李 平 盛志強

(中國建筑科學研究院有限公司地基基礎(chǔ)研究所，北京 100013)

0 引言

對于既有建筑而言，建筑物在建成后的數(shù)年里，基底土在建筑物上部荷載的長期壓力作用下，土體會產(chǎn)生一定的壓縮固結(jié)效果，土體的物理力學性質(zhì)發(fā)生變化，譬如壓縮模量的提高，這樣既有建筑在后續(xù)的增層改造，也就是基底壓力增大的過程中，土體變形速率會出現(xiàn)相對變小的現(xiàn)象，這種壓密效果的主要作用時間以及隨時間的變化規(guī)律有待于進一步研究。本次試驗對時間效應(yīng)影響下地基土的壓密進行進一步的分析研究[1-4]。

1 模型概況

1.1 試驗場地情況

此次試驗場地為室內(nèi)試驗坑，對試驗坑內(nèi)一定深度的土體進行了重新開挖回填夯實，保證回填時土體的均勻性。回填完成后土體進行了勘察取樣，并進行了土工試驗，土體的物理力學指標詳見表1。

表1 物理力學指標統(tǒng)計表

此次研究對象主要針對低多層既有建筑的地基土的壓密研究，因此試驗?zāi)Ｐ椭饕M柱下獨立基礎(chǔ)，模型采用剛性基礎(chǔ)板，其尺寸為1 200 mm×1 200 mm×300 mm。試驗坑內(nèi)的各個剛性基礎(chǔ)板模型分布如圖1所示。

1.2 試驗方法

1)隨著建筑物樓層的增加，對基底土的壓力也隨之增加，對于模型Ⅰ，根據(jù)GB 5007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[5]中平板載荷試驗的要求，模擬建筑物樓層增加荷載增加的工況，采用1 000 kN的千斤頂模擬柱下加載，加載到極限荷載fu，得到該模型的P—S曲線，如圖2所示。根據(jù)P—S曲線，取該曲線的比例界限所對應(yīng)的荷載為地基承載力特征值，即fak=110 kPa。

2)既有建筑在建成后的數(shù)年中，基底土會承受建筑物上部荷載相應(yīng)的時間段，對于其他的剛性基礎(chǔ)板模型Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ，模擬建筑物建成后不同時間段承受相同上部荷載的工況，根據(jù)GB 5007—2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[5]中平板載荷試驗的要求，千斤頂加荷至110 kPa，千斤頂提供荷載穩(wěn)定在(110±2)kPa，然后維持荷載不變，各個模型維持荷載不變的時間分別為3 d,7 d,14 d,28 d,35 d,49 d，達到試驗要求的天數(shù)后，千斤頂繼續(xù)加載到極限荷載fu，得到了各個模型的P—S曲線，如圖2所示。

2 基礎(chǔ)板底和基礎(chǔ)板外的土體位移

試驗過程中為更方便的得到不同深度處的土體位移，采用了自有的剛性變形深標來測量。在每個基礎(chǔ)板上設(shè)置4個測量點，分別測量基礎(chǔ)板下-0.5 m,-1.0 m,-1.5 m,-2.0 m這4個深度處的土體位移。同時，在基礎(chǔ)板外設(shè)置12個測量點，分別測量基礎(chǔ)板外-0.5 m～-2.2 m深度范圍內(nèi)的土體位移。

2.1 基礎(chǔ)板下的土體位移

模型Ⅰ、模型Ⅶ在不同荷載作用下不同深度的土層位移圖如圖3所示。圖中的實線代表模型Ⅰ未持載工況下加載至極限荷載的土體位移，虛線代表模型Ⅶ維持110 kPa加載荷載49 d的工況下加載至極限荷載的土體位移。

2.2 基礎(chǔ)板外的土體位移

根據(jù)圖4中基礎(chǔ)板外剛性深標的布置，對基礎(chǔ)板外不同深度處的土層位移進行了測試，其不同荷載下不同深度的土層位移圖如圖4所示。圖中的實線代表基礎(chǔ)板外0.5 m深度處的土體位移，虛線代表基礎(chǔ)板外2.2 m深度處的土體位移。

2.3 土體位移數(shù)據(jù)分析

通過圖3,圖4可以看出，在上部荷載作用下，基礎(chǔ)板下1.5 m深度范圍內(nèi)、基礎(chǔ)板外1.2 m范圍內(nèi)土體位移變化幅度較大，壓密效應(yīng)在這個深度和寬度范圍內(nèi)效果較明顯[6]。

3 長期荷載下的土體位移和土壓力

3.1 長期荷載作用下的土體位移

通過圖2的P—S曲線可以看出模型在持載期間，會產(chǎn)生一定的沉降，持載時間最長的模型Ⅶ的位移隨時間的變化曲線如圖5所示。通過圖5可以看出，模型Ⅶ在持載1周內(nèi)沉降較大，后期模型沉降趨于平穩(wěn)。

3.2 長期荷載作用下的土壓力

試驗中在基礎(chǔ)板下埋設(shè)了一定數(shù)量的土壓力盒，量程為0 MPa～0.5 MPa，用于研究長期壓密效應(yīng)下的基底反力分布。

通過土壓力盒的測試，得到了相同荷載作用不同時間下基底壓力的分布規(guī)律，如圖6所示。從圖中可以看出，基底反力在荷載作用1周時間內(nèi)變化幅度較大，隨著荷載作用時間的增加，變化幅度很小。

4 壓縮模量和孔隙比的變化

試驗?zāi)Ｐ驮诩虞d至極限荷載后，為進一步研究土體壓密效應(yīng)的作用效果，同時對基礎(chǔ)板下和基礎(chǔ)板外進行了勘察取樣，并進行土工試驗，對試驗前后土體的物理力學指標進行了對比，圖7為試驗前后壓縮模量Es、孔隙比e隨深度的變化曲線。

通過圖7可以看出，地基土在壓密效應(yīng)作用下一定深度處的孔隙比e、壓縮模量Es等土工參數(shù)都有了一定的變化，且大致在1 m～1.5 m的深度范圍內(nèi)其變化比較明顯，并隨深度的增加其變化不大。

5 結(jié)論

1)通過不同模型試驗得到的P—S曲線可以看出，隨著相同荷載作用時間的增長，再加載后的土體相對變形幅度會越來越小，在一定時間內(nèi)，地基土產(chǎn)生了“壓密效應(yīng)”，土性增強較快，是既有建筑地基承載力提高的關(guān)鍵因素。

2)對于低多層既有建筑柱下獨立基礎(chǔ)，土體壓密效應(yīng)主要集中在基礎(chǔ)板中心下1.5 m深度范圍內(nèi)，基礎(chǔ)板外1.2 m寬度范圍內(nèi)。

3)地基土在荷載長期作用下沉降及基底反力的變化主要集中在持載一周時間內(nèi)，即土的壓密效應(yīng)主要作用在持載一周時間內(nèi)。

4)地基土在荷載長期作用下，基底下1.5 m范圍內(nèi)的土的物理力學性質(zhì)變化較大，壓縮模量有明顯提高，孔隙比也明顯減小。