不均匀土壤

2024-07-12

不均匀土壤（精选7篇）

不均匀土壤篇1

1 引言

在人口稠密的大城市,电力通常通过电缆集群来传输。电力电缆运行时,缆芯、绝缘层和护套等部分会因损耗而产生热量,使电缆的各部分温度升高。绝缘材料的性能规定了允许的最高长期运行温度,其值决定了电缆的载流量。对于交联聚乙烯绝缘电缆,其载流量是在所有电缆电流相等的前提下,电缆群中温度最高的电缆线芯达到90℃时的电流值[1]。电缆集群敷设时,各回路电流相等的前提下,电缆集群中部电缆缆芯达到90℃时,电缆集群边缘的缆芯温度远低于90℃,没有充分挖掘出电缆的输送能力[2]。文献[3]以IEC公式法为基础,以上海地区普遍采用3×7孔敷设的平行直埋方式为例,采用障碍函数法,使边缘区域电缆流过较大电流,中间区域流过较小电流,给定均匀土壤中每一回路的最大可运行电流,提高电缆缆芯平均运行温度,从而提高电缆集群的总体输送能力。本文采用有限差分数值计算技术和人工鱼群优化算法,研究了不均匀土壤中电缆集群的优化运行问题。

2 优化运行的数学模型

2.1 计算载流量的数学模型和边界条件

电缆载流量的计算方法分为IEC公式法、有限差分法[4]和有限元法[5]等数值计算方法。IEC公式法计算简便,适合导热系数均匀的土壤。对于有回填土等情况时,采用一定的修正系数进行修正,但其计算精度与回填土热阻系数大小和回路数多少有较大关系[6]。数值计算方法编程复杂,可以处理任何复杂工况。采用有限差分法计算电缆温度场时,确定导热的边界条件非常关键。若根据电缆的物理形状单纯采用极坐标计算,土壤区域的外边界无法确定。若只采用直角坐标计算,电缆区域比较难处理。故本文采用直角坐标网格与极坐标网格组合的方法对电缆埋设区域的温度场进行数值计算。

由于电缆的轴向长度远远大于其径向长度,在长度方向温度基本没有变化,因此可将模型由三维问题简化为二维问题。无热源的直角坐标导热方程和有热源的极坐标导热方程分别为[7]:

式中,λ为导热系数,T为温度值,r为极坐标的半径,s为内热源。

计算传热学问题的边界条件可归纳为三类:第一类为边界温度已知,即为恒温边界;第二类为已知边界法向热流密度;第三类为已知界面上的对流换热系数以及流体温度。温度仅在电缆附近变化较快,远离电缆区域的土壤温度与深层土壤温度相同。计算中下边界和左右边界为第一类边界,电缆与周围土壤以及回填土和原土之间的边界均为第二类边界,地表空气层和地面土壤为第三类边界。本文计算程序的正确性见文献[4]。

2.2 优化的数学模型

本文是以电缆的回路电流[Ii]和相对应的运行温度[θj]为变量,优化的目标函数为电缆集群输送电流之和最大,不等式约束函数为每根电缆的运行温度均小于其最高额定温度90℃。该问题的表达式为:

式中,Ii和θj是第i回路电缆的电流和第j根电缆对应的缆芯运行温度;N为电缆集群的回路数;n为电缆根数。

3 基于人工鱼群算法的电缆集群优化问题的求解

3.1 人工鱼群优化算法简介

在一片水域中,鱼往往能自行或尾随其它鱼找到营养物质多的地方,因而鱼生存数目最多的地方一般就是本水域中营养物质最多的地方。人工鱼群算法[8]就是根据这一特点,通过构造人工鱼来模仿鱼群的觅食、聚群及追尾行为,从而实现优化问题的求解。

3.2 约束条件的处理

对于有不等式约束条件最优化问题的处理,通常选用罚函数法处理不等式约束条件,将有约束问题变为无约束问题来求解[9]。对于原优化问题的抽象数学模型:

将不等式约束的越界量以惩罚项的形式附加在原来的目标函数f(x)上,构造出人工鱼群算法的适应度函数(即惩罚函数):F(x,c)

