地基土影响因素

地基土影响因素（共12篇）

地基土影响因素 篇1

1 建筑施工中桩基础的分类

建筑施工中桩基础按照一定的分类标准分为不同的类型, 分类方法不同, 名称不同。使用功能为分类标准进行分类分为四种:竖方向的抗压力桩, 竖向的抗拔桩, 水平方向的受荷载, 负荷受荷载。按照桩身材料不同进行的桩分类:混凝土类型桩, 钢结构桩, 木结构桩, 组合结构桩。此外, 还有根据承桩方法进行的桩分类等等, 分类标准不一, 桩基础名称也不同。

2 桩基础施工中基础土的影响因素分析

在桩基础的施工中, 影响基础土的因素比较多, 影响作用比较复杂。常见的有地质条件、水文条件、地基条件等, 这些环节中的任何一个细节之处都将影响到桩基础的施工, 进而影响到整个工程的施工质量。因此在进行桩基础施工中要针对基础土的影响因素进行科学规划与分析, 确保施工环境的安全。下面我们针对影响地基土的多种因素进行具体分析。

2.1 持力层的深度、强度与其他特性的影响

首先我们看一下持力层的强度影响, 强度最强的是硬度岩嵌岩桩, 在进行施工中时一般要借助冲击钻。在深度方面, 如果持力层过深, 直接影响到人工的挖孔桩作业。通风性能低, 成本大, 作业比较困难。无法正常发挥预应力管桩的优势作用, 对于施工安全也是比较大的考验。持力层的特性也会影响到基础土, 特别是在岩石风化物漫水软化时, 在预应力管桩的选择上就要重点选用闭口型管桩。

2.2 地层结构的影响因素分析

地层结构的影响主要体现在决定着桩的类型与成桩方式两方面。在卵石、砾石存在的情况下, 尤其是卵石在100mm, 成孔的效率十分低, 对于施工安全威胁很大。在卵石粒为地质报告粒径的三倍就需要重点考虑这方面了。

持力层以上存在软弱土层情况。如果存在较大的软弱层, 进行沉管灌注桩与人工挖孔桩施工极为不利, 需要采取一定的辅助防护措施。此外, 如果存在流沙层, 施工中应该尽量避免挖空桩施工。在持力层以上没有硬夹层, 具有零星的孤石分布, 不可使用预应力管桩与钻、冲灌注施工方式。

2.3 地下水位的变化影响分析

地下水位直接影响到施工多个方面。钻、冲孔灌注桩的埋设工作与此息息相关。面对地下水文条件较为复杂的情况, 我们应该对其进行充分的分析, 掌握其分布规律, 在进行施工作业之前先进行详细的地质勘查, 在具体施工时要对地下水源有整体清晰的把握, 充分考虑到地下水对桩基础施工的影响程度, 在运用反循环钻孔进行施工时, 要保证护筒的顶端高度在最高水位线的2米以上方可。切实避免因为地下水丰富的情况下而造成桩基础浇筑质量不达标的现象发生。如果存在渗流水, 在采用灌注桩时容易产生大量的泥浆, 造成踏孔, 在踏孔的情况下, 钢筋笼无法正常达到底部, 柱底部形成厚厚的泥夹层引发事故。在出现超出地表2米左右承压水的情况下, 灌注桩施工困难, 直接影响到混凝土的浇筑。

2.4 复杂地质条件的影响分析

除了上面提到的三个方面, 复杂的地质条件也会影响到桩基础的正常施工。特别是在一些灰岩分布的地区, 在这样的地质中, 土层往往会因为水分的影响导致原有的强度丧失, 而产生这一现象的主要原因就是灰岩地区残积层具有良好的渗透性能, 将外界的水渗透到土层的深处。除了具有强大的渗透功能, 灰岩的地质条件下更容易发育溶洞、地下暗河、孤石等, 这些特殊情况对于桩基础的施工都是不小的挑战, 很大程度上影响到土层的稳定性, 影响到桩基础施工的安全性。因此, 在进行施工前, 要做好区域地质的勘查与分析, 制定出完善的施工计划, 最大限度的避开既有的特殊地质情况, 在无法避开的情况下, 桩基础的下落部位最好选择为溶洞的上层, 这是因为溶洞的上层如果厚度不够, 对于桩基础施工的负面影响是无法估量的。

3 桩基础施工中相关工艺的施工指导分析

在建筑施工中广泛采用的是桩基础类型的预应力管桩、钻、孔灌注桩及人工挖空作业。对这些基础性的作业工艺进行施工技术上的指导, 可以有效的保证施工工程的安全、工期与质量。

3.1 预应力管桩的施工应用分析

预应力管桩特别适用于桩顶端持力层比较厚的情况, 能有效的对抗强度风华岩石、全风化岩石与粘性土层等基础土类型。使得土层管桩进入一定的深度, 转化为摩擦端承桩, 发挥其强度上的优势。

施工时排桩建议从中间向两头施工, 或者是采用分段施工的方式。在进行群桩的施工时建议从中央向四周进行扩散式地施工。当遇到周围有大型建筑物时, 应考虑从建筑物的侧面向无建筑的方向施工。对于持力层较厚的地段要先施工, 接着施工较浅的地段。在进行施工时要重点做好浅基坑的施工, 先进行打桩工序, 再开挖基坑, 这样施工能有效的保证基坑施工的安全, 有效避免施工浪费。

3.2 钻、孔灌注桩的施工应用分析

一般钻、孔灌注桩的适应性比较强, 能有效地对抗承压水或者地下水的情况, 但是施工起来比较困难, 需要采取其他配套辅助措施。在施工时先完成持力层的确认。一般根据钻进中获取的渣成分与标准岩土层表对照, 施工时结合地质剖面图与柱状图, 保证持力层确认的准确。在后期施工中如果遇到卵石, 选用回转钻进, 除了卵石还有其他硬石的情况, 选用反循环钻。当出现较大的块石时, 兼顾采用锤式抓头, 特大孤石需要爆破后再作业。如果施工中发现嵌岩深度大, 要选用冲击钻施工。在情况比较复杂的施工环境下, 我们可以考虑多种方法的混合使用, 针对不同的地质条件与施工难题进行灵活分析, 选取几种最合适的施工作业方法。

4 结束语

桩基础施工中基础土的影响因素是多样的, 不仅受地质条件的影响, 还受水文条件地制约。要想保证施工作业的按时、保质、保量, 首先要做好桩基础施工中基础土的影响因素分析, 对于常见的影响因素进行分析, 制定科学的施工方案, 最大限度的保证施工中意外情况地发生。

在日常的分析中, 要总结经验, 制定科学合理的勘测调查报告, 详细记述工程施工地段的地质条件、水文情况与其他相关参数, 为施工提供参考与依据。在编写总结施工段勘测调查报告的过程中要本着认真、详实的记录原则, 对工程施工的每一个环节进行深入分析, 确保施工安全。建筑施工无小事, 建筑质量直接影响到万千群众的利益, 在认识上引起重视, 在行动上做好落实, 才能做好桩基础的施工工作。接着进行水下的灌注, 在进行混凝土的灌注时要保持集成排水水位的稳定, 动水对灌注的质量影响十分明显。在完成灌注之后进行后期的护筒填埋, 在进行护筒埋设时要保证护筒顶部高出普通水位2米以上, 以此来保证成孔工艺的正常开展。需要注意的是粘性土进行埋设时需要将埋设深度控制在1米以下, 护筒埋设要深入到不透水层。

参考文献

[1]张贵义.桩基础施工中常见质量问题及对策[J].黑龙江科技信息, 2010 (22) .

[2]胡裔贤, 林海岚.高层建筑地基基础和桩基础土建施工技术研究[J].硅谷, 2013 (05) .

[3]江平.建筑工程土建施工中桩基础技术的应用探究[J].山西建筑, 2012 (36) .

地基土影响因素 篇2

1、基本概念

土力学：是用力学的观点研究土各种性能一门科学

地基：直接承受建筑物荷载的那一部分土层

基础：将上部结构的荷载传递到地基中的结构的一部分，通常称为下部结构

持力层：直接与基础地面接触的土层

下卧层：地基内持力层下面的土层

软弱下卧层：地基承载力低于持力层的下卧层

天然地基：未经人工处理就可满足设计要求的地基

人工地基：地层承载力不能满足设计要求，需进行加固处理的地基

基础埋深：从设计地面（一般从室外地面）到基础底面的垂直距离

浅基础：埋深小于5m,只需挖槽、排水等普通施工程序即可建造的基础

深基础：借助于特殊施工方法建造的基础。如桩基、墩基、沉井和地下连续墙

2、地基与基础设计的基本条件

（1）作用于地基上的荷载效应不得超过地基容许承载力值。

（2）基础沉降不得超过地基变形容许值。

（3）具有足够防止失稳破坏的安全储备。

第2章 土的物理性质和工程分类

1、土的结构：

（1）单粒结构；（2）蜂窝结构；（3）絮状结构

2、土的构造

（1）层状构造；（2）分散构造；（3）裂隙构造（4）结核状构造

3、土的工程特性

（1）压缩性高；（2）强度低； （3）透水性大

4、土的颗粒级配

（1）土的粒径： d60 —控制粒径

d10 —有效粒径

d30 —中值粒径

（3）连续程度:

Cc = d302 / (d60 ×d10 ) — 曲率系数

5、土的物理性质

（1）土的物理性质指标

1）土的密度、有效密度、饱和密度、干密度

土的重度、有效重度、饱和重度、干重度

2）土粒的比重

3）土的饱和度

4）土的含水量

5）土的孔隙比和空隙率

（2）无粘性土的密实度：

Dremaxeemaxemin

（3）粘性土的物理性质：

（4）液性指数和塑性指数

IpLp

ILpLp

（5）粘性土的灵敏度

（6）粘性土的触变性

饱和粘性土受到扰动后，结构产生破坏，土的强度降低。当扰动停止后，土的强度随时间又会逐渐恢复的现象，称为触变性。土的触变性是土的结构联结形态发生变化引起的，是土微观结构随时间变化的宏观表现

第3章 土的渗透性与工程降水

1、水在土中任意一点的水头： 如果忽略速度水头，上式可以写成：

2、水力坡降 i ：单位渗流长度上的水头损失

3、达西定律

4、动水力J 土体中渗流的水对单位体积土体的骨架作用的力，是水流对土体施加的体积力，kN/m3。水在土中流动的过程中将受到土阻力的作用，使水头逐渐损失。同时，水的渗透将对土骨架产生拖曳力，导致土体中的应力与变形发生变化。这种渗透水流作用对土骨架产生的拖曳力称为动水压力。

在工程计算中，将土的临界水力坡降除以某一安全系数Fs(2～3)，作为允许水力坡降[i

]

