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[摘要]复合地基载荷试验综合反映桩及桩间土的承载性状。在实际工程中,如何通过载荷试验曲线确定复合地基承载力存在着应用上的一定困难。通过分析各载荷试验确定承载力的方法,提出以沉降变形控制,最好采用相对沉降法和回弹法确定复合地基承载力。
[关键词]复合地基 承载力 相对变形 回弹法
中图分类号:TU4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910101-01
在软弱土地基处理中,复合地基应用越来越广泛,其承载力的确定成为复合地基设计的根本。目前复合地基承载力的确定大体有两种方法,其一为直接根据规范给定的经验公式计算;另一为根据复合地基载荷试验确定。一般先选用经验参数,采用公式进行初步设计,然后再用试验方法进行检验。
复合地基载荷试验综合反映了桩及桩间土的承载性状,但桩或土破坏顺序不同、桩的长短不一及桩间土性质不同,可表现为不同类型的载荷试验P-S曲线,如图1。依据曲线类型的不同,应如何采用合适的承载力确定方法成为困扰工程技术人员的难题。本文结合某一工程实例,探讨了载荷试验确定复合地基承载力的方法。
一、目前载荷试验确定复合地基承载力的标准分析
现行国标地基规范规定,在满足试验终止加荷条件时,复合地基承载力基本值可按以下三种标准取值:1.取比例极限所对应的荷载;2.当极限荷载能确定时,取极限荷载的一半;3.按相对变形值确定,可取S/d(或S/b)=0.004～0.01(S为变形值,d或b为承压板直径或宽度)对应的荷载。上海市《地基处理技术规范》和《火力发电厂地基处理技术规范》中,对深层搅拌桩复合地基的承载力取值标准定为S/d=0.010。
经过对大量载荷试验P-S曲线分析,在低荷载水平的前半数多为光滑曲线,尤其在软土地区或桩体刚度较低时,很难找到明显的比例极限荷载,因此按1、2确定承载力,人力因素较大,可操作性不强。工程实践中多采用3按相对变形法来确定承载力。它的理论基础可认为,如果载荷板与基础的压力相同,则它们的沉降值s与压板宽度b(或d)比例应大致相等,这是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的,尤其对短桩和无较好持力层时,该法更能满足建筑物按沉降控制的要求。但由于S/d为一范围值,沉降量取值上、下限达2.5倍,实际应用时还应考虑具体的土质条件及实际建筑物在该地区土层条件下的容许沉降值来恰当选取S/d的值。
二、基于弹塑性理论的回弹法
文献给出了另一种确定复合地基承载力的方法——回弹法。认为复合地基为弹塑性体,在外荷载作用下产生的体应变(dεv),由弹性体应变(dεve)和塑性体应变(dεvp)两部分组成,即:
dεv=dεve+dεvp (1)
并认为复合地基的弹性应变与塑性应变是完全可以区分开的,如图2,在0Pcr荷载范围内,认为只发生弹性应变,而不发生塑性应变。而且卸荷至零经一段时间后,弹性变形可完全恢复,而塑性变形不再恢复。
基于以上认识,做复合地基载荷试验。在试验达到终止条件后,逐级卸荷至零,作出P-S压缩曲线和回弹曲线(图2),然后在压缩曲线上找出其下沉量与试验回弹量相同的点,该点对应的压力值(Pcr)应为复合地基弹性范围边界值,即为复合地基承载力基本值。
三、实例分析
以万全县万友庄园小区某两栋住宅楼为例,分别采用相对变形法和回弹法来确定复合地基承载力进行分析。
住宅楼位于孔家庄镇西南附近,地下水-13.5m,水泥土桩有效桩长7.5m,桩间距1.0～1.2m,设计复合地基承载力为160kPa。做单桩复合地基载荷试验,试验结果见表1。
位于场地西北角的3#桩,由于受地下排水管渗漏影响,使该处含水量变高,土体强度变低,按S/d=0.0065得到复合地基承载力基本值(fsp)仅为125kPa,动测显示该桩波速并无异常,若对渗漏加已控制后,相信该处地基强度应该可以提高;6#桩压缩曲线类似于典型曲线C,按回弹法确定fsp为115kPa,明显低于其它方法,经动测发现该桩在-5.5m处严重缩径,加荷终止时估计已将该处压坏,卸荷后,弹性变形恢复较少,故用回弹法得到的承载力较低,而用S/d法,由于在较低应力水平时(比例极限荷载附近),深部缩径对变形影响较小,故该法得到的承载力较回弹法要高,因此,回弹法更加客观地反映了桩的真实情况。
四、采用复合地基载荷试验方法的建议
1.由于复合地基的非均一性,而且现场载荷试验只能反映1～2倍压板宽度深度内的平均力学性能,因此各确定方法的理论依据尚显不足。对复合地基承载力的确定,是据单桩复合地基还是双桩或多桩复合地基载荷试验,也有一些争议。本文建议应根据工作地区的经验采用合适的试验方法。
2.复合地基的设计应满足强度及变形条件。从强度角度,不仅要考虑复合地基整体强度,而且要考虑单桩的极限强度,明确复合地基中桩体承载力的安全度,从复合地基承载机理出发,确定复合地基承载力时,最好做单桩及复合地基的对比试验。从变形角度,复合地基载荷试验承载力的确定,建议采用相对变形法或回弹法,它们是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的,因此,按变形控制确定承载力,更能满足建筑物按沉降控制的要求,但由于S/d为一范围值,在应用时应考虑具体的场地土层情况并结合当地的经验取值。
参考文献:
[1]中华人民共和国行业标准,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002),中国建筑工业出版社,2002.
