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1、地基软弱下卧层承载力(范文2篇) 以下是网友分享的关于地基软弱下卧层承载力的资料2篇,希望对您有所帮助,就爱阅读感谢您的支持。地基软弱下卧层承载力(一)建筑工程软弱下卧层地基承载力设计与验算DesignandCalculationofFoundationBearingCapacityofWeakUnderlyingLayer王道标WANGDaobiao摘要:本文结合笔者多年建筑工程岩土勘察到软弱下卧层顶面的附加应力和上覆土的自重应务之和不超过软弱下卧层的承载力,即满足下面的公式:(1)式中:相应于荷载效应标准组合时,软弱下卧层顶面处的附加应力值;软弱下卧层顶面处的自重应力值;软弱下卧层顶面处经
2、深度修正后的地基承载力特征值;对于软弱下卧层顶面处的附加应力P2的计算有2种情况:当Es1/Es23时,用扩散角简化计算方法,假定基底处的附加应力向下传递按某一角度向外扩散,并均匀分布在较大面积的软弱下卧土层上,根据基底压力与扩散面积上附加压力相等的条件,得出了附加应力的表达式条形基础:矩形基础:(2)(3)矩形基础:(5)设计实践,介绍了不同基础形式软弱下卧层承载力一般计算方法;对不同地质状况、不同基础形式及有多个软弱下卧层等条件下软弱下卧层承载力设计验算问题进行了详细分析阐述,并举例予以论证。建筑工程;岩土勘察;软弱下卧层;承载关键词:力;设计验算基础底面处的附加压力值;中图分类号:TU4
3、71.8文献标识码:B文章编号:1008-0422(2009)01-0159-023不同条件下软弱下卧层设计中常见问题分析根据上述计算公式分析,软弱下卧层强度能否满足设计要求,与基础型式、持力层及下卧层的压缩模量比、持力层的厚度、基础尺寸及埋深有关,及所受荷载类型、大小等因素有关。在工程实际运用过程中,要弄清楚各公式的适用条件,由于遇到的问题往往较复杂,假若处理不当,就会出现计算结果偏差过大甚至计算错误,给工程留下了事故隐患。笔者在多年工作实践中遇到了各类工程实例,在软弱下卧层的验算过程经常遇到几种常见问题,有些问题带有普遍性,现分别作如下阐述和分析。3.1忽视Es1/Es2值条件的情况我们知
4、道,验算软弱下卧层承载力时,选用何种验算公式前提条件是Es1/Es2值是否大于等于3或者小于3;当Es1/Es23时,用扩散角简化计算方法计算;当Es1/Es23时,根据土力学原理利用应力分布理论计算,因此这个前提条件很重要。但事实上,在实际工程中,有些设计人员往往忽视这个前1引言建筑地基承受建筑物荷载的土层叫作持力层,根据岩土力学可知,持力层承受的建筑荷载作用随着深度的加深而逐渐减小,我们就把持力层土体往下的土体叫做下卧层。在岩土中软弱下卧层土层通常具有下述特点:天然含水量高,天然孔隙比高,压缩性高;承载力低,抗剪强度低,渗透性低。下卧层承受的荷载作用比持力层小,但是如果是软弱层,除了验算持
5、力层的承载力外,还需验算软弱下卧层的承载力,如果验算不能满足变形要求,那么就要考虑采取地基处理措施,或者考虑采用桩基础。式中:条形和矩形基础底面宽度;矩形基础底面长度,为基底平均压力设计值;基础底面处的自重应力值;基础底面至软弱下卧层顶面的距离;地基压力扩散线与垂直线的夹角;当Es1/Es23时,根据力学原理利用应力分布理论计算P2:条形基础:(4)2不同基础形式下卧层一般计算方法根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)的规定:建筑物基础传递作者简介:王道标(1971-),男,湖南洞口人,湖南省洞口县建筑勘察设计院工程师,从事岩土工程勘察设计工作。159工程实例也很多,受篇幅限制,
6、本文就不一一举例说明了。下面仅举一个相邻基础情况下的软弱下卧层地基承载力设计验算示例。如图2所示,基础1的=32=6m2,=2.5轴心荷载Fk=800kN;基础2的2=5m2,轴心荷载Fk=600kN;两基础相邻边土层的参数图2已注明。根据距离为1.0m;以上条件验算软弱下卧层的承载力。由示例所给条件,可以得出基础1:Es2/Es3=5,=0.67,查表得=25基础2:Es2/Es3=5,=0.80,查表得=25kPa=157kPa=144kPakPakPa图1多个软弱下卧层情况图2相邻基础情况下的软弱下卧层分布提条件,当Es1/Es23时,根据z/b的比值近似按Es1/Es2=3来确定角采用