设计时，为保证建筑物的安全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降[i]内：

5、流土和管涌

A：流土：地下水流动时，若水流的方向由上向下，此时动水力的方向与重力方向一致，使土颗粒压得更紧，对工程有利。如果地下水水流方向相反，动水力的方向与重力方向相反。当动水力足够大时，会将土体冲起，造成破坏。当动水力GD的数值等于或者大于土的浮重度时，土体被水冲起的现象，称为流土。

icr称为临界水力坡降，即将产生流土

B：管涌

当土体颗粒级配不连续时，水流可将土体粗粒孔隙中充填的细粒土冲走，破坏土的结构，这种作用称作管涌。长期管涌的结果，形成地下土洞，土洞由小变大，可导致地表塌陷。 C：流土与管涌的区别

a：流土发生时水力梯度i

大于临界水力梯度

icr，而管涌可以发生在任何的情况下

b：流土发生的部位在渗流逸出处，而管涌发生的部位可在渗流逸出处，也可在土体内部； c：流土破坏往往是突发的，而管涌破坏一般有一个时间发展过程，是一种渐进性质的破坏；d：流土发生时水流方向向上，而管涌发生时则没有此限制；

e：只要水力梯度达到一定数值，任何类型的土都可以发生流土破坏；而管涌只发生在有一定级配（如不均匀系数Cu>10）的无粘性土中，且土中粗颗粒所构成的孔隙直径必须大于细颗粒的直径。

第4章 土的应力与有效应力原理

1、土中的自重应力 （1）竖向自重应力 由σcz分布可知竖向自重应力的分布规律为：

1） 土的自重应力分布线是一条折线，折点在土层

交界处和地下水位处，在不透水层面处分布线有突变；

2）同一层土的自重应力按直线变化；

3）自重应力随深度增加而增大；

4）在同一平面自重应力各点相等。

（2）水平向的自重应力

（3）地下水位的变化对自重应力的影响

2、基础底面的压力

（1） 轴心荷载下的基底压力

（2）偏心荷载下的基底压力

3、基底附加压力

地基土影响因素 篇3

【关键词】《土力学与地基基础》    高职     教学改革

一、引言

《土力学与地基基础》课程的主要内容为土的物理力学性质和地基基础应用。土力学知识理论性强、教学难度大，而地基基础实践应用性强、实际操作性强，如何将这两部分内容有效地结合，使学生既懂理论又会实践，这成为本课程高职教学中的重要问题，而学生也普遍反映学懂学好本门课程比较困难。因此，如何根据课程性质，结合高职教育的要求，为《土力学与地基基础》寻找一条行之有效的教学方式，是高职《土力学与地基基础》教学的一个重要问题。

二、教学中的问题

1. 高职学生的特点

（1）学习自主性较差

现今，大部分学生家庭条件比较好，缺乏吃苦耐劳、刻苦钻研的精神，同时由于自身基础知识不扎实，对于土力学的理论内容学习起来比较吃力。绝大部分的学生自学能力不高，还无法摆脱高中时期的学习模式和思维方式，对学习中遇到的困难往往不能主动解决，不会主动向老师或同学请教。

（2）基础较差

与本科院校的学生相比，高职学生的入学分数相对较低，理论基础和学习能力相对较差，进一步学习《土力学与地基基础》时，就会比较费劲。

2.教学中的一些问题

（1）学时有限

《土力学与地基基础》实际为土力学、基础工程和地基处理三部分的组合，内容多，范围广。而一般本课程的课时安排为每周4课时，总共64课时，要想在有限的时间内把所有的知识及实验实践部分都涉及是不可能做到的。

（2）土力学部分的难度大

学生在课堂上无法理解相关知识，更不能结合实际理论对知识加深理解，不能理论联系实际。

（3）实践教学的落后

《土力学与地基基础》是一门实践性很强的课程，但是现在的教学方法大多偏重于课堂教学，都是老师在台上讲，学生在下面听，课外实践环节很少。这样就使得学生的学习效率不高，同时还有碍于培养学生的专业能力。

三、课程的教学改革与实践

1.调整教学内容

根据学生的自身情况和学科特点，在教学过程中要把握住重点难点，对一些内容点到为止，同时适当补充些新理论、新技术的相关简介，拓宽学生的知识面。针对《土力学与地基基础》课程知识点多、图形图表多、重要公式多、复杂例题多等特点，将传统的教学手段与现代信息技术手段有机结合，可获得较好的效果。

2.加强实验教学

实验在《土力学与地基基础》的学习阶段和学生毕业后能否较快地适应是非常重要的。所以要安排内容适当的实验课，将课堂讲授内容结合实际工程进行实验教学，这样可以从实验的原理、目的、操作、资料整理等方面，结合实际工程的实验数据把知识讲深讲透。在实验教学中注意加强教学研究，选择能反映本学科发展和研究的基本过程与基本方法，与实验方案设计、结果整理与分析方法方面的內容，让学生自己设计实验过程，从问题的提出、方案的设计到实施，以及结论的得出，完全由学生自己来完成，以达到良好的教学效果。

但是土工实验受实验设备精度、人为等不可避免的因素影响，其结果难免存在一定的误差。学生通过对实验成果进行整理与分析，可以提高分析问题、解决问题的能力。

3.加强实地学习与工程案例教学

组织学生参观学校附近正在建设的居民小区的施工现场，并请现场技术人员介绍工程设计及施工的技术要点，让学生对某些具体的施工方法、步骤有了更清晰的认识。教师也可以收集相关的工程实例，在课堂上对学生进行讲解，提高学生利用《土力学与地基基础》知识分析、解决实际问题的能力。这种方法能大大提高学生的学习兴趣，调动学生的积极性，可优化推广。

4.安排课程设计

在学生对本门课程系统地学习之后，通过课程设计对学生所学知识进行系统测试，考查学生理论应用于实践的能力。其中要求学生学会查规范，并严格遵守规范的规定和对所学专业知识进行设计计算，并要求学生能够全方位地考虑工程的实际状况，做到切实解决实际问题。学生完成课程设计之后，均有很大的收获，更重要的是增强了他们查阅资料、自主解决问题的自信心。

四、结论

笔者依据高职学生的特点，结合《土力学与地基基础》课程在教学中的问题，从教学内容的把握、教学实践的扩展、课程设计的强化等方面，进行实际教学，结果表明教学改革能够加深学生对理论知识的理解，提高学生对实际工程的处理能力，有效地提高了教学效果。

【参考文献】

[1]谌芸，史冬梅.构建具有专业特色的土力学教学体系[J].理工高教研究，2010，29（1）：125-127.

[2]代国忠，史贵才，吴晓枫.“土力学与基础工程”课程建设与教学改革探索[J].长春理工大学学报（社会科学版），2009，22（6）：1028-1030.

[3]罗才松，陈华艳，黄建华.“土力学”实验教学的思考与改革实践[J].实验室科学，2009，8（4）：27-28.

[4]高大钊.土力学与基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2014.

地基土影响因素 篇4

厂区位于渭河Ⅰ级阶地, 地形开阔平坦, 地面标高374.42m~375.77m。该区第四系沉积厚度大于400m, 主要为河湖相。地下水埋深较浅, 埋深5.70左右。

地层从上而下分布为黄土状粉质黏土, 层厚3.03m, 2细砂、层厚2.44米, 为可液化砂层, 3中砂、层厚4.60m中~密实, 为主厂房基础之天然地基持力层, 粉质黏土, 层厚0.73m, 7中砂混园砾, 层厚8.45m, 为较好的下卧层, 8粉质黏土, 层厚4.4m, 10黏土层厚2.75m, 11中砂园砾夹中粗纱薄层, 层厚10.27m, 12粉质黏土, 层厚9.5m, 15细砂, 层厚7.43m, 16粉质黏土, 层厚7.12m。

各层土的物理力学性质指标

为二期施工图勘测资料。见表1, 表2

地基土的模拟试验

为计算因降水、引起的地基土的附加沉降量。对二期场地土在模拟实际应力变化的条件下进行固结试验, 以确定各不同应力条件下的模量值, 为计算地基沉降量计算参数。

地基土模拟试验的边界条件

二期施工降水、水位标高由371.00m降到367.00m, 降深4.0m, 该部分土失去浮力, 相当于土的自重增大, 即普遍施加40 kpa荷载, 而引起降水沉降。

基坑开挖至368.50m, 减去基坑上覆自重压力, 引起回弹变形。

由建筑上部设计荷载逐步施加引起地基沉降。

建筑完成后停止降水, 由地下水位恢复到原水位, 该部分土的浮力恢复, 发生卸荷, 减去40 kpa, 而引起回弹变形。

三期施工降水, 再次引起二期主厂房等地段水位下降, 地基产生沉降。此沉降值及相应沉降差, 应满足有关规范的容许变形值。

为了模拟地基土的应力史, 现场取样, 对砂样按现场标贯63.5击数, 根据N63.5与相对密度Dr的关系, 查出相应的Dr对天然持力层第3层中砂标贯63.5击数取值按30~38击, 相对密度Dr取值为0.8~0.85, 重度rd (KN/M3) 取值16.4~16.8;第7层中砂混园砾标贯63.5击数取值按60击, Dr的取值按0.9。

根据实验数值绘制成压缩~回弹曲线, 并分别求出与各阶段相应的Es, Ee值。

试验成果

见表4, 固结试验成果汇总表。

地基土的沉降计算

一) 计算模型的建立

计算模型主要考虑地基土的应力史

二期施工降水, 由于降水先于基坑开挖, 故降水相当于一个预压荷载, 其作用只使地基土中应力增大, 产生的变形使各土层压密, 地基土的强度提高。

大面积开挖后, 由于地基卸荷, 基坑底部发生隆起现象, 即产生回弹变形。它大部分是由于地基土的不排水畸变引起的, 对于密实的中砂来说, 其回弹变形应该很小。

根据基础荷载图, 把各单独基础荷平均后近似的得出各建筑的荷重。用角点法计算上部荷载所产生的附加应力, 考虑相邻基础的影响, 用分层总和法计算其沉降量。

由于地下水位的恢复而引起的回弹变形。

三期施工降水时, 假设水位降深为2m, 3m, 4m三种情况, 分别计算三种情况对地基土产生的变形, 预估二期两端的沉降差。

二) 计算成果及其评价

二期施工降水、由原水位标高371.00m降至标高367.00m, 故计算时按40KPa的大面积均布荷载考虑。

降水引起的沉降按《岩土工程勘察规范》附录七 (7—1) (7—2) 公式:

黏性土及粉土层按 (7—1) 计算

砂层按式 (7—2) 计算

式中:Sa—土层、砂层最终沉降量 (MM)

Sj—第j层沉降量 (MM)

aj—压缩系数 (KPa_1)

e—原始孔隙比

△P—水位变化施加于土、砂层上的平均荷载 (KPa)

Hj—第j层厚度 (MM)

Esj—第j层压缩模量 (KPa)

计算深度若按降水引起附加应力等于土的自重应力20%考虑, 其压缩层的深度是很小的, 为6.6m, 但为了与上部荷载引起的地基变形的压缩层深度取得一致, 计算深度按勘探最大深度60.72m, 即标高为314.00m。

按上式计算结果:降水引起的标高367.00m处的沉降为85.3mm。该变形对地基土的影响较小。

大面积基坑开挖, 基坑底部产生回弹变形。根据《基础工程手册》中 (4—5) 公式计算回弹变形。

计算结果:基坑开挖的回弹变形量为23mm, 对地基土沉降变形的消减作用不明显。

上部荷载引起的地基沉降, 计算根据《建筑地基基础设计规范》 (GBJ7—89) 公式 (5.2.5) 。

计算结果见表5。

从上表可以看出, 煤仓间中部的沉降量最大, 为141.40mm, 但低于《火力发电厂土建结构设计技术规定》规定的变形允许值。

从模拟试验的结果分析, 三期降水时, 在40KPa的压力下, 地基土的压缩模量与二期施工降水时相比提高了5倍以上, 地基土的刚度已大大提高。假设按水位降深4m, 3m, 2m三种情况分别计算地基土沉降量。计算公式为《岩土工程勘察规范》附录七 (7—1) (7—2) 公式, 计算结果见表6。

