复合地基变形计算若干问题探讨

　　　　　　　　西部探矿工程seriesNo.104

2005年第1期WEST-CHINAEXPLORATIONENGINEERINGJan.2005

文章编号:1004—5716(2005)01—0003—02中图分类号:TU441.6　文献标识码:B

复合地基变形计算若干问题探讨

陈伟平

(佛山市水利水电建筑设计有限公司,广东佛山528000)

摘　要:复合地基可以减小地基变形,附加压力和压缩模量是复合地基变形计算的两个重要参数,探讨附加压力和压缩模量的取值问题。

关键词:复合地基;变形计算;附加压力;压缩模量

1　概述

天然土层在自重压力作用下的变形已经稳定,只有基底附加压力才能引起地基的附加变形。由于建筑物均有一定的埋深,从建筑物基底压力中扣除基底标高处原有土中自重应力后,才是基底平面处新增加于地基的基底压力。当有地下水时,地下水既对地基土产生浮力,也对建筑物产生浮力。基底平均附加压力按下式计算:

采用复合地基技术可以提高地基承载力,减小地基变形。在深厚软弱地基上应用复合地基技术具有良好的经济效益和社会效益。深厚软土地基地区建筑工程事故不少是由于沉降过大,特别是不均匀沉降过大引起。事实上,不少工程采用复合地基主要是为了减小变形,因此复合地基变形计算在设计中具有重要的地位。附加压力和压缩模量,是复合地基变形计算的两个重要参数。正确选用和确定附加压力和压缩模量,对复合地基变形计算具有重要的意义。在采用按变形控制设计中,复合地基变形计算在设计中的地位就显得更为重要。2　附加应力计算无论对于天然地基还是复合地基,在变形计算过程中都要确定附加压力。附加应力计算与复合地基变形关系紧密。

2.1　正确确定基底荷载p

图1　地下水对附加压力计算的影响

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002,计算地基变形时,传到基础底面上的荷载应按荷载效应准永久组合。根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001,按准永久组合设计时,应采用准永久值作为可变荷载的代表值,可变荷载准永久值应取可变荷载标准值乘以荷载准永久值系数,不应计入风荷载和地震荷载。

实际工程中,不少人用复合地基承载力设计值或标准值当作基底荷载,显然与规范要求不一致。这样处理会给复合地基变形计算带来一定的误差。

2.2　考虑地下水的影响

　　p0=p-γ0h(1)

式中:p———对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的压力

值(不计风荷载和地震荷载作用),在计算时需扣除基底以上地下水对建筑物产生的浮力;

γ——基础底面标高以上天然土层的加权平均重度,其中地0—下水位以下的重度取有效重度;

h———基础埋深。

　　目前,地基基础设计一般采用计算机程序进行荷载组合和计算,计算的基底压力多没有扣除地下水对建筑物产生的浮力,其基底压力即为总压力。那么,若不扣除地下水的浮力,应如何正确计算附加压力?

我们假定建筑物传到基础底面总压力为q,扣除浮力后基底压力p=q-γwh2,代入(1)式,得附加压力p0为:

Abstract:BasedontheearlyobserveddataofsettlementintheXiangShansub2stationfoundation,whereIusedseveralcalculatingmethodonfinalsettlementtopredictthefinalsettlementandhadacontrastionandanalysis.Atlast,Ichosethebestmethodtocaculatethefinalsettlementinordertoincreasetheaccurationinpredictionoffinalsettlement.

Keywords:accumulationpreloadingmethod,finalsettlement.

我们假定某建筑物埋深为h,地下水位埋深为h1。埋深h1范

围内土的重度为γ1,水位以下土的重度为γ2,建筑物传到基础底面处的荷载为p,求基底附加压应力。如图1所示。　　由于建筑物在建造之前,土中早已存在着自重应力,一般

ResearchontheFinalSettlementPredictionBased

onthefirst2handObservedDataXUFa2ming,YANGZhe2ping,LUOShi2hai

(EastChinaInstituteofTechnologyFuzhouJiangXi,344000,China)

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Jan.2005

西　部　探　矿　工　程　　　　　　　　　　　　　　　　　　

No.1

200、300、400kPa、……。测定不同压力下的孔隙比,计算相应的

γ　　p0=p-γ′0d=q-γwh2-(1h1+γ2h2)

γ=q-[γ′1h1+(2+γw)h2]

γ=q-(1h1+γ2h2)

压力区间的压缩系数和压缩模量。

(2)

实际计算时发现,采用勘察单位提供的上述两种形式的压缩模量计算变形均存在一定的误差。

按第一种形式,当自重压力至自重压力与附加压力之和在一个压力区间时,可近似地取这一整数压力区间的压缩模量,如自重压力为210kPa,自重压力与附加压力之和为290kPa时,可近似用Es2-3;当自重压力与附加压力之和为350kPa时,取