7、公式(2)、(3)来计算,或者干脆不考虑应力扩散,实际上,这两种做法都不可取,显然这样的计算结果是和工程条件不符的,也是不准确的,给工程留下相当大的事故隐患。我们可以这样来验算:当Es1/Es23时,若的比值在00.5之间时,取角为近似取0,计算偏安全;若0.5时,应采用双层地基附加应力分布的理论根据公式(4)、(5)来计算附加应力。3.2下卧层有多个软弱夹层的情况工程中有时候会遇到下卧层有两个甚至多个软弱夹层的情况,这种情况往往较为复杂,有些设计人员往往怕麻烦,采用简算的方法,即将多个软弱夹层合为一层,加权平均得出合并的软弱下卧层的压缩模量,再根据验算公式来进行验算。乍一看,似乎有些道理,但
8、事实上,这种算法在理论上是站不脚的,有相当大的漏洞。遇到这种情况,我们可以这样来验算:以下卧层含两层软土(图1)为例,先验算软弱下卧层1,满足公式(1)后,再将软弱下卧层1顶面作为新基底,此层顶面的附加应力作为新基底附加压力,软弱下卧层1厚度作为新基底至软弱下卧层顶面的距离,新基底宽,再根据比值Es2/Es3(一般在13之间)及Z2/b1的值来确定2,而后进行软弱下卧层2的验算,多个软弱下卧层的情况依此类推。3.3相邻基础影响的情况在实际工程实践中,常遇到几个相邻基础靠得较近,按压力扩散角传到软弱下卧层顶的附加应力产生重叠的情况,规范对此并没有作明确规定。有的设计人员不考虑相邻基础的应力叠架影
9、响,直接按单独基础验算软弱下卧层承载力,认为满足公式(1)即可;也有设计人员考虑基础间的应力叠加影响,采用下式:(6)验算下卧层承载力,这两种计算结果相差较大。由基础传至软弱下卧层顶面的附加应力的分布规律,当基底压力小于地基承载力时,地基土基本上处于弹性变形阶段,而根据双层弹性地基的理论解答,基础传到软弱下卧层顶面的附加应力不像规范假定的那样,仅在扩散角的压力扩散面积上均匀分布,在角扩散区外为零,而是不均匀分布在一个相当大的范围内,应力在基础中心点下轴线处最大,距离中轴线越远越小,硬壳层能将上部的荷载传递到较大的范围,从而降低软弱下卧层顶面的附加应力值。据此分析,前一种算法不考虑相邻基础的相互
10、影响,导致基础设计不合理,可能发生工程质量事故;后一种算法考虑应力叠加的影响,而不考虑硬壳层较强的分布荷载能力,过高的估计了应力叠加的影响,使得设计的基础尺寸过大,很在经济。根据已有的经验,当相邻基础距离较近,按规范计算的软弱下卧层顶面处的附加应力产生重叠时,我们可以这样来计算;将相邻基础压力扩散后的净面积作为计算软弱下卧层顶面处附加应力的面积(见图2)。在式(1)的验算中:式中:A1基础1对应的扩散面积,A2基础2对应的扩散面积,A12两基础产生的应力重叠面积。工程实践表明,采用上述方法验算相邻基础影响情况下的软弱下卧层时,基础设计较为安全经济。kPakPa修正后软弱下卧层承载力特征值为:k
11、PakPakPa故满足公式(1),经验算,软弱下卧层承载力满足设计要求。5结语综上所述,在建筑工程勘察设计中,软弱下卧层的验算是常见项目,本文所列举的几个情况在工程实践中经常能遇到。有些勘察设计人员在验算过程中,常常没有细致分析工程地质条件,而盲目的套用公式;有些则由于经验不足,缺乏严谨的态度,为了省去相对烦琐的计算过程而采用简化计算的方法,这两种情况在工作中都不足取,都应予以避免。当然实际工程中,可能还会遇到文中未提到的情况,可据此举一反三,解决类似的问题。参考文献:1建筑地基基础设计规范GB50007-2002.北京:中国建筑工业出版社,2002.中2岩土工程勘察规范GB50021-200
12、1.S北京:国建筑工业出版社,2001.3陆培毅.土力学.北京,中国建材工业出版社,2000.4宰金珉,梅国雄.考虑位移和时间效应的土压力计算方法研究J.南京建筑工程学院学报,2002(1).4应用实例上节中列出在软弱下卧层地基承载力验算过程中经常能遇到的一些问题,类似的地基软弱下卧层承载力(二)#学术研究#软弱下卧层承载力特征值修正的探讨叶洪东(河北建筑科技学院,河北邯郸 056038)本文根据Meyerhof双层地基极限承载力理论,对规范中关于软弱下卧层及处理后地基承载力特征值的修正方法进行了初步探讨,分析了承载力修正方法存在的不足,并提出了改进办法。关键词:软弱下卧层;极限承载力;地基处