式中,f(x)为原目标函数;ck为惩罚系数,其数值随着迭代次数的增加而减小;G(xj)为惩罚项。

4 计算结果分析

本文针对国内某YJLW03 64/110kV单芯交联聚乙烯电力电缆,开展了不同回填土时电缆集群优化运行问题的研究。计算条件为:线芯截面积为630mm2,土壤环境温度20℃,空气温度25℃,母土热阻系数ρe取1.0K·m/W。交联聚乙烯电缆的结构参数见表1。7回路单芯交联聚乙烯电缆敷设条件见图1。图1中给定的长度单位为mm。图1中A、B、C表示每回路中A、B、C三相,字母A、B、C的下标代表回路数。

4.1 均匀土壤中的优化运行电流和缆芯温度

表2给出了均匀土壤中7回路电缆集群的载流量、优化运行电流和缆芯温度(5-7回路与相应3-1回路的缆芯温度和优化运行电流相同)。由表2可见,电缆集群在载流量446A电流运行下,缆芯最大温度差为17℃,平均温度为83℃。而在平均优化运行电流473A下运行时,缆芯最大温度差减小到3℃,平均温度增加到89℃。缆芯温度与90℃之间的差值,表明该电缆可增加电流的余度,缆芯平均温度越接近90℃,电缆群总体送电能力越强。电缆群优化运行时,在电缆群中靠近外侧的电缆回路,散热条件较好,通过较大的电流,而在电缆群的中部,散热条件较差,通过较小的电流。优化运行策略提高7回路电缆集群输送能力6.0%。

4.2 带回填土电缆集群的优化运行电流和缆芯温度

表3给出了回填土热阻系数ρ分别为母土热阻系数的1/3和母土热阻系数的3倍时,7回路电缆集群的载流量、优化运行电流和缆芯温度。由表3可见,回填土热阻系数较小时,电缆集群散热较好,缆芯的温度接近其最高额定温度,电缆集群的输送能力的可增加余度很小,优化运行策略仅提高缆芯温度2℃,提高电缆集群输送能力2.1%;回填土热阻系数较大时,优化运行策略提高缆芯温度7℃,提高电缆集群输送能力11.9%。

4.3 回填土热阻系数对优化运行效率的影响

电缆群和回填土布置仍如图1所示。图2给出了回填土热阻系数ρ变化时,优化运行提高电缆群输送能力的提高率δ,%。由图2可见,输送能力的提高率随回填土热阻系数的增加而增加。所以当回填土的热阻系数大于周围土壤热阻系数时,电缆群的优化运行更有意义。

5 结论

电缆集群在设计和运行时,根据电缆群的布置方式和土壤结构及参数,遵循由外到内电流逐渐减小的原则,给出每一回路的优化运行电流。工程技术人员将负荷较大的回路布置在边缘区域,负荷较小的回路布置在中心区域,每一回路的运行电流都不高于其优化运行电流,从而提高电缆集群的总体输送能力。东北地区为防止温差大所造成的地面沉降,常采用细砂作回填土,细砂的热阻系数可达周围土壤热阻系数的3倍,采用优化运行策略可有效地提高电缆集群的输送能力。

参考文献

[1]马国栋(Ma Guodong).电线电缆载流量(Ampacity ofwire and cable)[M].北京:中国电力出版社(Beijing:China Elec.Power Press),2003.

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[3]鲁志伟,葛丽婷,张桂兰(Lu Zhiwei,Ge Liting,ZhangGuilan).地下电缆集群的优化运行(Optimmum opera-tion of underground power cables in cluster laying)[J].高电压技术(High Voltage Eng.),2009,35(10):2557-2561.

[4]鲁志伟,于建立,葛丽婷(Lu Zhiwei,Yu Jianli,Ge Li-ting).管道内填充导热介质提高电缆载流量(Increas-ing cable ampacity by pumping heat-conducting materialinto ducts)[J].高电压技术(High Voltage Eng.),2009,35(11):2826-2831.