按不利水位差考虑, 设二期西端 (扩建端) 水位降深4m, 东端水位降深2m, 仅由三期降水引起二期东西两端的沉降差为3.93mm。

由三期降水引起的沉降与上部荷载引起的沉降迭加后, 二期各建筑地段东西两端的沉降差见表7。

从表7中可以看出:二期主厂房各建筑段, 东西两端的沉降差均很小, 均在《火力发电厂土建结构设计技术规定》表4中, 所允许的范围值内。

结语

土力学及地基基础试卷及答案 篇5

（一）（考试时间150分钟）

第一部分选择题

一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。

1．用粒径级配曲线法表示土样的颗粒组成情况时，若曲线越陡，则表示土的()A．颗粒级配越好 B．颗粒级配越差 C．颗粒大小越不均匀 D．不均匀系数越大 2．判别粘性土软硬状态的指标是()A．塑性指数 B．液性指数 C．压缩系数 D．压缩指数

3．产生流砂的充分而必要的条件是动水力()A．方向向下 B．等于或大于土的有效重度

C．方向向上 D．方向向上且等于或大于土的有效重度

4．在均质土层中，土的竖向自重应力沿深度的分布规律是()A．均匀的 B．曲线的 C．折线的 D．直线的

5．在荷载作用下，土体抗剪强度变化的原因是()A．附加应力的变化 B．总应力的变化 C．有效应力的变化 D．自重应力的变化

6．采用条形荷载导出的地基界限荷载P1/4用于矩形底面基础设计时，其结果()A．偏于安全

B．偏于危险

C．安全度不变 D．安全与否无法确定

7．无粘性土坡在稳定状态下（不含临界稳定）坡角β与土的内摩擦角φ之间的关系是()A．β<φ

B．β=φ C．β>φ D．β≤φ

8．下列不属于工程地质勘察报告常用图表的是()A．钻孔柱状图

B．工程地质剖面图 C．地下水等水位线图 D．土工试验成果总表

9．对于轴心受压或荷载偏心距e较小的基础，可以根据土的抗剪强度指标标准值φk、Ck按公式

确定地基承载力的特征值。偏心距的大小规定为（注：Z为偏心方向的基础边长）()A．e≤ι/30 B．e≤ι/10 C．e≤b/4 D．e≤b/2

10.对于含水量较高的粘性土，堆载预压法处理地基的主要作用之一是()A．减小液化的可能性 B．减小冻胀 C．提高地基承载力 D．消除湿陷性 第二部分 非选择题

二、填空题（本大题共10小题，每小题1分，共10分）请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。

11.建筑物在地面以下并将上部荷载传递至地基的结构称为____。12.土的颗粒级配曲线愈陡，其不均匀系数Cu值愈____。13.人工填土包括素填土、冲填土、压实填土和____。

14.地下水按埋藏条件可分为上层滞水、________和承压水三种类型。15.在计算地基附加应力时，一般假定地基为均质的、应力与应变成________关系的半空间。16.前期固结压力大于现有土自重应力的土称为________土。

17.土的抗剪强度指标在室内通过直接剪切试验、三轴压缩试验和________验测定。18.无粘性土土坡的稳定性大小除了与土的性质有关外，还与____有关。

19.墙后填土为粘性土的挡土墙，若离填土面某一深度范围内主动土压力强度为零，则该深度称为____。20.确定钢筋混凝土基础的高度和配筋时，上部结构传来的荷载效应应取________极限状态下荷载效应的基本组合。

三、名词解释题（本大题共5小题，每小题2分，共10分）21.潜水 22.正常固结土 23.抗剪强度 24.钻探 25.灌注桩

四、简答题（本大题共2小题，每小题5分，共10分）26.什么叫土的压缩性？土体压缩变形的原因是什么？ 27.哪些情况下桩产生负摩擦阻力？

五、计算题（本大题共7小题，共50分）

28.在对某地基土进行试验时，以环刀切取土样。土样高度2cm，上、下底面积为50cm²，称得原状土样质量为190g，烘干后土样质量为150g。试计算土样的密度和含水量。若该土样处于饱和状态，试计算土样的孔隙比。（6分）

29.有一柱下单独基础，其基底面积为2.5 x4m²，埋深d=2m，作用于基础底面中心的荷载为3000kN，地基为均质粘性土，其重度为γ=18kN/m³，试求基础底面处的附加压力P0。(5分)30.某场地第一层为粘性土层，厚度为4m，其下为基岩，经试验测得粘性土层的平均孔隙比e=0.700，平均压缩系数a=0.5Mpa-1。求该粘性土的平均压缩模量Es。现在粘性土层表面增加大面积荷载p= 1OOkPa，求在该大面积荷载作用下粘性土层顶面的最终固结沉降量。（5分）

31.某框架柱采用预制桩基础，如图示，柱作用在承台顶面的荷载标准组合值为Ｆｋ=2600kN，Mk= 300kN·m，承台埋深d=1m，单桩承载力特征值为Ra=700kN。试进行单桩竖向承载力验算。（6分）

32.某土样直剪试验结果为：对应于法向应力50kPa、1OOkPa、200kPa时的抗剪强度分别为27.5kPa、55.OkPa、110.OkPa;(1)确定该土的抗剪强度指标；（5分）

(2)若地基中某点的σ3=1OOkPa，σ1=280kPa，该点是否已发生剪切破坏？（3分）

(3)当作用在此土中某平面的法向应力为300kPa、剪应力为160kPa时，该面是否会剪切破坏？（3分）33.某工业厂房柱基础，基底尺寸4×6m²，作用在基础顶部的竖向荷载F= 3000kN，弯矩M=2100kN·m，地质条件及基础埋深如图所示，地下水位于基础底面处，试验算该地基土承载力是否满足要求。(γw= 1OkN/m³，γG= 20kN/ m³)（8分）

34.某挡土墙高7m，墙后填土指标如图示。试采用朗肯土压力理论求作用于墙背上的主动土压力分布（不要求计算土压力合力及作用点）。（9分）

土力学及地基基础标准预测试卷

（一）答案详解

一、单项选择题

1．B【解析】曲线越陡，表示颗粒大小相差不多，土粒较均匀，颗粒级配越差。

2．B【解析】液性指数是判别粘性土软硬状态的指标，根据液性指数可将粘性土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑五种状态。

3．D【解析】只有在动水力抵消了土的有效重度，即两者方向向上且等于或大于土的有效重度时，才会产生流砂。

4．D【解析】σCZ=γz，对于均质土，γ不变，即土的竖向自重应力沿深度成线性分布。

5．C 【解析】土中剪力主要由土粒骨架来承担，即土的抗剪强度的变化主要与有效应力的变化有关。6．A【解析】极限荷载公式是按条形基础受均布荷载的情况推导而得的，如用于矩形基础时有一定的误差，但结果偏于安全。

7．A【解析】只要坡角小于内摩擦角，土坡就稳定，土坡稳定性与坡高无关。

8．C【解析】工程地质勘察报告常用图表有钻孔柱状图、工程地质剖面图、土工试验成果总表和钻孔平面位置图。9．A 10.C【解析】预压法是通过加速饱和软土排水固结，从而提高其地基承载力，减小沉降量。

二、填空题

11.基础 12．小 13杂填土 14.潜水 15.线性 16.超固结 17.无侧限抗压强度 18.坡角 19.临界深度 20.承载能力

三、名词解释题

21．埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水称为潜水。

22.天然土层逐渐沉积到现在地面，经历了漫长的地质年代，在土的自重应力作用下已经达到固结稳定状态，则其前期固结压力等于现有的土自重应力，这类图称为正常固结土。

23.土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，当剪阻力增大到极限值时，土就处于剪切破F坏的极限状态，此时的剪应力也就达到极限，这个极限值就是土的抗剪强度。

24.钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，也可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质的一种勘探方法。

25.灌注桩是直接在所设计桩位处成孔，然后在孔内放置钢筋笼（也有省去钢筋的）再浇灌混凝土而成的桩。

四、简答题

26.什么叫土的压缩性？土体压缩变形的原因是什么？ 答：土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。

土体产生压缩变形是因为在压缩过程中，颗粒间产生相对移动、重新排列并互相挤紧，同时，土中一部分孔隙水和气体被挤出导致土中孔隙体积减小，产生压缩变形。27．哪些情况下桩产生负摩擦阻力？ 答：产生负摩阻力的情况有以下几种：

(1)位于桩周的欠固结粘土或松散厚填土在重力作用下产生固结；

(2)大面积堆载或桩侧地面局部较大的长期荷载使桩周高压缩性土层压密；

(3)在正常固结或弱超固结的软粘土地区，由于地下水位全面降低（例如长期抽取地下水），致使有效应力增加，因而引起大面积沉降；(4)自重湿陷性黄土浸水后产生湿陷；(5)打桩使已设置的临桩抬升。

在上述情况下，土的重力和地面荷载将通过负摩阻力传递给桩。

工民建施工中不良地基土的改造 篇6

【摘要】随着经济技术的发展，建筑施工越来越受到大家的关注，工民建筑也不例外，工民建施工中不良地基土的改造问题也较为突出，本文就分析了相关不良地基土的改造工作。

【关键词】工民建施工 地基土 改造

近年来，公民建筑施工工作出现了很多问题，由于我国地大物博，各地地质结构比较复杂，不良地基土也很多，所以要加强不良地基土的改造工作。地基土对建筑整体质量影响很大，对不良的地基土一定要进行改造及相应的加固处理。地基处理是指为提高地基土的承载力或改变其变形性质或渗透性质而采取的人工方法。采用科学合理地基处理方法，有充分发挥原地基土承载力，就地取材，施工工艺简单，施工速度快，地基处理费用低的特点。

我国的国土面积比较的幅员辽阔，各个地区之间的土质具有较大的差距，其中很多的土质都不适合作为地基土。工业建筑和民用建筑在建设的时候是不能直接在不良基土之上进行的。这些不良的地基土大多在强度上不能够承载上部建筑的压力而出现沉降，造成建筑发生不规则的沉降，导致出现裂缝，严重的时候会造成人身伤亡。

不良地基土含水量比较高，孔隙比较大、抗剪强度提别低、压缩性较高、渗透性很小、具有明显的结构性和流动性。如果承受较大的荷载，就可能出现地基的局部破坏甚至整体滑动，在开挖较深的基坑时就会出现基坑的隆起和坑壁的失稳现象。因此需要在这些土层上进行工业建筑和民用建筑施工的时候，往往就要采取相应的措施来对其进行改造，使其能够达到相应建设的强度，从而确保后续施工的顺利开展。不良地基土主要表现在以下几个方面：

1、不良地基土压缩性较高。易造成基础较大的沉降和不均匀沉降，对于荷载较大的构筑物沉降甚至达到2m以上 ，如果上部构筑物各部位荷载差异较大或体形比较复杂就会产生不均匀沉降。将引起构筑物基础标高的降低，影响使用条件或者造成倾斜、开裂破坏。