13、理;承载力特特值;修正系数中图分类号:TU431文献标识码:A摘要:Abstract:BasedonMeyerhofctheoryfortheultimatebearingcapacityoftwo-stratumfoundation,methodsforthemodificationofthecharacteristicvalueofthesubgradebearingcapacityaboutweaksubstratuminthecodesarediscussed.Theshortagesofthemodifiedmethodsforthebearingcapacityareanalyze
14、dandtheimprovedmethodforthemodificationisgiven.Keywords:weaksubstratum;ultimatebearingcapacity;groundtreatment;characteristicvalueofbearingca-pacity;coefficientofmodification1 引言在建筑物地基基础设计中经常会遇到软弱下卧层。仅持力层有足够的强度,并不代表整个地基强度有足够的安全保证。建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)1第51217条规定,当地基受力层范围内有软弱下卧层时,应按下式验算:pz+pczfaz(1
15、)式中:faz为软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值;pz、pcz分别为软弱下卧层顶面处的附加应力和自重应力,对于条形和矩形基础,pz值可按应力扩散角法计算。规范1强度或设计允许的荷载承受能力。它是地基基础设计中的关键指标。地基承载力的理论分析计算方法很多,单就地基发生整体剪切破坏模式、以极限平衡理论为基础的古典承载力理论计算公式就有两类。311 极限承载力计算公式这类方法通常假定地基整体剪切破坏的滑裂面形状,在滑裂面上同时达到极限平衡状态,取滑动面所包围的土体为脱离体,按静力平衡条件求解极限荷载。将极限荷载(地基的极限承载力)除以安全系数即为地基承载力特征值。普朗特尔(Prandtl
16、)、太沙基(Terzaghi)、梅耶霍夫(Meyerhof)、魏西克(Vesic)等人3曾先后推导出各自的理论计算公式。尽管各自公式的假设条件不同,分别应用于不同的情况。但这些公式都是针对均匀地基提出的,而且都可表示为下列形式:Pu=cNc+C0DNq+1CBNC(2)中关于faz为何只进行深度修正而不进行宽度修正,其条文说明中没有提到,原因不明。实际工程中,有时可能因基底压力过大,软弱下卧层强度不足而导致地基破坏。另一方面,若软弱下卧层不能充分挖掘和发挥,又将提高基础工程的造价,造成浪费。为了更合理、安全地发掘软弱下卧层所具有的承载能力,对其承载力特征值的深、宽修正进行必要的分析和探讨具有一
17、定的使用价值和经济意义。式中:Nc、Nq、NC分别为粘聚力、边载、基宽的承载力系数,均与土的内摩擦角U有关,可根据计算式或查相应的图表得出;c、D、B分别为土的内聚力、基础埋深和宽度;C0为基础埋深范围土的重度。随着极限承载力理论的推广应用,对于存在软弱下卧层时的双层地基,梅耶霍夫和汉纳(HannaA.M)3经试验研究提出:当基底下土层厚度H与基底宽度B相比较小时,在上部土层中将发生冲剪破坏,而在下部土层中则出现整体收稿日期:2003-07-02;修订日期:2003-10-22作者简介:叶洪东(1963-),男(汉族),河北大名县人,硕士,副教授.&2 关于软弱下卧层软弱下卧层是指承载力明显低
18、于持力层的地基土层4。显然它是一个相对的概念,同一性质的土层,对于不同强度和模量的持力层来说可能是软弱下卧层,也可能不是。一般应首先按持力层强度确定基础面积,然后校核软弱下卧层顶面的压力是否超出软弱下卧层修正后的承载力特征值,这种方法称为软弱下卧层的强度验算。3 确定地基承载力的理论计算公式地基承载力是指地基所能承受的具有一定安全度的荷载剪切破坏,如图1(a)所示。图1 有软弱下卧层的双层地基对于这种层状地基的极限承载力,将由上下两层联合组成,即:qu=qb+2(CaH+PPsinD)PB-C1H(3)式中:qb为下卧层的极限承载力;C1为上层土的重度;Ca为aac(或bbc)面上的附着力,可
