岩土工程明日复合地基沉降理论

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地基变形可以从内外两方面分析。从内因来说,地基由不同的土体组成,不同种类的土,其变形量不同。有的地基比较均匀土体压缩量较小,持续变形时间比较短,承载力比较大,而有些则是软弱地基、不良地基,土体压缩量较大,持续变形时间较长,承载力比较小。其次从外部因素来说,上部结构的体型复杂程度,荷载差异的大小等都对地基变形影响比较大;其体型越复杂,荷载差异越大,沉降量就越大,沉降差就越大,反之则沉降量沉降差较小。

水泥土搅拌桩的变形计算方法很多,可以分为两类,双层地基法和三层地基法,其中主要的是双层地基法。

1现行复合地基沉降变形理论

地基土变形观测要点:

1、双层地基法

通常把复合地基沉降量分为二部分(见图1),复合地基加固区的厚度为H,加固区的压缩量记为S1;地基压下卧层厚度为(Z-H),下卧层的压缩量记为S2.故在荷载作用下复合地基的总沉降S可表示为二部分之和。至今提出的复合地基沉降实用计算方法中,对下卧层压缩量S2大都采用分层总和法计算,而对加固区范围内的土层压缩量S1则针对复合地基的特点采用一种或几种计算方法。主要有复合模量法和与应力修正法。

1、地基土变形观测,其监测点应根据监测对象、任务要求、工程地质情况和自然条件等因素进行布设,并应符合以下要求。

双层地基法即将搅拌桩复合地基的变形S等于复合土层的压缩变形S1和桩端以下未处理土层的压缩变形S2。

1.1复合模量法

监测点应布设在变形体和受其影响的地段;

复合模量法。将复合地基加固区增强体连同地基土看作一整体,采用置换率加权模量作为复合模量,复合模量也可以根据试验确定,并以此作为参数采用分层总和法求S1。

将复合地基加固区中增强体和土体视为一复合土体,采用复合压缩模量Ecs来评价复合土体的压缩性。采用分层总和法计算加固区土层压缩量。将加固区分成n层,每层复合土体的复合模量为Ecsi,加固区土层压缩量表示为

监测点应组成断面观测线,各观测线宜平行或正交,或成幅射线状;

岩土工程明日复合地基沉降理论。应力修正法。根据桩土模量比求出桩土各自分担的荷载,忽略增强体的存在,用弹性理论求出土中应力,用分层总和法求出加固区土体的变形,并以此作为S1。

式中——第i层复合土上附加应力增量;

观测线的方向应与预计的水平位移方向或已发生的位移方向一致或垂直。

桩身压缩量法。假定桩体不会产生刺入式变形,通过模量比求出桩承担的荷载,再假定桩侧摩阻力的分布形式,则可通过材料力学中求压杆变形的积分方法求出桩体的变形,将此作为S1。

Hi——第i层复合土层的厚度竖向增强体复合地基复合土层压缩模量Ecs,通常根据弹性力学的平面问题理论,采用面积加权平均法计算,则

2、测量土体内部侧向位移,可采用测斜仪观测方法。

应变修正法。在实际应用中,先把加固区分层,计算每层末加固时土的竖向应变εv0.及应变折减系数Rp和Rc值,然后比较Rp和Rc值,取其中大值可得到复合地基竖向应变值εv=εv0max(Rp,Rc)。由每层的应变值可计算出每层的压缩量,累加各层的压缩量可得整个加固区的压缩量S1。

式中Ep——桩体压缩模量;

3、地基土分层沉降观测,应测定地基内部各分层土的沉降量、沉降速度以及有效压缩层的厚度。

经验值法。复合土层的压缩变形值可根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验取10~30mm,或20~40mm。

Es——桩间土压缩模量;

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叠加因子法。叠加因子方法最早由Poulos(1968年)提出,应用也较多,但传统桩间的叠加因子是运用象边界元等数值计算手段来分析两根桩间的情况而估计得到的。根据Randolph和Wroth(1978年)对于压人土体中的柔性桩的荷载与位移关系提出桩体位移表达式,以及沉降与位移的半径关系即单桩沉降引起土体的位移场,从而得到桩间的相互叠加因子(相互作用因子)。通过叠加桩体在自身荷载作用下的位移和其余桩体位移引起的附加位移从而计算加固区的沉降。这种方法公式虽然比较简单,但本人认为计算比较繁琐。

m——复合地基置换率。

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S2的计算方法一般有以下几种:

复合土体的复合模量也可采用弹性理论求出解析解或数值解。使桩和桩间土有一均匀的竖向压缩,即=常数,因此属于广义平面应变问题,可得

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应力扩散法。此法实际上地基规范中验算下卧层承载力的借用,即将复合地基视为双层地基,通过一应力扩散角简单的求得未加固区定面应力的数值,再按弹性理论法求得整个下卧层的应力分布,分层总和法求S2。

其中vp,vs——分别为桩体和土体的泊松比;

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就这种方法而言,首先地基加固范围有限,一般仅在基础轮廓内设置深层搅拌桩加固土体,这与非均质地基坚硬土层无限大的假定是有区别的。实际应用中也有在基础外围加布一排搅拌桩,加大上层坚硬土层范围的例子。其次,在设计中比较难确定的是应力扩散角度的大小。

m——复合地基置换率;

等效实体法。即地基基础规范中群桩(刚性桩)沉降的计算方法。假设加固体四周受均布摩阻力,上部的压力扣除摩阻力后即得到未加固区定面应力的数值,再按弹性理论求得整个下卧层的应力分布,用分层总和法求S2.在这种模式中考虑了桩群体通过摩阻力将部分荷载扩散至假想实体基础范围以外,但此时土对桩的摩阻力q的确定存在这极大的不确定性,也限制了其应用。

1.2应力修正法

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