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[6]鲁志伟,于建立,郑良华(Lu Zhiwei,Yu Jianli,ZhengLianghua).交联电缆集群敷设载流量的数值计算(Numerical calculation of ampacity for XLPE cables incluster laying)[J].高电压技术(High Voltage Eng.),2010,36(2):481-487.

[7]陶文铨(Tao Wenquan).数值传热学(Numerical heattransfer)[M].西安:西安交通大学出版社(Xi'an:Xi'an Jiaotong Univ.Press),2007.

[8]李晓磊(Li Xiaolei).一种新型的智能优化算法—人工鱼群算法(A new intelligent optimization method-arti-ficial fish school algorithm)[D].杭州:浙江大学(Hangzhou:Zhejiang Univ.),2003.

[9]白富生,张连生(Bai Fusheng,Zhang Liansheng).近似全局精确障碍方法-对数障碍函数法(Approximateglobal exact barrier method for logarithmic barrier func-tion)[J].运筹学学报(O.R.Transactions),2000,4(3):13-18

不均匀土壤篇2

随着防雷工作的不断发展, 很多接地电阻值的测量方法被大量使用, 诸如两点法、三点法、三极法、四极法、大电流法、倒相法、变频法和钳测法等。以三极法为基础衍生出的各种检测方法可以有效的消除接地引线的互感、地电流、电磁场等多方面的影响, 但是这些测量方法都是建立在均匀土壤的基础上进行测量。文献[1]明确提出, 如果土壤是非同质的或接地极电流极为复杂形状, 则函数难于计算, 此时要用计算机计算。因此在山地、河边等土壤电阻率不均匀的情况下, 用常规检测方法进行测量, 肯定会给测量结果带来很大的误差。按照土壤电阻率的大小不同, 一般可将不均匀土壤视为为水平分层和垂直分层两种情况[2]。本文采用镜像法就水平分层情况下三角形布电极法和三极法布线法进行分析。

二、镜像法原理

在接地极接地电阻的测量过程中, 当土壤分层界面时, 用三角形布电极法或直线布电极法测量困难, 且误差较大, 需要对辅助接地极的位置进行调整以减小测量误差。镜像法是建立在唯一性定理的基础上的一种不均匀土壤电阻求解方法, 适用于解决导体或者介质边界存在点电源或线电源的问题。本文就是通过镜像法把水平分层不均匀土壤情况简化成均匀土壤模型来确定辅助接地极的位置。

先对水平分层不均匀土壤建立模型, 设上层土壤厚度为S, 土壤分阶层面上下的土壤电阻率分别为ρ1和ρ2, 定义K为双层土壤的放射系数:。把待测接地极G假设成半径为r的半球形。通过镜像法的原理[3], 半球形接地极利用地面镜像对称得到镜像接地极, 待测接地极和镜像接地极看以看做是一个半径为r的球形接地极, 球形接地极依次利用土壤分层界面镜像和地面镜像形成镜像电极2、3、4、5…… (如图1所示) 。

则地表面任意一点D的电位可分别用球形接地极在D点的产生的电位U1和其它镜像接地极在D点产生的电位U2来表示:

三、三角形布电极法在水平分层土壤中的应用

3.1计算方法

如图2所示, 根据2.3式可得出待测接地极在电压极P上产生的电压UGP为:

把电压极移动到接地极G的表面时, 可得待测接地极的电压, 由于d>>r[4], UP’可直接表示为:

由此可求得接地极与电位极之间的电位差为:

由此可得测量所得的接地电阻值为:

在均匀土壤情况下, 半球体接地极的接地电阻值, 在水平分层土壤中, 通过镜像法可得出半球形接地极的接地电阻值:

要使3.6式和3.7式待测半球形接地极的实际电阻值相等, 则有:

由3.9式可以看出, 当K、s、d为定量时, 可以求得θ的角度值。

3.2辅助接地极夹角角度分析

一些文献[2、5]中对水平双层土壤情况下夹角法电压极所需的位置进行了探讨, 本文就土壤水平分层情况下, 三角布电极法夹角角度与的关系 (如图3所示) , 可得出以下结论:

(1) 当时, 分层土壤辅助接地极夹角与均匀土壤辅助接地极之间夹角角度变化较大, 当K=-0.95时变化最大。

(2) 当ρ2>ρ1, 即就是K>0时, 分层土壤辅助接地极之间的夹角比均匀土壤辅助接地极之间的夹角角度大, 满足28.96°<θ<50°。

(3) 当ρ2<ρ1, 即就是K<0时, 分层土壤辅助接地极之间的夹角比均匀土壤辅助接地极之间夹角角度小, 满足0°<θ<28.96°。

(4) ρ2<ρ1时较ρ2>ρ1时辅助接地极之间的夹角角度变幅大。

(5) 当时, 因土壤分层引起的接地极接地电阻误差值可忽略不计, 测量时可按照均匀土壤情况下进行, 即取θ=28.96°≈30°。

上述结论可以看出, 在水平分层土壤情况下, 只有满足时, 可按均匀土壤进行测量, 其他情况均要根据公式2.9计算θ的角度值, 确定辅助接地极位置后方可进行测量。

四、直线布电极法在水平分层土壤中的应用

4.1计算方法

图4为水平分层不均匀土壤情况直线布电极法的示意图, 当把GP、GC、PC之间的距离分别用d1、d和d-d1代替, 同理可得出待测接地极与电压极之间的电位差:

即通过测量所得的接地极接地电阻值为:

要使4.2式和3.7式结果相等, 则必有:

由4.4式可以看出, 当K、s、d为定量时, 可以求得d1值。

4.2电压极补偿点位置分析

本文就土壤水平分层情况下, 直线布电极法电压极与电流极与待测接地极的距离比值的关系 (如图5所示) , 可得出以下结论:

(1) 当时, 分层土壤电压极位置与均匀土壤电压极位置比较偏移量较大, 当K=0.95时偏移量最大。

五、结论

1、当土壤分层界面时, 用三角形布电极法或直线布电极法测量误差较大, 需要对辅助接地极的位置进行调整以减小测量误差。

2、用三角布电极法测量接地电阻时, 当K>0时满足28.96°<θ<50°;当K<0时满足0°<θ<28.96°。

3、用直线布电极法测量接地电阻时, 当K>0时满足

4、当测量结果偏差较大时, 可用定性计算待测接地电阻值, 进而对测量结果进行对照分析。

5、接地电阻测量过程中可能会受到地电流、电磁场、大地趋肤效应、激发极化效应等多个方面的影响[6,7,8], 应及时找出测量值偏离真值的原因, 并根据现场可能影响的环境进行调整, 才能把检测误差降到最低。

参考文献

[1]GB/T 17949.1-2000.接地系统土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则.第一部分:常规测量[S].北京:中国标准出版社, 2000

[2]冯志伟, 影响接地电阻测量的因素分析[D].南京信息工程大学, 2011

[3]李中新, 袁建生, 张丽平.变电站接地网模拟计算[J].中国电机工程学报, 1995 (5) :76-80

[4]吕昆坤, 周延洲, 王心中.三极法测量接地电阻时电压极补偿点位置探讨[J].通讯世界, 2015 (3上) :183-184

[5]许聪颖, 接地网接地电阻近距离测试原理及测试装置的研究[D].西安交通大学, 2007

[6]孟刚、于宝和, 防雷接地电阻偏离真值的探讨[J].吉林气象, 2008 (2) :26-27

[7]翟玉泰、于东海、王立民, 接地电阻测试影响因素分析[J].气象研究与应用, 2012 (9) :91-93

建筑地基不均匀沉降处理探讨篇3

广州金沙洲新社区工程由35栋6层住宅楼、9栋11层住宅楼、20栋18层住宅楼, 7个大型地下车库, 以及小学、中学、幼儿园、卫生站、邮局等配套设施组成。本工程地质条件非常复杂, 东南临沙贝海、白沙河, 地下水系非常发达, 岩溶极为发育, 软弱地基土丰富, 局部岩面倾角很大, 施工完成后的建筑物由于地基产生不同程度的沉降, 造成出现墙体开裂或房屋倾斜, 严重影响施工质量。本文针对地基的不均匀沉降着重探讨防治和处理措施。