2、不良地基土很小的渗透性。渗透性小是不良基土的另一个表现，这会导致基土固结所需要的过程十分的长，造成建筑不断的发生沉降，很难在较短的时间内达到稳定的状态，对上部建筑造成较大的影响。

3、不良地基土较高的灵敏度。不良基土通常都比较的脆弱，具有较高的灵敏度。在工业建筑和民用建筑施工的过程当中，产生的震动以及其它的一些影响都有可能对地基产生影响，从而导致原有的结构被破坏，使其强度降低。

结合相关规范、标准，我们可以运用置换法、压实与夯实法、预压法、挤密法及搅和法等对不良地基土进行合理改造。

1、置换法。

换填法。就是将表层不良地基土挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实，形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。施工要点：将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实。

振冲置换法。利用专门的振冲机具，在高压水射流下边振边冲，在地基中成孔，再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体。该桩体与原地基土组成复合地基，达到提高地基承载力减小压缩性的目的。

2、压实与夯实法

表层压实法。采用人工夯，低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表层土进行压实。也可对分层填筑土进行压实。当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实，使土体得到加固。

重锤夯实法。重锤夯实就是利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层，获得一定厚度的持力层。施工要点：施工前应试夯，确定有关技术参数，如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量；夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高；夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内；大面积夯时应按顺序；基底标高不同时应先深后浅。

强夯。强夯是强力夯实的简称。将很重的锤从高处自由下落，对地基施加很高的冲击能，反复多次夯击地面，地基土中的颗粒结构发生调整，土体变为密实，从而能较大限度提高地基强度和降低压缩性。其施工工艺流程：（1）平整场地；（2）铺级配碎石垫层；（3）强夯置换设置碎石墩；（4）平整并填级配碎石垫层；（5）满夯一遍；（6）找平，并铺土工布。

3、预压法

堆载预压法。在建造建筑物之前，用临时堆载（砂石料、土料、其他建筑材料、货物等）的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。施工工艺与要点：（1）预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载；（2）大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业，对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业；（3）堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度，底面应适当放大；（4）作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。

真空预压法。在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。

降水法。降低地下水位可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力，使有效应力增加，从而使地基得到预压。这实际上是通过降低地下水位，靠地基土自重来实现预压目的。施工要点：一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点；当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时，此时宜辅以电极相结合。

电渗法。在地基中插入金属电极并通以直流电，在直流电场作用下，土中水将从阳极流向阴极形成电渗。不让水在阳极补充而从阴极的井点用真空抽水，这样就使地下水位降低，土中含水量减少。从而地基得到固结压密，强度提高。电渗法还可以配合堆载预压用于加速饱和粘性土地基的固结。

4、挤密法

振冲密实法。利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用，使土体的结

构逐步破坏，孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏，土粒有可能向低势能位置转移，这样土体由松变密。施工工艺：（1）平整施工场地，布置桩位；（2）施工车就位，振冲器对准桩位；（3）启动振冲器，使之徐徐沉人土层，直至加固深度以上30～50cm，记录振冲器经过各深度的电流值和时间，提升振冲器至孔口。再重复以上步骤 1～2次，使孔内泥浆变稀；（4）向孔内倒入一批填料，将振冲器沉人填料中进行振实并扩大桩径。重复这一步骤直至该深度电流达到规定的密实电流为止，并记录填料量；（5）将振冲器提出孔口，继续施工上节桩段，一直完成整个桩体振动施工，再将振冲器及机具移至另一桩位；（6）在制桩过程中，各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等三方面的要求，基本参数应通过现场制桩试验确定。

5、拌和法。

高压喷射注浆法（高压旋喷法）。以高压力使水泥浆液通过管路从喷射孔喷出，直接切

割破坏土体的同时与土拌和并起部分置换作用。凝固后成为拌和桩（柱）体，这种桩（柱）体与地基一起形成复合地基。也可以用这种方法形成挡土结构或防渗结构。

结语：随着我国经济的发展，基础设施建设速度的加快，工业建筑和民用建筑的范围将不断的扩大，这就使得在施工的过程当中有可能遇到各种各样的不良地基土。这就要求广大技术人员在施工的过程当中不断的积累相关的经验，同时加强学习，不断的提高自己的专业素养，做好不良地基土的改造工作，为我国工业建筑和民用建筑的发展打下坚实的基础。

参考文献

[1] 张成英.公路施工中软土地基处理方面的研究[J].山西建筑，2010（5）：23～24.

[2] 谢海林 ，徐长林 .不良地基土的处理与加固的方法及施工工艺[J].价值工程，2010（9）：34～ 35.

地基土影响因素 篇7

1概况

江苏省海门市地区位于长江下游相冲淤积平原, 区内雨水偏多, 水位较高, 水系发达, 且受后期人工改造水系变化较大。沿线路基场地以农田为主, 因此, 江苏省海门市道路工程中, 路基一般设计为 (1) 原地面用5%的石灰进行0.2m基底下掺处理; (2) 路槽顶面以下0～0.2m采用6%的石灰土;0.2～0.8m采用5%的灰土; (3) 路基中部按总填方量的70%进行灰土处理; (4) 鱼塘、沟塘用5%的灰土进行填筑。但在工程实践中, 我们发现石灰土在不同的情况影响下导致压实度变化较大。表1是王川公路工程中2个不同路段在同1d进行压实度检测的结果。 (1) a标段要求压实度为93%, 合格率为66.7%。b标段要求压实度为90%, 合格率为100%; (2) b段实测压实度均在95%以上, 最小值为95.0%;a段实测压实度均在95%以下, 最小值为88.6%。

2现场施工控制情况比较

2.1 2个路段的土源指标相差不大, 其石灰土的最大干密度、最佳含水量分别为1.77g/O1113、17.2%;1, 76g/O1113、l8.4%。

2.2 a段采用先在取土场掺加2%一3%的石灰对土进行砂化处理, 然后运至施工现场进行2次掺灰后拌和碾压;b段采用路拌法施工。

2.3 a段石灰消解后已放置约15d, 对取土坑的土进行砂化处理后因连续阴雨又放置了10d左右;b段是石灰消解后在使用前用彩条布进行覆盖, 放置了5d左右, 路拌均匀后即进行碾压。针对上述现象进行了试验研究, 并对石灰土压实度影响因素进行了分析, 在工程中进行有针对性的改进, 使压实度得到了有效控制, 保证了路基的工程质量。

3分析影响石灰土压实度的因素

3.1不同石灰等级灰剂量的差异

我们分别对不同等级的石灰拌和的灰土进行了灰剂量标准曲线比较, 结果表明:不同等级的石灰其灰剂量标准曲线有明显的差异。消耗相同数量的EDTA, 查不同等级的石灰剂量标准曲线其结果有很大差异:因此, 做石灰剂量标准曲线的石灰要与现场使用的石灰一致。否则难以正确反映石灰的真实剂量, 从而造成取用的标准干密度不合理。见表2、图1。

3.2放置时间对石灰中有效钙镁含量的影响

分别对生石灰、消石灰放置在空气中不同龄期有效钙镁含量进行了测试, 其结果可知:无论是生石灰还是消石灰, 露置在空气中其有限成份都有不同程度的损失, 并随着龄期的增长损失的速度逐渐减缓。因此, 即使是同一批进场的石灰, 不同的使用时间其等级也发生了变化。从而导致实测灰剂量偏小, 取用的标准干密度偏大。见表3

3.3灰土拌和后放置时间对石灰剂量的影响

分别对自然陈放的5%、6%、8%的石灰土进行不同龄期的灰剂量进行测试, 其结果表明:石灰土中的灰剂量随着放置时间的延长, 其实测灰剂量也减少。且石灰的剂量越高衰减的程度越大。其结果见表4

4结论

根据上述试验研究可知:影响石灰土压实的因素, 除了与碾压含水量、压实功、压实厚度、碾压速度和遍数等因素有关外, 还有以下影响因素:

4.1灰剂量的准确与否直接影响压实度的检测结果

4.1.1作标准曲线的石灰应与现场所用的石灰相符施工中发现有的施工单位为省事, 灰剂量标准曲线从头至尾采用1个标准。这跟实际情况不符。因为施工中的原材料是变化的, 若采用一成不变的标准进行比较显然是不合理的。

4.1.2消解石灰的放置时间

工程受自然、气候等因素影响较大, 消解的石灰不能很快使用, 导致石灰的放置时间过长, 影响石灰有效成份的利用。工程实际中, 应尽量缩短石灰的放置时间。

4.1.3石灰土的放置时间

石灰土施工采用场拌, 石灰与土拌和后, 放置在空气中, 使灰剂量损失, 从而使实测灰剂量失真。

4.2石灰土拌和后, 石灰与土即发生了离子交换反应, 形成了松散的板体, 2次掺灰处理后, 原有的板体结构被破坏, 砂化处理的灰难以与土再次发生反应, 因此使得石灰土的最大干密度降低 (因为标准干密度是一次掺灰后做标准击实来测定的) 。

5加强施工工艺控制

为切实加强施工工艺控制, 使检测时取用的最大干密度与实际情况更加接近。故在施工中采取了如下措施:

5.1确定石灰剂量标准曲线:每进一批进场石灰, 除进行石灰化学分析外, 还要重新确定石灰剂量标准曲线。

5.2石灰有计划的进场:根据工程进度, 尽量减少石灰在现场的放置时间 (一般不超过5d) 。石灰检验由进场改为使用前, 既保证用于工程中的石灰达到Ⅲ级灰以上要求, 又减少石灰有效钙镁含量的损失对灰剂量影响。

5.3控制石灰土的施工工艺:石灰土采用路拌法施工, 以避免2次掺灰处理后造成最大干密度值失真。应尽量减少石灰土的放置时间。

地基土影响因素 篇8

目前,许多学者对水平场地桩基m值影响因素进行过探讨,贾庆山[5]根据收集并分析全国280多根水平受荷桩静载试验数据,提出地基土水平抗力系数的比例系数m值不是一个独立参数,应该是一个与土的性状、桩的弹性性质、桩的截面特征、桩入土深度等以及荷载大小有关的综合参数。周在中等[6,7]利用模型试验与理论计算研究砂土侧向受力条件下的m值影响因素,指出m值与土体、桩顶水平位移、桩的刚度、侧向荷载、埋设深度、桩宽有关,而桩宽在大于一定条件下,可以忽略。吴峰等[8]通过分析大量现场试验数据并通过理论计算认为m值变化规律主要受泥面位移影响,并总结m值与泥面位移的经验公式。但是,目前研究主要围绕水平场地下m值的影响因素进行探讨,对于斜坡场地的情况并未涉及。

斜坡场地相较于水平场地,其直接特征在于桩前坡度的变化,水平场地也可视为一种特殊的斜坡场地。而工程上在处理斜坡桩基m值时,也往往以水平场地为参照。这说明,探究斜坡场地m值的影响因素,桩前地形坡度也是重要讨论对象。

基于此,本文参照水平场地m值影响因素的研究经验并结合斜坡场地的实际情况选取影响m值取值6个影响因素,在碎石土斜坡场地中进行现场桩基水平静载试验的基础上,结合数值试验,采用灰色关联度的方法,探讨斜坡m值影响因素的重要程度。