[2]扬顺安,软土理论与工程,地质出版社,2000.9.
[关键词]复合地基 承载力 相对变形 回弹法
中图分类号:TU4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910101-01
在软弱土地基处理中,复合地基应用越来越广泛,其承载力的确定成为复合地基设计的根本。目前复合地基承载力的确定大体有两种方法,其一为直接根据规范给定的经验公式计算;另一为根据复合地基载荷试验确定。一般先选用经验参数,采用公式进行初步设计,然后再用试验方法进行检验。
复合地基载荷试验综合反映了桩及桩间土的承载性状,但桩或土破坏顺序不同、桩的长短不一及桩间土性质不同,可表现为不同类型的载荷试验P-S曲线,如图1。依据曲线类型的不同,应如何采用合适的承载力确定方法成为困扰工程技术人员的难题。本文结合某一工程实例,探讨了载荷试验确定复合地基承载力的方法。
一、目前载荷试验确定复合地基承载力的标准分析
现行国标地基规范规定,在满足试验终止加荷条件时,复合地基承载力基本值可按以下三种标准取值:1.取比例极限所对应的荷载;2.当极限荷载能确定时,取极限荷载的一半;3.按相对变形值确定,可取S/d(或S/b)=0.004～0.01(S为变形值,d或b为承压板直径或宽度)对应的荷载。上海市《地基处理技术规范》和《火力发电厂地基处理技术规范》中,对深层搅拌桩复合地基的承载力取值标准定为S/d=0.010。
经过对大量载荷试验P-S曲线分析,在低荷载水平的前半数多为光滑曲线,尤其在软土地区或桩体刚度较低时,很难找到明显的比例极限荷载,因此按1、2确定承载力,人力因素较大,可操作性不强。工程实践中多采用3按相对变形法来确定承载力。它的理论基础可认为,如果载荷板与基础的压力相同,则它们的沉降值s与压板宽度b(或d)比例应大致相等,这是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的,尤其对短桩和无较好持力层时,该法更能满足建筑物按沉降控制的要求。但由于S/d为一范围值,沉降量取值上、下限达2.5倍,实际应用时还应考虑具体的土质条件及实际建筑物在该地区土层条件下的容许沉降值来恰当选取S/d的值。
二、基于弹塑性理论的回弹法
文献给出了另一种确定复合地基承载力的方法——回弹法。认为复合地基为弹塑性体,在外荷载作用下产生的体应变(dεv),由弹性体应变(dεve)和塑性体应变(dεvp)两部分组成,即:
dεv=dεve+dεvp (1)
并认为复合地基的弹性应变与塑性应变是完全可以区分开的,如图2,在0Pcr荷载范围内,认为只发生弹性应变,而不发生塑性应变。而且卸荷至零经一段时间后,弹性变形可完全恢复,而塑性变形不再恢复。
基于以上认识,做复合地基载荷试验。在试验达到终止条件后,逐级卸荷至零,作出P-S压缩曲线和回弹曲线(图2),然后在压缩曲线上找出其下沉量与试验回弹量相同的点,该点对应的压力值(Pcr)应为复合地基弹性范围边界值,即为复合地基承载力基本值。
三、实例分析
以万全县万友庄园小区某两栋住宅楼为例,分别采用相对变形法和回弹法来确定复合地基承载力进行分析。
住宅楼位于孔家庄镇西南附近,地下水-13.5m,水泥土桩有效桩长7.5m,桩间距1.0～1.2m,设计复合地基承载力为160kPa。做单桩复合地基载荷试验,试验结果见表1。
位于场地西北角的3#桩,由于受地下排水管渗漏影响,使该处含水量变高,土体强度变低,按S/d=0.0065得到复合地基承载力基本值(fsp)仅为125kPa,动测显示该桩波速并无异常,若对渗漏加已控制后,相信该处地基强度应该可以提高;6#桩压缩曲线类似于典型曲线C,按回弹法确定fsp为115kPa,明显低于其它方法,经动测发现该桩在-5.5m处严重缩径,加荷终止时估计已将该处压坏,卸荷后,弹性变形恢复较少,故用回弹法得到的承载力较低,而用S/d法,由于在较低应力水平时(比例极限荷载附近),深部缩径对变形影响较小,故该法得到的承载力较回弹法要高,因此,回弹法更加客观地反映了桩的真实情况。
四、采用复合地基载荷试验方法的建议
1.由于复合地基的非均一性,而且现场载荷试验只能反映1～2倍压板宽度深度内的平均力学性能,因此各确定方法的理论依据尚显不足。对复合地基承载力的确定,是据单桩复合地基还是双桩或多桩复合地基载荷试验,也有一些争议。本文建议应根据工作地区的经验采用合适的试验方法。
2.复合地基的设计应满足强度及变形条件。从强度角度,不仅要考虑复合地基整体强度,而且要考虑单桩的极限强度,明确复合地基中桩体承载力的安全度,从复合地基承载机理出发,确定复合地基承载力时,最好做单桩及复合地基的对比试验。从变形角度,复合地基载荷试验承载力的确定,建议采用相对变形法或回弹法,它们是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的,因此,按变形控制确定承载力,更能满足建筑物按沉降控制的要求,但由于S/d为一范围值,在应用时应考虑具体的场地土层情况并结合当地的经验取值。
参考文献:
[1]中华人民共和国行业标准,建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002),中国建筑工业出版社,2002.
[2]扬顺安,软土理论与工程,地质出版社,2000.9.