19、查表取得;PP为aac(或bbc)面上的被动土压力;D为被动土压力作用线与水平面的夹角,可查取3。下卧层的极限承载力qb由下式确定:qb=c2Nc(2)+C1(D+H)Nq(2)1+CBNC(2)2(4)性能指标如C、U及c有关外,同时还是基础宽度和埋深的函数。同一场地,其他条件相同,仅改变基础宽度或埋深,所得的地基承载力就会发生变化。因而规范1中51214条规定,当基础宽度大于3m或埋深大于015m时,从浅层载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值,尚应按(8)式进行基础的深宽修正(式中符号意义见规范):fa=fak+GbC(b-3)+GdC15)m(d-0(8)由上述极限
20、承载力和临界荷载计算公式及Nr、Nq表达式可见,随基宽和埋深的增长,地基承载力也逐渐增长。而且承载力系数Nr(或Mb)和Nq(或Md)都是随土中U值的增大而增长的,故对于U值较大的砂土类和碎石土类地基,承载力随基宽和深度的增长特别显著。而对于饱和软土地基。由于U值很低或接近于0,此时对应的Nr或Mb极小,所以承载力对基宽的增长很不敏感,承载力增加很少。因此,对于这一类土,规范1规定式(8)中的深宽修正系数Gb=0(见表51214),即相当于不做宽度修正,可以将其作为安全储备。式中:Nc(2)、Nq(2)、NC(2)为与下卧层内摩擦角U2有关的粘聚力、边载、基宽的梅耶霍夫承载力系数,可查表;c2
21、、C2分别为下卧土层的内聚力和重度。若基底下坚实土层(持力层)的厚度H相对于B较大时,则破坏面将位于上层,如图1(b)所示,此时,地基极限承载力完全由上部土层的性质决定,即:qu=c1Nc(1)+C1DNq(1)+1CBNC(1)21(5)式中:Nc(1)、Nq(1)、NC(1)分别为由上层土(持力层)U1查表得出的梅耶霍夫承载力系数;c1、C1分别为上层土的内聚力和重度;其余符号同前。5 关于软弱下卧层承载力修正的讨论如前所述,下卧层并非全是/软土0,软弱下卧层是相对于上覆土层或持力层而言,只要其承载力显著低于上层土,压缩模量明显小于上层土时就可视为/软弱下卧层0。对于软土层作为下卧层,因其
22、U值很小,对承载力增长贡献甚微,可以将其忽略,这时取Gb=0,即只作承载力的深度修正,这样处理是合理的。但随着建筑物高度的增加,对地基承载力的要求也越高,工程中亦有因持力层(上覆土层)相当坚硬,使下覆不属于软土且具有相当承载力的较好土层成为软弱下卧层的情况。这时从规范1表(51214)查得Gb0,下卧层的U值并非很小,宽度的承载力系数Nr对承载力的影响就不能再忽略,随基宽增大,承载力增长亦较显著。因此,笔者认为规范不论何种情况,何种土类一概仅作深度修正是有失合理的。地基基础设计时,应进行下卧层宽度的修正。鉴于该规定至少从GBJ-7-89规范一直沿用至今,亦未发现对此问题的专门报导,一时缺乏实践
23、经验和依据,根据图1(a)的破坏模式,笔者建议暂按图1(a)中基础的宽度B,根据下卧层土类查得Gb进行下卧层的宽3312 控制塑性区开展深度的理论公式根据地基土塑性荷载这一概念,在实践中,为确定合理的承载力,可控制塑性区的开展深度得了如下计算公式:P1=cNc+CBN1(6)0DND+C式中:Nc、ND、N分别为粘聚力、边载和控制塑性区开展深度为BP4时基宽的承载力修正系数,均是土层内摩擦角U的函数,可查表。若令公式(6)中Mc=Nc、MD=ND、Mb=N,就成为地基规范1中51215条推荐根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值的计算公式:fa=MbCb+MdCmd+Mcck式中其它各符号意
24、义见规范1。(7)4 承载力深宽修正的必要性从上述计算承载力的理论公式(2)、(4)、(5)、(6)、(7)可见,地基承载力(包括软弱下卧层)除了与土本身的 &度修正。例如某建筑物基底压力240kPa,持力层为稍密中密的砂砾层,修正后的承载力特征值为258kPa,下卧层为可塑硬塑状态的粉质粘土,承载力特征值为130kPa,按规范进行承载力深度修正后仍不能满足强度要求,后来同时考虑按下卧层顶面埋深和基础宽度进行修正,结果使承载力又提高了近20%,满足设计要求,对下卧层和基础未做任何处理,节省了工程费用,该建筑现已使用3年,未发现地基强度或变形问题。按图1(a)所示的破坏模式,上述处理方法虽比较保