1 m值影响因素的选取

现有的研究成果[2,3,5,6,7,8],普遍认为m值的影响因素受多方面的影响,包括地形条件、土体性质、桩顶水平位移、桩的刚度、侧向荷载、桩长、桩嵌岩深度、桩径等。

《建筑地基基础设计规范》(GB 5007—2011)中提出的m值计算公式:

式(1)中:Hcr为单桩水平临界荷载;Xcr为单桩水平临界荷载对应的位移;vx为桩顶位移系数;b0为桩身计算宽度;EI为桩身的抗弯刚度,对于钢筋混凝土桩,EI=0.85Ec I0,Ec为混凝土弹性模量,I0为桩身换算截面惯性矩,圆形截面为I0=W0d0/2。

上述公式也表明,m值与桩土在一定荷载条件下发生一定的水平位移有关,其取值受到桩体本身尺寸和桩周土体性质的影响。

以往对m值的研究主要局限在水平场地,在斜坡场地对m值进行取值时,为保证工程安全,实际工程中一般参照水平场地的取值方法并结合经验对m值进行折减,以得到一个合理结果。可见,场地的地形条件,特别是桩前坡度,对m值也有重要影响。

本文参考周在中等人选取的影响因素,并结合m值计算公式和工程实际经验,遵循“影响因素具有代表性,具备明确的物理意义;各影响因素之间应该尽量相互独立;在现实中容易获取和量化”的原则,选出以下6个因素作为碎石土斜坡场地桩基m值影响因素,即桩前地形坡度、桩长、桩截面特征、嵌岩深度、土体密度和桩身材料。

2 水平载荷现场试验

2.1 场地概况

选择在四川理县薛城一处碎石土覆盖岩质斜坡进行现场单桩水平静载试验。场地覆盖层为第四系崩坡堆积层碎块石土层,碎块石主要成分为千枚岩、板岩及石英砂岩,主要粒径2~30 mm,并有少量黏土充填;下伏基岩以泥盆系厚层石英砂岩为主,基岩相对完整,成层性好,节理裂隙不发育。

称取5 kg碎石土进行筛分试验,得到粒径级配曲线,见图1。试验得到不均匀系数Cu=13.8,曲率系数Cc=1.53,说明级配良好。

在现场模型桩周围开挖3个直径为80 cm,深度不同的试坑,通过灌水法测得碎石土密度。在现场取碎石土样,在成都理工大学用YS—30A型应力路径控制式大型三轴剪切试验机进行三轴剪切试验,测定碎石土抗剪强度。场地参数试验结果见表1。

2.2 试验方法

选择现场坡度为15°、30°、45°的场地进行桩顶自由的单桩水平静载试验。为测量桩顶泥面处水平位移,在桩顶两侧和桩前打膨胀螺钉,架设百分表,百分表量程为100 mm,精度0.01 mm。桩位成孔后,在桩身两侧对称埋设振弦式ZX—428CT钢筋计,长170 mm,直径28 mm,量程±200 MPa,用以监测桩身内力变化。钢筋计在桩长4 m以上部分净间距为0.55 m,4 m以下部分净间距0.75 m。同时采用SGS—32型号数据采集箱对桩身应力数据进行收集。

现场试验采用单向慢速维持加载法,根据规范,每级荷载为预估桩基极限荷载的1/10~1/15,即100~150 k N。每级荷载维持1.5~2 h,以每小时内桩顶位移变化量不超过0.1 mm为稳定判据。试验采用油压千斤顶在泥面位置进行水平力加载,加载点与百分表相互对称。千斤顶采用0.4级精密压力表加压,最大量程100 MPa,最长可伸出200 mm,精度0.5 MPa。现场试验反力装置由现场浇筑混凝土墩提供,其尺寸为高4 m、宽3 m、厚1 m,外露2 m。现场试验情况见图2。

2.3 试验工况

在15°、30°、45°的场地分别进行1#、2#、3#桩基水平载荷试验。为选择合适的覆盖层厚度以满足3#桩的嵌固条件,在1#、2#桩东南方向600 m附近场地进行3#试验。图3为2#所在位置斜坡剖面图。

在现场试验中各工况下,m值影响因素见表2。

2.4 现场试验结果

由于在桩前架设百分表,因此可以实时记录每级荷载下桩顶泥面处的水平位移。并通过绘制桩的荷载-桩顶位移梯度曲线(H-ΔY/ΔH曲线),确定桩的临界荷载及其对应位移。根据式(1)计算现场各单桩水平静载试验的m值,见表3。

由于场地条件与经济条件的限制,在该场地中无法进行水平场地和改变土体性质的试验,因此需要借助数值试验进行研究。

3 数值试验

3.1 试验概况

对于水平受荷桩这种小变形试验可采用FLAC3D软件,对现场试验进行模拟。为了满足桩土水平作用的半无限空间体假设,尽可能的减小边界效应,本次数值试验模型长100 m,宽40 m,桩底距模型底面高度为30 m。在数值试验中,模型参数与表2保持一致。在试验中采用摩尔-库伦模型对岩土体进行模拟,桩体采用弹性模型。考虑到桩实际受力时,桩侧摩阻力和桩端阻力变化不同,因此建模时桩侧和桩端桩土接触面采用不同ID号。底部边界设定水平和数值方向位移约束,侧向边界设定水平向位移约束,模型顶部为自由边界。

结合现场试验情况及表2,建立FLAC3D模型,以30°斜坡为例,见图4。

数值模拟中加载方式分级进行,采用逐级等量加载,加载级别与现场试验基本匹配。

3.2 现场试验与数值试验的对比

为检验所建模型的正确性,将数值试验结果与现场试验结果进行对比。现场试验时,在桩身两侧埋设钢筋计,可通过桩身两侧拉压应力变化求得桩身弯矩。图5、图6为30°斜坡场地数值试验与现场试验各级荷载下的弯矩图,从中可以看出二者弯矩均随荷载的增加逐渐变大,弯矩沿桩身呈抛物线变化,弯矩最大点均出现在桩身泥面位置以下3.5 m处。虽然数值试验结果较现场试验结果偏大,但是二者规律一致,拟合性较好。

图7为15°、45°斜坡场地中现场试验与数值试验桩顶位移随荷载变化曲线的对比图。从图7可见,现场试验与数值试验曲线走势基本一致。在较小荷载时,现场试验与数值试验有较好的吻合性,桩顶位移随水平荷载的增加呈非线性增加。在大荷载条件下,现场试验比数值试验的位移大,这是因为当荷载增加到一定程度时,现场试验中桩顶前端坡面碎石土体因受力产生较大的塑性变形进而破坏造成土石滚落,因而桩顶变形急剧增大;而数值试验采用的是有限元分析方法,难以真实反映桩周土体在较大荷载条件下产生土体剥落等大变形破坏现象,因而曲线没有突变点。但是从图上可知,现场试验与数值试验位移差异较大情况出现在大荷载情况下,此时荷载已远远超过与m值有关的临界荷载位置,因此这部分位移差异对m值影响不大。另外,从图可见,45°斜坡曲线比15°斜坡更陡,这是因为随坡度的增大,桩前土体减少,随荷载的增加,其土体稳定性降低较快,更容易产生较大变形。

根据荷载-位移曲线可以绘制荷载-位移梯度曲线,进而确定数值试验与现场试验的临界荷载及其对应位移,再依据式(1),可得现场试验与试验结果对比,见表4。

通过上述比较,可以看出数值试验与现场试验结果基本一致。

4 m值影响因素的灰色关联度分析

4.1 确定关联数列

灰色关联度法是实用的科学分析方法,可用以分析多种影响因素对某对象的影响程度[9]。上述研究表明,利用作者建立的数值模型可以近似模拟现场试验结果,可以用数值试验对现场试验进行补充,弥补现场试验在经济条件和场地条件的限制,分别改变上述影响因素,得到不同工况下的m值,试验结果见表5。

将桩前地形坡度、桩长、桩截面特性、嵌岩深度、土体密度、桩身材料六个因素组成比较序列yi;将计算得到的m值作为参考序列构成y0。为满足计算需要,桩截面特性由桩截面惯性矩表征;桩身材料由所对应混凝土类别的弹性模量表征。

因此,有y0={y1,y2,y3,y4,y5,y6}={桩前地形坡度,桩长,桩截面惯性矩,嵌岩深度,土体密度,桩身弹性模量},y0={m}

4.2 无量纲处理

无量纲处理方式有多种,但是考虑到上述影响因素与m值既存在正相关关系也存在负相关关系,因此本文采用“极差化”处理方式[10,11,12]。

因此,对正相关因子,即桩长,桩截面惯性矩,嵌岩深度,土体密度,桩身弹性模量采用如式(2)。

对负相关因子,即桩前地形坡度采用如式(3)。

式(3)中:i=0,2,3,…,6;k=1,2,…,n,n表示试桩个数;m,M分别指因素观测值yi的最小值和最大值。

4.3 求绝对差

根据绝对差公式,对已经进行无量纲处理的试验数据进行计算:

式(4)中:k=1,2,…,n;i,j=0,1,2…,6。

4.4 求关联系数

根据关联系数公式,进行计算:

式(5)中:ρ为分辨系数,它的取值范围为[0,1],一般取0.5;Δmin、Δmax为分别表示所有数列中最小差值和最大差值。

4.5 求灰色关联度

利用关联度公式:

将上述关联系数分别带入该式,可以得到比较序列yj相对于参考序列yi的关联度。

5 结果分析

按照上述计算步骤,将表5中的参数进行转化,最终得到各影响因素对m值的关联度,见表6。

根据表6各项可得,0.883>0.701>0.680>0.619>0.575>0.552,即对m值的影响按作用大小排序为:桩前坡度>土体密度>桩长>嵌岩深度>桩截面特性>桩身材料。

桩前坡度与m值的关联度明显大于其他几个影响因素,说明桩前坡度对于m值影响极大。这是因为在斜坡影响范围内,近地表部分的桩前土体临空条件良好,在水平荷载作用下,相较于水平场地,这部分岩土体经历的的弹性变形过程短,相对较快的进入塑性变形阶段,从而极大丧失土对桩的抗力作用,使m值明显减小。随坡度的增大,桩前土体的抗力作用减小,m值减小。这与目前斜坡桩基的部分研究成果相符合[13]。

我国现行规范提供的m值经验范围仅是适用于符合半无限空间体假设的水平场地。但是鉴于上述研究中,坡度条件对m值取值的影响巨大。因此,建议在计算高陡斜坡场地水平受荷桩时,应充分重视桩前坡度对m值的巨大作用,选取m值可适度折减,以符合实际情况。

在各影响因素对m值大小的排序中桩的截面特性与桩身材料排位相对靠后,说明桩截面特性与桩身材料对m值有一定作用,但是影响效果不如其他因素明显。另外,桩身截面惯性矩(I0)、桩身材料弹性模量(Ec)与桩的刚度(EI)密切联系,这表明桩的刚度对m值有影响,但是影响作用不明显。

虽然目前尚无研究指出碎石土斜坡场地m值影响因素的影响规律,但是上述试验成果与水平场地研究结果相互印证[5,6,7],说明上述研究成果的正确性。

6 结论

通过分析单桩水平静载现场试验以及数值试验,采用灰色关联度法分析m值各影响因素作用程度,可得以下结论:

