田曉雅
摘要:復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過程中,通過在地基中設(shè)置豎向增強(qiáng)體或水平增強(qiáng)體而形成的樁土共同作用的人工地基。復(fù)合地基的沉降影響因素包括褥墊層、樁身強(qiáng)度、樁距、樁長(zhǎng)等因素,復(fù)合地基的沉降量計(jì)算較為復(fù)雜。
關(guān)鍵詞:復(fù)合地基;沉降量;計(jì)算方法
一、復(fù)合地基沉降的組成
通常認(rèn)為復(fù)合地基的沉降量由復(fù)合地基加固體的壓縮量S1、下臥層的沉降量S2、樁端對(duì)下臥層的刺入量S3和樁頂向墊層的刺入量S4四部分組成。因?yàn)闃抖藢?duì)下臥層的刺入量S3和樁頂向墊層的刺入量S4的大小都十分有限。現(xiàn)有復(fù)合地基的沉降計(jì)算基本上都是把沉降量分為加固區(qū)的壓縮量S1和下臥層的沉降量S2兩部分考慮。
二、加固區(qū)壓縮量計(jì)算方法分析
加固區(qū)壓縮量常用的計(jì)算方法有復(fù)合模量法、樁身壓縮量法、應(yīng)力修正法等[1]。
(一)復(fù)合模量法
將復(fù)合地基加固區(qū)中樁體和土體兩部分視為整體,采用復(fù)合壓縮模量Ecs來評(píng)價(jià)復(fù)合土體的壓縮性,并采用分層總和法計(jì)算加固區(qū)土層壓縮量。目前常用的復(fù)合壓縮模量的計(jì)算有面積加權(quán)平均法、彈性力學(xué)法、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)試驗(yàn)方法。其中壓縮試驗(yàn)得到的復(fù)合土體復(fù)合模量最大,彈性理論公式計(jì)算得到的次之,面積加權(quán)得到的最小。面積加權(quán)平均法公式計(jì)算簡(jiǎn)單,且計(jì)算結(jié)果偏于安全,所以目前工程上常用此法計(jì)算復(fù)合模量。
E_=mEP+(I-m)E}(2-1)
式中:m——復(fù)合地基置換率;Ep——樁體壓縮模量;Es——樁間土壓縮模量。
加固區(qū)土層壓縮模量S1:
式中:ΔPi——第i層復(fù)合土層附加應(yīng)力增量;Hi——第i層復(fù)合土層的厚度。
(二)樁身壓縮量法
在荷載作用下,假定樁體不表達(dá)式為會(huì)產(chǎn)生樁底端刺入下臥層的沉降變形,通過模量比求出樁承擔(dān)的荷載,再假定樁側(cè)摩阻力的分布形式,則可通過材料力學(xué)中求壓桿變形的積分方法求出樁體的壓縮量Si.
假定樁側(cè)摩阻力為均勻分布時(shí),樁體的壓縮量的計(jì)算式如下:
式中:μP ——應(yīng)力集中系數(shù);p——復(fù)合地基平均應(yīng)力;p1——樁端應(yīng)力;EP——樁身材料變形模量
(三)應(yīng)力修正法法
根據(jù)樁土模量比求出樁土各自分擔(dān)的荷載,忽略增強(qiáng)體(即水泥土樁)的存在,用彈性理論求土中應(yīng)力,用分層總和法求出加固土體的壓縮量,具體計(jì)算如下:
SlhASIs(2-4)
式中:μs——應(yīng)力修正系數(shù)S1S——未加固地基相應(yīng)水泥土樁長(zhǎng)厚度內(nèi)得壓縮量;
比較這幾種計(jì)算方法,應(yīng)力修正法中應(yīng)力修正系數(shù)比較難合理確定,此法忽略樁體的存在,不甚合理;樁身壓縮量法是基于材料力學(xué)壓縮桿件變形的方法計(jì)算樁體的壓縮量,忽略了樁間土對(duì)樁體壓縮變形的制約作用,計(jì)算時(shí)對(duì)樁端荷載的大小很難確定;復(fù)合模量法將復(fù)合土體視為變形等效的復(fù)合均質(zhì)土層,由此導(dǎo)出該復(fù)合土層應(yīng)具有的復(fù)合壓縮模量,無法客觀地反映樁土之間荷載相互協(xié)調(diào)的過程,但理論較充分,不定因素少,簡(jiǎn)便可行。
三、下臥層沉降量計(jì)算方法分析
