內(nèi)。因此對荷載水平不超過復(fù)合地基承載力倍的情況時，現(xiàn)有的復(fù)合地基沉降的計(jì)算公式在剛性基礎(chǔ)下是可行的。

現(xiàn)有復(fù)合地基沉降變形理論在柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中應(yīng)用時，即使在荷載水平較低時理論值也小于實(shí)際值，且隨著荷載水平的增加，兩者的差距擴(kuò)大?？梢娫摾碚撛谌嵝曰A(chǔ)下復(fù)合地基中的應(yīng)用是不合理，不安全的。

出現(xiàn)下述情況的原因是因?yàn)椋簭?fù)合模量的表達(dá)式認(rèn)為樁和土的變形，并且利用彈性力學(xué)平面問題理論將樁土的模量按面積加權(quán)綜合考慮，這樣就充分考慮了樁強(qiáng)度的發(fā)揮，這些假設(shè)比較符合剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基變形的實(shí)際情況，因此復(fù)合模量法用在剛性基礎(chǔ)中能夠取得比較好的結(jié)果。而在柔性基礎(chǔ)下，樁和土的變形有不協(xié)調(diào)的趨勢，樁有相對刺入柔性基礎(chǔ)中的趨勢，樁的強(qiáng)度并不能充分發(fā)揮，這與復(fù)合模量法計(jì)算假設(shè)相差較大，因此會造成實(shí)測值比理論值大得多的情況。

4結(jié)論

1.現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論，在荷載水平不大的剛性基礎(chǔ)下應(yīng)用時，是安全可靠的；但荷載水平超過復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值倍時，應(yīng)考慮其安全性。

2.現(xiàn)行復(fù)合地基沉降變形理論，在以公路為代表的柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基中應(yīng)用，是不安全，隨荷載水平增加，計(jì)算值與實(shí)測值之差增大，這應(yīng)引起高度重視。

3.加固區(qū)沉降計(jì)算理論，是解決柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基沉降計(jì)算的關(guān)鍵問題，建議有條件時，對樁、土、基礎(chǔ)三者采用有限方法進(jìn)行復(fù)合地基沉降計(jì)算，本文作者曾就問題進(jìn)行過一