(1)上述影响因素中,按对m值影响力大小排序为:桩前坡度>土体密度>桩长>嵌岩深度>桩截面特性>桩身材料。

(2)桩前坡度是m值最大的影响因子。但是我国现行规范中提出的m值范围主要针对符合半无限空间状态的水平场地,对斜坡场地m值缺乏笔墨。建议相关从业人员在面对斜坡桩基设计时,应充分重视斜坡坡度对m值的折减效果。

(3)在m值的影响因素中,桩截面特性和桩身材料对m值影响最小。这两个因素与桩的刚度联系密切,说明桩的刚度对m值有一定作用,但作用不明显。

地基土影响因素 篇9

土在压力作用下体积减小的特性称为土的压缩性。土的压缩一般分为三种情况[1]:1) 土粒本身和孔隙中水的压缩变形;2) 孔隙中空气的压缩变形;3) 孔隙中水和空气受压后一部分向外排出。由于空气的变形和土粒本身及水的变形一般忽略不计, 所以土的压缩性可看作是土的骨架受到有效应力的作用, 使颗粒重新排列以及土体中水和空气被挤出, 导致土中孔隙体积减小而产生的。

土的压缩性主要与土的组成、状态、结构等土的基本性质及受力条件 (应力水平、侧限条件等) 有关。与一般材料相比, 它具有更为显著的非线性 (模量随应力的大小而变化) 、弹塑性 (压缩变形中既有可恢复的弹性变形又有不可恢复的塑性变形) 和剪胀性 (剪应力引起体积变化) 等特点, 因此在不同的实验条件下取得的压缩性指标不尽相同。

土的含水率及干密度为土的基本物理指标中对土的压缩性能影响最主要的因素, 关于含水率与干密度对土的压缩性能的影响已有不少研究, 然而由于土的压缩性与土的结构之间的密切关系, 导致对于不同的土体研究结果差别很大。本文取山西吕梁某地压实填土进行了一系列的侧限压缩实验, 探讨了干密度与含水量等因素对黄土状粉土变形特性的影响。

1 试验研究

本试验所取材料为山西吕梁某地黄土状粉土, 其物理特性指标如表1所示。

1.1 取样描述

该取样场地原为山沟地形, 后取场地周围的黄土状粉土通过分层碾压法将地基压实, 填方高度约25 m～70 m。本试验通过钻孔取样方法, 分别在7个不同填方的位置取土样, 每米取一组试样, 取至20 m深 (即每孔20个土样) , 共取样140组。然后在室内对土样各物理性质指标进行了测定, 并借助固结仪进行了压缩试验。

1.2 试验方法

在试样的上下两面放置湿滤纸和透水石并置入压缩试验仪器内;在试样周围包以湿抹布防止试样水分蒸发;每组试验取垂直压力分别为50 kPa, 100 kPa, 200 kPa, 400 kPa, 在试样上施加规定的垂直压力后, 当试样每小时变形小于0.005 mm时认为变形稳定, 测记稳定后读数, 然后再施加下一级荷载, 直至试验结束[2]。

1.3 数据处理方法

由于试验研究的是压缩系数与压实含水率和干密度之间的关系, 而所取土的天然含水率和干密度离散性较大, 故根据平行试验允许误差[3] (对天然含水率, 当含水率为5%～20%时平行试验允许误差为1.0%;对干密度, 平行试验允许误差为0.03 g/cm3) 的规定, 将数据结果进行分类, 并认为在误差允许范围之内该参数的微小变化不会对压缩系数产生影响。

1.4 试验结果

根据试验所得结果, 先由式 (1) 计算出土样在各级压力下固结完成后的孔隙比, 再由式 (2) 可得到不同压力区间内的压缩系数。为了便于比较, 本文采用压力段由P1=0.1 MPa增加到P2=0.2 MPa时的压缩系数a1-2来评定土的压缩性。

其中, e0=GS (1+ω0) (ρw/ρ0) -1, GS, ω0, ρ0, ρw分别为土粒比重, 初始含水率, 初始密度和水的密度;a为土的压缩系数, P1, P2分别为对应不同的垂直压力, e1, e2分别为相应于P1, P2作用下压缩稳定后的孔隙比。

2 试验结果分析

2.1 压缩系数与干密度的关系研究

图1绘制了不同含水率区间内压缩系数a1-2随干密度变化的趋势线。从图1可以看出压缩系数随着干密度的增加单调减小, 也就是说, 增加土的压实效果可以减小土体的变形;冯海宁等[4]对粉煤灰进行类似试验也得到了同样的结论。从总体来看, 除含水率为14.0%～14.9%的趋势线外, 其他三条趋势线斜率无明显变化, 这说明无论土的湿度大小, 干密度的增加对土体抗压缩的贡献是相同的, 这与宋晓晨[5]的研究结果是一致的;此外随着含水率的增大, 压缩系数趋势线向下移动, 这说明含水率越大, 土的压缩性越大。

2.2 压缩系数与含水率的关系研究

图2绘制了不同干密度区间内压缩系数a1-2随含水率变化的趋势线。从图2可以看出压缩系数随含水率的增大是单调增加的, 即减小含水率可以增加填土的抗压缩性;从图2还可以看出随着干密度的增加, 压缩系数变化趋势线下移, 这进一步证明了图1所示压缩系数随干密度增加而减小的结论。

含水量的增加对于土体的抗变形性能是不利的, 使得土体在相同的荷载条件下变形增大, 这对于所有土方工程而言都是要引起特别注意的。做好压实土体竣工后使用期间内的含水量控制工作, 根据土体实际含水量的变化情况预先进行土体安全评价, 对实际工程而言是十分有意义的。

3 结语

本文通过研究压实含水率和干密度对压缩系数a1-2的影响, 得出以下结论:

1) 天然含水率和天然干密度均对土的压缩变形产生影响:干密度不变时, 随着含水率的增加, 压缩系数增大;含水率不变时, 随着干密度的增大, 压缩系数减小。2) 在不同的含水率下增加土的压实度 (即干密度) , 对压缩变形变化的影响是相同的, 因此在实际工程中对不同含水率的土体可通过增加相同的干密度来提高相同的抗变形能力。

参考文献

[1]康爱华, 张盛宇.土的压缩 (固结) 实验的对比研究[J].天津建设科技, 2006 (sup) :177-178.

[2]SL 237-1999, 土工实验规程[S].

[3]铁道部第一勘测设计院.工程地质试验手册[M].北京:中国铁道出版社, 2000.

[4]冯海宁, 杨有海, 龚晓南.粉煤灰工程特性的实验研究[J].岩土力学, 2002, 23 (5) :579-582.

[5]宋晓晨.大连机场升降带回填土力学特性实验研究[J].大连理工大学学报, 2002 (2) :10-12.

地基土影响因素 篇10

随着城市建设和铁路运输的飞速发展,原有的PC混凝土管桩已经不能满足当下建筑需求,PC具有耐久性差、抗剪强度低,在实际工程中应用量也逐渐减少。从而替代传统PC的新型管桩成为现今使用量最广的管桩———PHC(预应力高强混凝土管桩)。PHC所采用的混凝土材料强度最低为C80,所采用的钢绞线屈服强度可达1 275 MPa,拉伸强度可达1 422 MPa,钢绞线与高强离心喷射混凝土具有高度的握裹力。PHC中的钢绞线采用的是低碳钢,其具有良好的点焊性。生产时可采用PC钢棒编笼,采用自动混焊工艺和生产设备自动生产管桩。PHC具有良好的镦锻性,施工时可在其端头进行镦头和滚丝,锚固极其方便。采用PC钢棒时,钢棒成品是呈卷起状态,而当松卷后则可自动伸直,无需再人工校直,因此钢棒成品是传统螺纹钢和其他建筑钢材的替代品。PHC管桩在正常受力时,主要承载的部位为桩端承载和摩擦承载,PHC的承载能力远高于人工挖孔桩和钻孔灌入桩等,其施工成本也仅为钢桩的1/3~2/3。

PHC在受力时,受外界荷载影响较大,如桩顶荷载、桩径、桩长和桩土的接触面参数等、管桩的弹性模量和所接触土的弹性模量等。本文对各种影响因素的相互作用进行研究,结合相关工程实例,并使用FLAC3D三维有限差分(并非有限元)计算软件对其影响因素进行模拟分析。

1 工程案例

某火车站地下公共车库,地下共1层,结构主体采用混凝土框架结构。所建工程的地质地貌属于黄土地区,并且所建工程的场地平坦。该建筑基础在设计时即采用PHC管桩,桩径和桩长为φ600 mm×10 m。进行模拟时为简化计算模型,根据相关地勘资料,将地基土体有效分为3层,土体分别为黄土层、古黄土层和粉质粘土层,土层及PHC管桩的具体参数如表1所示。

为方便分析,在模拟时定义以下假定:1)PHC管桩模型采用弹性模型假定,土体模型采用摩尔库仑模型假定,桩—土界面采用无厚度接触面和库仑剪切本构模型;2)模拟加载时采用桩顶静载方式加载,初始荷载定位100 k N,加荷时每级荷载也为100 k N,加载至桩端产生刺入破坏,加载时考虑自重初始地应力场;3)模拟时假定桩端底部存在500 mm厚的封底混凝土层,避免发生土塞;4)为使模拟计算结果更接近实际情况,在模拟时根据圣维南原理径向土体的宽度大于15倍桩径,且径向土体的宽度超过桩长,土体深度方向自桩端底部向下超过10倍桩径的高度。模拟时为缩短软件计算时间,以位移变化超过桩轴线1/2位置作为失效进行计算。

2 模拟试验方案和计算结果分析

在对桩和土之间的相互影响模拟分析时,其接触面参数是影响其相互作用的主要因素,因此在建立模型时,桩尺寸设计值600 mm×10 m,接触面参数和摩擦角选取桩相邻土层的接触面参数和摩擦角的0.5倍,0.6倍,1倍和10倍,其他参数为默认数值,通过以上参数的变化对桩和土之间的相互作用进行分析。

2.1 模拟计算结果

1)初始地应力场和桩土自重作用。图1为不同接触面参数下的Z方向的初始地应力云图和最大不平衡力收敛图。从应力云图中可知,初始地应力云图变化基本均衡,应力均呈层状有规律的逐渐增加,且在同一深度范围内应力基本相同;最大不平衡力收敛图走势也基本相同,从而可知,模型建立有效,可进行下一步模拟计算研究。

2)不同荷载作用下桩土沉降云图。接触面参数和施加荷载分别为(0.5C,0.5φ,600 k N),(0.6C,0.6φ,700 k N),(1C,1φ,1 100 k N)和(10C,10φ,2 800 k N)作用下的桩土沉降云图和桩身沉降位移如图2所示。从图2中可知,在竖向荷载作用下,桩基附近土体呈以桩体为中心的沉降盆,桩体附近土体沉降量最大,随着距离桩体越远,其土体沉降值也越来越小。产生这种现象的原因是由于当桩顶荷载足够大时,桩体附近土体与其他土体产生了剪切破坏,导致桩体和土体之间产生滑移;距离桩端越近的土体较距离较远的土体发生的剪切变形也逐渐增大,位于桩端处的土体剪切变形量也为最大,模拟所用网格线扭曲变形也最为严重,产生这种现象的原因是由于桩体与土相互作用时,其土体的沉降主要发生在桩端处,桩顶荷载由桩体通过侧向土体和桩端底部土体承担,从而间接证明PHC管桩是一种摩擦型端承桩。