下臥層沉降量計(jì)算常用分層總和法。下臥層的附加應(yīng)力計(jì)算是關(guān)鍵問題,常用應(yīng)力擴(kuò)散法、等效實(shí)體法、當(dāng)量層法計(jì)算[2]。
(一)等效實(shí)體法
采用等效實(shí)體法進(jìn)行附加應(yīng)力的計(jì)算,將復(fù)合地基加固區(qū)視為一等效實(shí)體,作用在下臥層的荷載作用面與作用在復(fù)合地基上的相同。在等效實(shí)體四周作用有側(cè)摩阻力,設(shè)其為f,則復(fù)合地基加固區(qū)下臥層上的荷載Pa可用下式計(jì)算
式中:b——荷載作用面寬度;l一荷載作用面長(zhǎng)度;h——為加固區(qū)厚度;f——側(cè)摩阻力。
等效實(shí)體法將樁群等效為實(shí)體基礎(chǔ)本身需要滿足一定條件,如置換率大于一定值等,應(yīng)用有一定限制,側(cè)摩阻力對(duì)下臥層附加應(yīng)力的影響大小沒有考慮。
(二)應(yīng)力擴(kuò)散法
應(yīng)力擴(kuò)散法是借用驗(yàn)算下臥層承載力是否滿足要求所采用的簡(jiǎn)化計(jì)算法,應(yīng)力擴(kuò)散角受上下兩層土力學(xué)性質(zhì)差異的影響,是一個(gè)復(fù)雜的問題,到目前為止還沒有一個(gè)很好的方法來合理準(zhǔn)確確定其數(shù)值。
假設(shè)復(fù)合地基上的壓力為p,復(fù)合地基上的壓力通過加固區(qū)擴(kuò)散到下臥層頂面上的壓力擴(kuò)散角為β。
作用在下臥層頂面上的壓力pb的計(jì)算式如下
式中:B——復(fù)合地基上的荷載作用面寬度;D——復(fù)合地基上的荷載作用面長(zhǎng)度;h——復(fù)合地基加固區(qū)厚度。
在算得下臥層頂面上的壓力pb后,用Boussinesq解可算得下臥層中的附加應(yīng)力。壓力擴(kuò)散角β的值與復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)合模量和下臥層土體的壓縮模量之比有關(guān)。
(三)當(dāng)量層法
當(dāng)量層法也是一種近似的簡(jiǎn)化計(jì)算方法,將復(fù)合地基看作雙層地基,因此加固層對(duì)下臥層的附加應(yīng)力產(chǎn)生了擴(kuò)散作用,而在工程實(shí)踐中,實(shí)際加固范圍、復(fù)合壓縮模量一般將使下臥層應(yīng)力集中,復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)已經(jīng)迥異于雙層地基應(yīng)力場(chǎng),因此一般不宜采用當(dāng)層法計(jì)算下臥層沉降,特別在軟土層深厚的地區(qū)采用復(fù)合地基形式,沉降的產(chǎn)生主要在下臥層,用當(dāng)層法計(jì)算更不適宜。
比較這幾種計(jì)算方法,應(yīng)力擴(kuò)散法的應(yīng)力擴(kuò)散角確定較為復(fù)雜,當(dāng)量層法作為簡(jiǎn)化計(jì)算方法與工程實(shí)際差距較大,等效實(shí)體法雖然在使用中側(cè)摩阻力不易合理確定,但仍是附加應(yīng)力計(jì)算較為合適的方法。
下臥層沉降量S2的計(jì)算采用分層總和法,計(jì)算表達(dá)式為
式中符號(hào)意義同式2-2。
四、結(jié)語
現(xiàn)有攪拌樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算方法基本上都是把沉降量分為加固區(qū)的壓縮量S,和下臥層的沉降量S2兩部分,采用分層總和法計(jì)算沉降量。加固區(qū)的壓縮量采用復(fù)合模量法計(jì)算較為合適,下臥層的附加應(yīng)力的計(jì)算采用等效實(shí)體法較為合適。
參考文獻(xiàn):
[1]徐至鈞,曹名葆.水泥土攪拌法處理地基[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[2]楊克己.實(shí)用樁基礎(chǔ)工程[M].北京:人民交通出版社,2004.