曹建勇

(四川省地礦局404地質(zhì)隊(duì), 四川西昌 615000)

基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值問題探討

曹建勇

(四川省地礦局404地質(zhì)隊(duì), 四川西昌 615000)

勘察設(shè)計(jì)工作中，常需進(jìn)行附加應(yīng)力的計(jì)算，以便進(jìn)行地基沉降量估算、軟弱下臥土層承載力驗(yàn)算等。然而，現(xiàn)有規(guī)范、教材、手冊、文獻(xiàn)等，對基底附加應(yīng)力的概念定義并不很統(tǒng)一，GB 5007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》對基底處附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值并無具體條文解釋和說明，給廣大巖土工程技術(shù)人員在實(shí)際生產(chǎn)工作中造成了困擾。文章根據(jù)基底附加應(yīng)力的術(shù)語定義和相關(guān)行業(yè)規(guī)范條文規(guī)定，對基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值問題進(jìn)行了探討，提出對基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值，當(dāng)規(guī)范有具體條文規(guī)定時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范條文取值；當(dāng)規(guī)范無條文明確時(shí)，則應(yīng)按相關(guān)參數(shù)的術(shù)語定義和工程設(shè)防中的不利原則進(jìn)行取值。

基底； 自重應(yīng)力； 附加應(yīng)力； 術(shù)語定義； 規(guī)范規(guī)定

勘察設(shè)計(jì)工作中，常需進(jìn)行附加應(yīng)力的計(jì)算，以便進(jìn)行地基沉降量估算、軟弱下臥土層承載力驗(yàn)算等。然而，現(xiàn)有規(guī)范、教材、手冊、文獻(xiàn)等，對基底附加應(yīng)力的概念定義并不很統(tǒng)一，GB 5007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《地基基礎(chǔ)規(guī)范》)對基底處附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值并無具體條文解釋和說明，給廣大巖土工程技術(shù)人員在實(shí)際生產(chǎn)工作中造成了困擾。本文根據(jù)基底附加應(yīng)力的術(shù)語定義和相關(guān)行業(yè)規(guī)范條文規(guī)定，對基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值問題進(jìn)行了探討，以此與廣大巖土工程技術(shù)人員共勉。

1 沉降量計(jì)算時(shí)相關(guān)參數(shù)取值探討

《地基基礎(chǔ)規(guī)范》5.3.5條：計(jì)算地基變形時(shí)，地基內(nèi)應(yīng)力分布，可采用各向同性均質(zhì)線性變形體理論。其最終變形量可按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：P0為相應(yīng)于作用的準(zhǔn)永久組合時(shí)基礎(chǔ)底面處的附加應(yīng)力。

對上述公式，《地基基礎(chǔ)規(guī)范》并未就附加應(yīng)力P0進(jìn)行概念定義，也未對具體計(jì)算方法進(jìn)行條文說明。這種情況，工作中應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)參數(shù)的術(shù)語定義進(jìn)行附加應(yīng)力P0的準(zhǔn)確計(jì)算。在基礎(chǔ)頂面準(zhǔn)永久組合荷載F已確定，則P0應(yīng)按下述方法進(jìn)行計(jì)算：

P0=P-γh

式中：

式中：G按文獻(xiàn)[1]為基礎(chǔ)及其上土的總重力，kN，G=γGAd,基礎(chǔ)埋深d必須從設(shè)計(jì)地面或室內(nèi)外平均設(shè)計(jì)地面算起。

但在計(jì)算P0=P-γh中γh時(shí)，《地基基礎(chǔ)規(guī)范》并未交代清楚，當(dāng)設(shè)計(jì)地面與原天然地面標(biāo)高不一致、涉及挖填方等時(shí)常給廣大工程技術(shù)人員帶來困擾，此時(shí)就應(yīng)根據(jù)術(shù)語定義進(jìn)行計(jì)算。

對γh的定義，文獻(xiàn)[1]定義為“基底處建造前土中自重應(yīng)力”，并明確γh從天然地面算起；文獻(xiàn)[2]定義為“基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力”。

對基底附加應(yīng)力P0的定義，文獻(xiàn)[1]定義為“基底壓力與基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力之差”；文獻(xiàn)[2]定義為“基底壓力減去底面處的自重應(yīng)力”；文獻(xiàn)[3]定義為“地基中應(yīng)力發(fā)生改變的部份稱為附加應(yīng)力”；文獻(xiàn)[4]定義為“在土中產(chǎn)生的應(yīng)力增量稱為附加應(yīng)力”。

雖然各文獻(xiàn)對γh和附加應(yīng)力的定義用詞用語不相同，但總體概念為附加應(yīng)力為增加的部份才是附加應(yīng)力。此時(shí)針對如下四種情況根據(jù)術(shù)語進(jìn)行基底附加應(yīng)力計(jì)算。

1.1 第一種情況

如圖1所示，設(shè)計(jì)室外地面與原天然地面標(biāo)高相同。

圖1 設(shè)計(jì)地面與天然地面標(biāo)高相同

第一種情況計(jì)算無爭議?；A(chǔ)及其上土重力計(jì)算G=γGAd中d按圖1中d計(jì)取?；赘郊討?yīng)力計(jì)算公式P0=P-γh中h取圖中d值，相應(yīng)γ取d內(nèi)各層土的厚度加權(quán)平均重度值。