3)计算结果。将不同接触面参数下施加各级荷载后,桩顶和桩端沉降量分别进行汇总,得到不同接触面参数与桩顶沉降量和桩端沉降量的关系,分别如图3和图4所示。

当桩顶荷载为500 k N时,为更清楚的得到接触面参数在500 k N荷载作用下与桩顶沉降量之间的关系,采用对数的方式进行拟合,得到S—lg C(φ)曲线关系图,如图5所示。桩身轴应力与桩体深度变化关系如图6所示,桩侧阻力与桩体深度变化关系如图7所示,桩顶荷载与桩端阻力变化关系如图8所示。

2.2 计算结果分析

1)从图3中可知,接触面参数对桩顶沉降量影响较小。产生这种现象的原因是由于在不同荷载作用下,桩顶沉降量主要是由于桩体被压缩变形而产生,桩侧阻力对其桩顶沉降量影响较小。

2)从图4中可知,接触面参数对桩端沉降量有轻微影响。产生这种现象的原因是由于在不同荷载作用下,桩端沉降量主要是由于在荷载作用下,桩端刺入土体而产生土体压缩变形,接触面参数增大时其摩阻力也同时增大,从而可分担一部分桩端荷载,从而可减小桩端沉降量。

3)从图5中可得,其他条件不变下,随着桩土接触面参数的逐渐增加,桩顶位移逐渐减小,但接触面参数分别为10C,10φ和0.5C和0.5φ时,其桩顶沉降量仅相差0.1 mm,因此直接证明桩土接触面参数对桩顶沉降量影响较小。

4)从图6中可得,当桩土接触面参数不同时对桩端和桩顶沉降量影响较小,产生这种现象是由于在管桩传递荷载时,主要是以桩端承载力为主,桩侧阻力对其位移变化影响较小。

5)从图7中可得,当桩土接触面参数不同时,均表现为在桩端和桩顶侧面阻力较大,其桩部中侧所承担摩阻力较小。但在桩中部范围内,桩土接触面参数不同时,侧向摩阻力呈反方向增加或减少,这说明在桩体埋深小于4 m时,桩侧阻力随着桩土接触面参数的增大而增大;当桩体埋深大于4 m时,桩侧阻力随着桩土接触面的增大而减小;而当桩体埋深为4 m时,桩土接触面参数的变化对桩侧阻力无影响。出现这种现象的原因是由于当桩土接触面参数较大时随着桩体埋深的增加,由于上部荷载的作用,上部桩体的压缩变形应力与桩侧土体的摩擦力相抵,而下部桩体所承担的竖向承载力则较小,因此4 m以下位置的桩侧摩阻力较小;当桩土接触面参数较小时随着桩体埋深的增加,由于上部荷载的作用,上部桩体的压缩变形应力大于桩土接触面参数时所产生的摩阻力,而桩体下部承担的竖向承载力较大,当桩体埋深大于4 m时,压缩应力才能与桩侧摩阻力相抵,从而导致桩体下部桩侧摩阻力较大。

6)从图8中可得,桩土接触面参数越大桩端阻力越小,这说明桩体在承受上部荷载时,随着桩土接触面参数的增大其侧向摩阻力也越大,可承担的竖向荷载也越大。因此在生产管桩时,可提高模具的粗糙度,从而提高管桩的侧向摩阻力,降低桩端阻力,从而可直接提高单桩承载力。

3 结语

从上文分析可得,桩土接触面参数越大时轻微降低桩顶沉降量,可提高桩体侧向摩阻力,减小桩端阻力。随着桩体埋深的增加,侧向摩阻力均随着桩土接触面参数的增加呈先增加后降低再增加的趋势。因此在制作管桩时,可增加模具的粗糙度从而可直接提高单桩承载力。

参考文献

[1]刘阳,任青,张良.水平循环荷载作用下单桩桩顶位移变化模型试验研究[J].水资源与水工程学报,2016(3):200-204.

[2]李振亚,王奎华,吕述晖,等.考虑桩侧土体非线性的静荷载作用下的单桩沉降时间效应研究[J].岩石力学与工程学报,2015(5):1022-1030.

[3]赵明华,陈耀浩,杨超炜.考虑土拱作用抗滑桩合理桩间距确定方法研究[J].岩土工程学报,2015(S2):16-21.

[4]肖宏,冯雁,龚小平.桩板结构桩—板—土相互作用模型试验研究[J].岩土力学,2013(S2):81-87.

地基土影响因素 篇11

关键词：民用建筑；地基土；施工技术

地基土对建筑物整体质量影响非常，对不良的地基土一定要进行相应的改造及科学的加固处理。保障建筑质量及人身财产安全。对此，我们可以运用置换法、压实与夯实法、预压法、挤密法及搅和法等对不良地基土进行合理改造。

1置换法

1．1换填法。就是将表层不良地基土挖除，然后回填有较好压密特性的土进行压实或夯实，形成良好的持力层。从而改变地基的承载力特性，提高抗变形和稳定能力。施工要点：将要转换的土层挖尽、注意坑边稳定；保证填料的质量；填料应分层夯实。

1．2振冲置换法。利用专门的振冲机具，在高压水射流下边振边冲，在地基中成孔，再在孔中分批填入碎石或卵石等粗粒料形成桩体。该桩体与原地基土组成复合地基，达到提高地基承载力减小压缩性的目的。施工注意事项：碎石桩的承载力和沉降量很大程度取决于原地基士对其的侧向约束作用，该约束作用越弱，碎石桩的作用效果越差，因而该方法用于强度很低的软粘土地基时必须慎重行事。

1．3夯(挤)置换法。利用沉管或夯锤的办法将管(锤)置人土中，使土体向侧边挤开，并在管内(或夯坑)放人碎石或砂等填料。该桩体与原地基土组成复合地基，由于挤、夯使土体侧向挤压，地面隆起，土体超静孔隙水压力提高，当超静孔隙水压力消散后土体强度也有相应的提高。施工注意事项：当填料为透水性好的砂及碎石料时。是良好的竖向排水通道。

2压实与夯实法

2．1表层压实法。采用人工夯，低能夯实机械、碾压或振动碾压机械对比较疏松的表层土进行压实。也可对分层填筑土进行压实。当表层土含水量较高时或填筑土层含水量较高时可分层铺垫石灰、水泥进行压实，使土体得到加固。

2．2重锤夯实法。重锤夯实就是利用重锤自由下落所产生的较大夯击能来夯实浅层地基，使其表面形成一层较为均匀的硬壳层，获得一定厚度的持力层。施工要点：施工前应试夯，确定有关技术参数，如夯锤的重量、底面直径及落距、最后下沉量及相应的夯击遍数和总下沉量；夯实前槽、坑底面的标高应高出设计标高；夯实时地基土的含水量应控制在最优含水量范围内；大面积夯时应按顺序；基底标高不同时应先深后浅。

2．3强夯。强夯是强力夯实的简称。将很重的锤从高处自由下落，对地基施加很高的冲击能，反复多次夯击地面，地基土中的颗粒结构发生调整，土体变为密实，从而能较大限度提高地基强度和降低压缩性。其施工工艺流程：(1)平整场地；(2)铺级配碎石垫层；(3)强夯置换设置碎石墩；(4)平整并填级配碎石垫层；(5)满夯一遍；(6)找平，并铺土工布。

3预压法

3．1堆载预压法。在建造建筑物之前。用临时堆载(砂石料、土料、其他建筑材料、货物等)的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期。使地基预先压缩完成大部分沉降并使地基承载力得到提高后，卸除荷载再建造建筑物。施工工艺与要点：(1)预压荷载一般宜取等于或大于设计荷载；(2)大面积堆载可采用自卸汽车与推土机联合作业，对超软土地基的第一级堆载用轻型机械或人工作业；(3)堆载的顶面宽度应小于建筑物的底面宽度，底面应适当放大；(4)作用于地基上的荷载不得超过地基的极限荷载。

3．2真空预压法。在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。

3．3降水法。降低地下水位可减少地基的孔隙水压力增加上覆土自重应力，使有效应力增加，从而使地基得到预压。这实际上是通过降低地下水位，靠地基土自重来实现预压目的。施工要点：一般采用轻型井点、喷射井点或深井井点；当土层为饱和粘土、粉土、淤泥和淤泥质粘性土时，此时宜辅以电极相结合。

3．4电渗法。在地基中插入金属电极并通以直流电，在直流电场作用下，土中水将从阳极流向阴极形成电渗。不让水在阳极补充而从阴极的井点用真空抽水，这样就使地下水位降低，土中含水量减少。从而地基得到固结压密，强度提高。电渗法还可以配合堆载预压用于加速饱和粘性土地基的固结。

4挤密法

4．1振冲密实法。利用专门的振冲器械产生的重复水平振动和侧向挤压作用使土体的结构逐步破坏，孔隙水压力迅速增大。由于结构破坏，土粒有可能向低势能位置转移，这样土体由松变密。施工工艺：(1)平整施工场地，布置樁位；(2)施工车就位，振冲器对准桩位；(3)启动振冲器，使之徐徐沉人土层，直至加固深度以上30～50cm，记录振冲器经过各深度的电流值和时间，提升振冲器至孔口。再重复以上步骤1～2次，使孔内泥浆变稀；(4)向孔内倒人一批填料，将振冲器沉人填料中进行振实并扩大桩径。重复这一步骤直至该深度电流达到规定的密实电流为止，并记录填料量；(5)将振冲器提出孔口，继续施工上节桩段，一直完成整个桩体振动施工，再将振冲器及机具移至另一桩位；(6)在制桩过程中，各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等三方面的要求，基本参数应通过现场制桩试验确定。

4．2沉管砂石桩(碎石桩、灰土桩、OG桩、低标号桩等)。利用沉管制桩机械在地基中锤击、振动沉管成孔或静压沉管成孔后，在管内投料，边投料边上提(振动)沉管形成密实桩体，与原地基组成复合地基。

4．3夯击碎石桩(块石墩)。利用重锤夯击或者强夯方法将碎石(块石)夯人地基，在夯坑里逐步填人碎石(块石)反复夯击以形成碎石桩或块石墩。

5拌和法

5．1高压喷射注浆法(高压旋喷法)。以高压力使水泥浆液通过管路从喷射孔喷出，直接切割破坏土体的同时与土拌和并起部分置换作用。凝固后成为拌和桩(柱)体，这种桩(柱)体与地基一起形成复合地基。也可以用这种方法形成挡土结构或防渗结构。

5．2深层搅拌法。深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土。它利用水泥浆体、水泥(或石灰粉体)作为主固化剂，应用特制的深层搅拌机械将固化剂送人地基土中与土强制搅拌，形成水泥(石灰)土的桩(柱)体，与原地基组成复合地基。水泥土桩(柱)的物理力学性质取决于固化剂与土之间所产生的一系列物理一化学反应。固化剂的掺人量及搅拌均匀性和土的性质是影响水泥土桩(柱)性质以至复合地基强度和压缩性的主要因素。施工工艺：(1)定位；(2)浆液配制；(3)送浆；(4)钻进喷浆搅拌；(5)提升搅拌喷浆；(6)重复钻进喷浆搅拌；(7)重复提升搅拌；(8)当搅拌轴钻进、提升速度为0．65～1．0m/min时，应重复搅拌一次；(9)成桩完毕，清理搅拌叶片上包裹的土块及喷浆口，桩机移至另一桩位施工。