25、守,偏于安全,但即使这样,下卧层承载力也比规范规定的修正值有所增大,在一定程度上挖掘了下卧层的潜力,能较安全、合理、适当地提高地基持力层的承载力。地基承载力的发挥是有促进作用的。对这类人工地基进行承载力修正时,至少应按原地基土类查得Gb和Gd,同时进行深度和宽度修正;或按处理后对地基土U值的改善程度,适当提高Gb和Gd。对于换土垫层,也可考虑取垫层材料与周围土层对应深宽修正系数的平均值。至于经地基处理后,加固(或复合)土层的下伏土层(或桩端持力层)与前面软弱下卧层的情况类似,亦可考虑按基础或承台宽度和土类同时进行深度和宽度的承载力修正。7 结论(1)地基土承载力不仅与本身的性能指标有关,同时还
26、是基础宽度和埋深的函数,因而必要时应对地基土承载力进6 处理后地基承载力的深宽修正611 规范有关深宽修正的规定5建筑地基处理技术规范6(JGJ79-2002)第31014条规定,经处理后的地基,当按地基承载力确定基础底面积及2行深宽修正。(2)根据梅耶霍夫软弱下卧层顶面处的极限承载力计算公式(4),随着基础宽度和埋深的增加承载力不断增大,因而也存在承载力的深宽两方面的修正问题。(3)软弱下卧层是一个相对概念,是相对于其上覆土层(持力层)而言的,并非全是软土层,对非软土下卧层应同时进行承载力的深度和宽度修正。经处理后的地基,一律不进行承载力的宽度修正有些不合理,深度和宽度修正系数也应按地基土类
27、和地基处理效果考虑相应的修正系数Gb。(5)本文提出的承载力修正方法虽属保守,但所得承载力比规范有所提高,在一定程度上挖掘了土层的承载潜力。规范中有关条文有待积累资料,进一步修正完善。参考文献埋深而需要对本规范确定地基承载力特征值进行修正时,应符合:基础宽度的地基承载力修正系数应取0;基础埋深的地基承载力修正系数应取110。在规范条文说明中并未提及修正系数这样取值的理由。然而,根据规范1中第51214条及其说明,对于大面积压实填土(换土垫层法地基处理)却给出了与规范2不同的修正系数,即宽度修正系数为0,但对于压实系数大于0195,粘粒含量大于10%的粉土Gd取115;对于最大干密度大于211t
28、Pm3的级配碎石Gd取210;其它人工填土地基Gd取110,两规范规定不甚一致。612 关于处理后地基承载力修正的讨论地基处理的主要目的就是为了改善地基土的工程性质(包括增大U值,提高地基土的抗剪性能)、提高承载力和减少地基沉降。为适应建筑物对地基的要求,不仅对于淤泥、淤泥质土等软土地基可进行换土垫层、砂井排水预压、粉喷桩等地基加固,随着建筑物层数(荷载)的增加,对地基的要求越来越高,亦有将具有一定承载力的较好土层用碎石桩作成复合地基,从而进一步提高地基的承载性能,降低地基的变形和不均匀变形。这些地基或处理后U值有所提高,或天然地基就具有较高的U值,经处理后又有所增加。因而,应在处理效果中适当
29、考虑。笔者认为,对类似上述处理后的地基,工程性能指标通常好于处理前的天然地基,对1 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)S.北京:中国建筑工业出版社,2002.2 建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)S.北京:中国建筑工业出版社,2002.3 钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算(第二版)中国水利水电出版社,1996.4 周景星等.基础工程(第一版)社,1996.5 地基处理手册编写委员会.地基处理手册(第二版)北京:中国建筑工业出版社,2000.M.M.北京:清华大学出版M.北京:欢迎参加!土力学、基础工程网络学习班您想成为一名出色的岩土工程师吗?那么请与我们和清华大学的教师一起学习土力学与基础工程,进一步夯实您的理论基础!您为面对注册岩土工程师考试而苦恼吗?那么请与我们一起解决考试中的最大难点)土力学与基础工程。注册岩土工程师专业考试网络培训班总结2003年网络培训班的成功经验,并经过重大技术改进,中国建筑学会工程勘察分会隆重推出/2004年注册岩土工程师专业考试网络培训班0。先进的技术,真实的课堂感受;答疑、讨论、交流,良好的学习氛围;习题练习,更好地适应考试;合理的费用,灵活的时间安排,一些尽在您的掌握中!安坐家中,获得最高水准的培训!即刻登录我们的网站www1geot1com1cn! & 21
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