1.2 第二種情況

如圖2所示，設(shè)計(jì)室外地面高于原天然地面標(biāo)高。

圖2 設(shè)計(jì)地面高于天然地面標(biāo)高

第二種情況，《地基基礎(chǔ)規(guī)范》中未具體規(guī)定和說明，則應(yīng)根據(jù)術(shù)語的定義計(jì)算?；A(chǔ)及其上土重力計(jì)算G=γGAd中d按圖2中d1計(jì)取?；赘郊討?yīng)力計(jì)算公式P0=P-γh中h應(yīng)取圖2中d2值，相應(yīng)γ取d2內(nèi)土的厚度加權(quán)平均重度值。

1.3 第三種情況

如圖3所示，室內(nèi)、外地面標(biāo)高不相同。

圖3 室內(nèi)外地面標(biāo)高不相同

第三種情況，《地基基礎(chǔ)規(guī)范》中也無具體取值說明，也應(yīng)根據(jù)術(shù)語的定義計(jì)算。在基礎(chǔ)及其上土重力計(jì)算G=γGAd中，文獻(xiàn)[1]指出d按圖3中1/2(d1+d2)計(jì)取，筆者認(rèn)為教材不是規(guī)范，從安全設(shè)防角度d應(yīng)按圖3中d1取值，因?yàn)橐?guī)范并沒有說必須要按1/2(d1+d2)?；赘郊討?yīng)力計(jì)算公式P0=P-γh中h應(yīng)取至原天然地面。

1.4 第四種情況

如圖4所示，大面積挖方整平場地，設(shè)計(jì)地面高于挖方整平地面。

圖4 大面積挖方整平場地

第四種情況，應(yīng)根據(jù)術(shù)語的定義取值，并應(yīng)充分考慮大面積挖方整平后地基土發(fā)生回彈卸荷的因素，基礎(chǔ)及其上土重力計(jì)算G=γGAd中d按圖4中d1計(jì)取?；赘郊討?yīng)力計(jì)算公式P0=P-γh中h應(yīng)取圖4中d2值，即計(jì)取至挖方整平后地面標(biāo)高，以有利于安全設(shè)防又不違反規(guī)范規(guī)定。

2 軟臥層驗(yàn)算時(shí)相關(guān)參數(shù)取值探討

《地基基礎(chǔ)規(guī)范》5.2.7條：當(dāng)?shù)鼗芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱下臥層時(shí)，應(yīng)按下式驗(yàn)算軟弱下臥層的地基承載力：

PZ+PCZ≤faz

式中：PZ為相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，軟弱下臥層頂面處的附加應(yīng)力；PCZ為軟弱下臥層頂面處土的自重應(yīng)力。

對條形基礎(chǔ)和矩形基礎(chǔ)，上式中PZ可按下列公式簡化計(jì)算：

條形基礎(chǔ)：

矩形基礎(chǔ)：

應(yīng)注意的是，此兩式中pc為基礎(chǔ)底面處土的自重應(yīng)力，地基基礎(chǔ)規(guī)范中也未給予條文解釋說明。作者認(rèn)為，此處兩式中Pc=γh，相應(yīng)γ和h也應(yīng)按前述1款的四種情況分別取值。

3 行業(yè)規(guī)范相關(guān)參數(shù)取值問題探討

JTGD 63-2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.3.4條：墩臺基礎(chǔ)的最終沉降量，可按下式計(jì)算：

P0=P-γh

J 464-2005《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》: 基礎(chǔ)由于其底面以下受壓土層Zn壓縮產(chǎn)生的總沉降量S可按下式計(jì)算：

σz(0)=σh-γh

JTGD 63-2007《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和J 464-2005《鐵路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》兩個(gè)規(guī)范對墩臺基底面以上土的自重應(yīng)力γh計(jì)算時(shí)，對基礎(chǔ)底面埋深h取值有明確規(guī)定：當(dāng)基礎(chǔ)受水流沖刷時(shí)，從一般沖刷線算起；當(dāng)不受水流沖刷時(shí)，從天然地面算起；如位于挖方內(nèi)，則由開挖后地面算起。另外這兩個(gè)規(guī)范對基底壓力的取值也有專門規(guī)定。

DL/T 5395-2007《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄G.2.2也對壩基土體自重應(yīng)力和壩體荷載引起的附加應(yīng)力計(jì)算有詳細(xì)規(guī)定。

像這類行業(yè)規(guī)范有明確規(guī)定的，則應(yīng)按行業(yè)規(guī)范的具體條文規(guī)定進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的取值。

4 結(jié)論

基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值問題，不僅僅是個(gè)當(dāng)前學(xué)術(shù)界認(rèn)識不很統(tǒng)一的學(xué)術(shù)問題，它還涉及到建筑工程地基與基礎(chǔ)的選擇，不僅與安全設(shè)計(jì)有關(guān)，并直接影響到工程造價(jià)，出了工程事故它還是個(gè)法律問題。綜上所述，筆者對基底附加應(yīng)力計(jì)算中相關(guān)參數(shù)的取值，認(rèn)為當(dāng)規(guī)范有具體條文規(guī)定時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范條文取值；當(dāng)規(guī)范無條文明確時(shí)，則應(yīng)按相關(guān)參數(shù)的術(shù)語定義和工程設(shè)防中的不利原則進(jìn)行取值。

[1] 東南大學(xué)， 浙江大學(xué)， 湖南大學(xué)， 等. 土力學(xué)[M]. 2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] 周景星，李廣信，虞石民.基礎(chǔ)工程[M]. 2版..北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 龔曉南， 劉松玉， 李廣信, 等. 土力學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[4] 工程地質(zhì)手冊[M]. 4版. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[定稿日期]2017-07-24

曹建勇(1972～),男，大學(xué)本科,工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。

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