参考文献：

[1]吴捷梧．公路软土地基的处理方法[J]．中国新技术新产品，2010(11)． [2]谢海林，徐长林．不良地基土的处理与加固的方法及施工工艺[J]．价值工程，2010(9)．

地基土影响因素 篇12

关键词：粗颗粒土,干密度,细料含量,孔隙比,不均匀系数,渗透系数,渗透规律

0 引言

粗颗粒土是按工程分类标准定名的一类土, 不同的国家和部门, 其划分标准不同, 并存在一定的差异。法国道路规范把60mm>d>0.01mm, 质量比大于50%的土成为粗粒土;美国公路工作者协会把76.2mm>d>0.075mm, 质量比大于50%的土称为粗粒土, 美国工程师兵团、垦务局、材料试验学会把d>0.075mm, 质量比大于50%的土称为粗粒土[1]。我国国家标准、水利部行业标准把60mm>d>0.075mm, 含量大于50%的土划分为粗粒土, 且细分为粗粒类土、砾类土和砂土[2]。在粗颗粒土工程特性研究中, 我国习惯用固定粒径5mm (P5) 作为粗颗粒土的粗、细料的分界, 把d>5mm的颗粒称为粗料, 把d<5mm的颗粒称为细料。

粗颗粒土具有压实性好、填筑密度大, 承载力高、抗剪强度大、沉陷变形小等诸多优良工程特性, 已在建筑土石坝、高速公路路基、人工筑岛、建筑物地基以及处理一些沿海沿湖建筑物软弱地基的垫层等工程建设中广泛使用, 特别是水利水电工程。随着水利水电工程设计能力、施工技术和材料试验水平的提高, 对大坝筑坝材料的限制有较多的突破和放宽, 粗颗粒土已经称为土石坝的主要建筑材料, 一般可占坝体工程量的70%~90%。但粗颗粒土也存在一些缺点, 比如颗粒均匀性差、抗渗性能低, 在水流长期作用下, 容易发生管涌、流土破坏。实际工程中, 国内外由渗流引起的工程事故也非常多。如1973年7月9日, 河北娄子山水库输水洞渗流漏水, 库水位抬高后, 造成溃坝[3]。1961年7月, 印度的潘谢特 (Panshet) 大坝在其一期工程接近竣工时失事, 管涌破坏被认为是失事的主要原因之一[4]。1976年6月5日, 美国的提堂大坝在初次蓄水时由于靠近坝肩的心墙料发生管涌破坏而溃坝。因此, 对筑坝粗颗粒土材料的渗透特性研究非常重要。

决定粗颗粒土渗透特性的因素有很多, 除了渗流介质、温度、仪器、测试方法、粒径特性之外, 细料含量和细料性质是主要的内在因素[5]。本文通过对粗颗粒土进行室内渗透试验, 研究分析粗颗粒土的干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu对渗透系数K20 (标准温度下的渗透系数) 影响以及干密度ρd、细料含量P5、孔隙比e和不均匀系数Cu与渗透系数K20之间的关系式。

1 试验装置、试验方法和试验内容

1.1 试验装置

本次粗颗粒土垂直渗透仪采用的是试验室自制的垂直渗透变形仪, 它由试样金属筒 (内径50cm×高度25.5cm) 、上下两块透水金属板 (直径50cm×厚度1.5cm×孔径1.2cm) 、测压管 (试样筒两侧对称安装了上、中、下6根, 上中、中下测压管间距为10cm) 出水口 (与底部透水板之间的距离为25.5cm) 试样筒支架 (水平和垂直) 、供水装置等组成。供水装置包括供水管、溢水管、水桶、输水管、绞车。具体试验装置如图1。

1.2 试验方法

采用常水头渗透的试验方法, 采用低水头饱和法, 饱和时间均不低于24h。加第一级水头时, 初始坡降可为0.02~0.03;然后一般按0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7、1.0、1.5、2.0…等坡降递增。在接近临界坡降时, 渗透坡降递增值应酌量减小。如果各级连续3次测得的水位及渗水量基本稳定, 又无异常现象, 即可提升至下一级水头。当水头不再继续增加或试样破坏时, 试验即可结束。本次试验依据达西渗流定理V=KJ[6]来计算粗颗粒土料的渗透系数, 并将试验水温下所测得的渗透系数KT换算到标准温度下的渗透系数K20。

1.3 试验内容

1—试样金属筒;2—透水金属板;3—测压管;4—试样金属筒固定顶箍;5—试样金属筒固定底箍;6—试样;7—支架;8—排水阀 (排气孔) ;9—排水孔;10—铰车;11—溢水管;12—水桶;13—滑轮;14—供水管;15—球阀;16—供水管.

取某水电站筑坝粗颗粒土料人工进行配料成12个试样对粗颗粒土渗透特性进行研究, 本次试验严格按照中华人民共和国土工试验标准《土工试验规程》 (SL237-1999) 进行试验, 并对试验数据进行多角度的分析。试样土样的颗粒粒径在0.0~60mm, 试样编号为1-1~4-4, 试验级配数据和试验级配曲线见表1和图2, 试样室内含水率为2.1%、干容重为25.89k N/m3。各试样制样干密度ρd、孔隙比e、细料含量P5、特征粒径、不均匀系数Cu和渗透系数K20见表1。

(1) 控制试样细料含量P5和不均匀系数Cu, 改变试样干密度ρd和孔隙比e, 探究分析干密度和孔隙比对试样的渗透系数K20的影响, 并建立干密度与渗透系数之间的关系式、孔隙比与渗透系数之间的关系式。

(2) 控制试样干密度ρd和孔隙比e, 改变细料含量P5和不均匀系数Cu, 探究分析细料含量和不均匀系数对试样的渗透系数K20的影响, 并建立细料含量与渗透系数之间的关系式、不均匀系数与渗透系数之间的关系式。

2 试验结果及分析

2.1 控制试样细料含量P5和不均匀系数Cu, 改变制样干密度ρd和孔隙比e, 探究分析干密度和孔隙比对试样渗透系数K20的影响, 建立干密度与渗透系数之间的关系式、孔隙比与渗透系数之间的关系式。

图3、图4分别为试样在不同细料含量P5和不均匀系数Cu条件下, 试样干密度与渗透系数K20的关系曲线图和试样孔隙比与渗透系数K20的关系曲线图。从图3、图4中可以看出, 在细料含量P5和不均匀系数Cu相同的情况下, 随着干密度ρd的增大, 渗透系数K20减小;随着孔隙e增大, 渗透系数K20增大。同时也可看出, 当细料含量P5<30%时, 随着试样干密度增大、孔隙比e减小, 渗透系数K20减小幅度较大。当细料含量P5芏30%时, 随着试样干密度增大、孔隙比e减小, 渗透系数K20减小幅度较小。

同时可以得到试样的干密度和渗透系数K20的线性相关公式:P5=10%y=-693.1x+1788.10, 相关系数为0.874;P5=20%y=-194.6x+504.70, 相关系数为0.968;P5=30%y=-19.48x+50.25, 相关系数为0.940;P5=40%y=-48.91x+108.5, 相关系数为0.974。可以得到试样的孔隙比和渗透系数K20的线性相关公式:P5=10%y=1181.1x+28.86, 相关系数为0.880;P5=20%y=331.2x+10.84, 相关系数为0.971;P5=30%y=33.18x-0.805, 相关系数为0.944;P5=40%y=83.23x-15.51, 相关系数为0.977。因此, 可见此次试验所用试样的干密度ρd、孔隙比e均和渗透系数K20存在一定的线性关系。

2.2 控制试样制样干密度ρd和孔隙比e, 改变试样细料含量P5和不均匀系数Cu, 探究分析细料含量和不均匀系数对试样渗透系数K20的影响, 建立细料含量与渗透系数之间的关系式、不均匀系数与渗透系数之间的关系式。

图5、图6分别为试样在制样干密度ρd和孔隙比e相同条件下, 试样细料含量P5与渗透系数的关系曲线图和试样不均匀系数Cu与渗透系数的关系曲线图。从图5中可以看出, 在制样干密度ρd和孔隙比e相同的情况下, 随着细料含量P5的增大, 渗透系数K20越小。而且, 当细料含量P5<30%时, 试样随着细料含量P5的增大, 渗透系数K20减小幅度较大。当细料含量P5芏30%时, 试样随着细料含量P5的增大, 粗料之间的孔隙全部被细料填充, 甚至有部分粗料颗粒被细料撑开, 这时细料颗粒也参与骨架作用, 大小颗粒相互紧密接触, 渗透系数K20减小幅度较小。从图6中可以看出, 在制样干密度ρd和孔隙比e相同的情况下, 随着不均匀系数Cu的增大, 渗透系数K20越小。

同时通过图7、图8可以得到试样的细料含量P5和渗透系数K20的指数相关公式:y=1439.e-0.15x, 相关系数为0.948;试样的不均匀系数Cu和渗透系数K20的幂函数相关公式:y=40383x-2.89, 相关系数为0.959;可见本次试验所用的试样的细料含量P5和渗透系数K20存在一定的指数关系, 不均匀系数Cu和渗透系数K20存在一定的幂函数关系。

3 结论

通过本次试验结果整理, 得到以下结论:

(1) 在细料含量P5和不均匀系数Cu一定的情况下:随着干密度ρd的增大, 渗透系数K20越小;随着孔隙比e的增大, 渗透系数K20越大。而且, 当细料含量P5<30%时, 随着试样干密度增大、孔隙比e减小, 渗透系数K20减小幅度较大。当细料含量P5芏30%时, 随着试样干密度增大、孔隙比e减小, 渗透系数K20减小幅度较小。

(2) 在制样干密度ρd和孔隙比e一定的情况下:随着细料含量P5的增大, 渗透系数K20越小;随着不均匀系数Cu的增大, 渗透系数K20越小。而且, 当细料含量P5<30%时, 试样随着细料含量P5的增大, 渗透系数K20减小幅度较大;当细料含量P5芏30%时, 试样随着细料含量P5的增大, 渗透系数K20减小幅度较小。

(3) 本次所用的试样干密度ρd、孔隙比e与渗透系数K20存在一定的线性关系, 细料含量P5和渗透系数K20存在一定的指数关系, 不均匀系数Cu和渗透系数K20存在一定的幂函数关系。

参考文献

[1]郭庆国.粗粒土工程特性及应用[M].郑州:黄河水利出版社, 1999:6-10.

[2]南京水利科学研究院.SL237-1999土工试验规程[S].北京:中国水利水电出版社, 1999:2-6.

[3]李广信, 周晓杰.土的渗透破坏及其工程问题[J].工程堪察, 2004, 5:10-13.

[4]Singh, B., and Varshney, R.S.Engineering for Embankment Dams[M].Balkema, Brookfield, USA, 1995.

[5]郭庆国.关于粗颗粒土工程特性及分类的探讨[J].水利水电技术, 1976, 6:53-57.