Es2-3还是取Es3-4都存在一定的误差。

　　从(2)式中我们可以看出,当建筑物荷载传到基础底面压力为总压力,计算附加应力时,土的重度不采用有效重度,而直接采用其天然重度。

　　从上述推导我们可以看出,当计算的基底压力已扣除地下水对建筑物产生的浮力,计算附加压力时地基土也要考虑地下水位的影响,地下水位以下土层的重度采用有效重度;当计算的基底压力没有扣除地下水对建筑物产生的浮力,计算附加压力时地基土也不考虑地下水位的影响,地下水位以下土层的重度直接采用其天然重度。两者的计算结果是一致的。　　下面我们通过一个实例来加以验证。

某水闸底板平面尺寸为17m×12m,基础埋深为5m,基底压

力为140kN/m2(没有扣除地下水对建筑物产生的浮力)。该处地基为淤泥质土,土的重度为18kN/m,地下水位于室外地面以下

3m,求基底附加压力。

3

同样的道理,第二种形式给出的压缩模量也有相同的问题,此外,p0计算的准确性对试验结果也有一定的影响。

根据以上的讨论,我们认为,勘察单位最好按国标固结试验,给出e-p曲线或不同固结压力下的孔隙比。由地基处理设计人员精确计算相应压力区间的压缩模量,再进行复合地基变形计算。

4　结束语

复合地基变形计算的理论和实践都在不断的发展之中,相比之下,复合地基变形计算远不如承载力计算研究的更深入、更成熟。尽管按变形控制进行复合地基设计更为合理,但由于复合地基变形计算的理论尚不成熟,在实际工作中应用的还比较少。

参考文献:

[1]　建筑地基处理技术规范JGJ79-2002[S].中国建筑工业出版社,

2002.

[2]　建筑地基基础设计规范GB50007-2002[S].中国建筑工业出版社,

2002.

[3]　建筑结构荷载规范GB50009-2001[S].中国建筑工业出版社,

2002.

[4]　土工试验方法标准GB/T50123-1999[S].中国建筑工业出版社,

1999.

[5]　牛志荣,等编.复合地基处理及其工程实例[M].中国建材工业出版

解:(1)考虑地下水对底板及地基土的浮力,按式(1)计算,得

p0=(140-10×2)-[18×3+(18-10)×2]=50kN/m2

(2)不考虑地下水对底板及地基土的浮力,按式(2)计算,得p0=140-18×5=50kN/m2

从上可见,两种计算方法得到的结果是一致的。

3　压缩模量的选取

复合地基加固土层用复合模量来计算变形,下卧层用天然地基的压缩模量来计算变形。不论是复合地基加固土层还是下卧层,都要用到勘察报告提供的不同土层天然地基土的压缩模量。

天然地基土的压缩模量按国标GB/T50123-1999《土工试验方法标准》的标准固结试验测定,施加的最大压力应大于土的自重压力与附加压力之和。固结试验成果用e-p曲线来表示。

某一压力范围的压缩系数为

aν=

ei-ei-1pi-pi-1

(3)

社,2000.

[6]　龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].中国建筑工业出版社,

2002.

[7]　阎明礼,张东刚,编著.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].中国

式中:a——压缩系数,MPa-1;ν—

p1———某级压力值,MPa;ei———对应于pi时的孔隙比。

水利水电出版社,2001.

[8]　殷宗泽,龚晓南,主编.地基处理工程实例[M].中国水利水电出版

某一压力范围的压缩模量为

1+e0aν

式中:Es———某压力范围内的压缩模量,MPa;

Es=

e0———土的天然孔隙比。

(4)

社,2000.

DiscussionontheDeformationCalculation

ofCompositeFoundation

CHENWei2ping

(FoshanWaterResourses&ArchitectureDesignCo.,Ltd.,fushanGuangZhou528000,China)

Abstract:Compositefoundationcanreducedeformationoffoundation.Addi2tionalstressandcompressionmodulusarethetwoimportantparametersofde2formationcalculationoncompositefoundation.Andthevalueofadditionalstressanddeformationmodulusarediscussed.

Keywords:compositefoundation;compressioncalculation;additionalstress;compressionmodulus

实际工程中,勘察单位提供的压缩模量大体上可分为两种形式。其一是整数压力区间的压缩模量,如Es1-2、Es2-3、Es3-4、……;其二是在自重压力和附加压力为100、200、300、400kPa、……压力范围内的压缩模量Esp0～p0+100、Esp0～p0+200、Esp0～p0+300、

Esp0～p0+400、……。

后者是试验方法与国标GB/T50123-1999《土工试验方法标准》的标准固结试验不同,试验时首先由试验人员计算土样所处深度的自重压力P0,试验加至P0固结稳定后,分别加上100、