一、地基产生不均匀沉降的原因

地基是直接承受构造物荷载影响的地层。基础下面承受建筑物全部荷载的土体或岩体称为地基。地基不属于建筑的组成部分, 但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用。建筑物地基沉降量较大, 产生不均匀沉降问题所引起的破坏正常分析认为:

(1) 建筑地基为软弱地基, 地基下卧层软土厚度较大, 土的压缩性较大, 造成地基的沉降量较大。

(2) 建筑物长度较大, 由于土质的不均匀分布, 及上部结构荷载的不均匀分布造成地基的不均匀沉降。

(3) 相邻四层建筑物复合地基的影响, 使之与相邻建筑的地基沉降较小, 而引起不均匀沉降。

因此在进行地基设计时, 要考虑:基础底面的单位面积压力小于地基的容许承载力;建筑物的沉降值小于容许变形值;地基无滑动的危险。由于建筑物的大小不同, 对地基的强弱程度的要求也不同。若上述要求达不到时, 就要对基础设计方案作相应的修改或进行地基处理 (对地基内的土层采取物理或化学的技术处理, 如表面夯实、土桩挤密、振冲、预压、化学加固和就地拌和桩等方法) , 以改善其工程性质, 达到建筑物对地基设计的要求。

二、减少地基不均匀沉降采取的防治措施

2.1地质基础勘察方面

地质钻探报告是一门专门的科学, 来不得半点虚假。钻探报告是设计人员的主要设计依据, 必须提高地质勘测人员的业务水平、政治素质和职业道德素质, 加强责任感, 这样才能使钻探报告具有真实性和可靠性。

2.2采用多种设计, 增强基础刚度和整体刚度。

建筑措施。住宅的平面形状应力求简单, 规则整齐, 尽量避免形状复杂, 阴角太多;避免建筑物有显著的高差或荷载差异。

设置沉降缝。长度较大的住宅, 考虑在适应部位设置沉降缝;对于平面图形复杂的, 或有层高高差及荷载显著不同的, 要在其转折处;层高高差处或荷载显著不同的部位设置沉降缝;在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处设置沉降缝。

考虑相邻建筑物的影响。建筑物荷载不仅使建筑物地基土产生压缩变形, 而且由于基底压力扩散的影响, 在相邻范围内的土层, 也将产生压缩变形;这种变形随着相邻建筑物距离的增加而逐渐减少, 由于软弱地基的压缩性很高, 当两建筑物之间距离较近时, 常常造成邻近建筑的倾斜或损坏。

结构措施控制建筑物的长高比。长高比是保证砖石承重结构建筑物刚度的主要因素。实践证明, 建筑物的长高比控制在2.5至3之间时, 可减少建筑物的相对弯曲, 房屋不易出现裂缝。

三、不均匀沉降施工处理措施

在选择不均匀地基处理方法时, 应综合考虑场地工程地质和水文地质条件、建筑物对地基要求、建筑结构类型和基础型式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素, 经过技术经济指标比较分析后择优采用。

3.1当拟建的相邻建筑物之间轻 (低) 重 (高) 悬殊时, 一般应按照先重后轻或先高后低的程序施工, 以减少两者之间的沉降差。

3.2采用混凝土后浇带施工工艺。当建筑物体重大, 高差不悬殊时, 可采用混凝土后浇带施工方法, 即在主体结构基本完成, 建筑物沉降到一定的程度, 在预先留置的部位补浇混凝土。

3.3活荷载较大的建筑物, 如粮库、料仓等, 在施工前采用控制加载速率的堆载预压措施, 使地基预先沉降, 减少建筑物施工后的沉降及不均匀沉降。

3.4当基坑挖到设计标高后应及时做基础, 避免地基被扰动。在淤泥及淤泥质土的地基上开挖基坑时, 要注意尽可能不扰动土的原状, 通常可在坑底保留大约200mm厚的原状土, 待敷设垫层时才临时铲除。如发现坑底软土上已被扰动, 可挖去扰动部分, 用砂、碎石 (砖) 等回填处理。

四、质量检验

地基处理设计时, 应考虑上部结构, 基础和地基的共同作用, 必要时应采取有效措施, 加强上部结构的刚度和强度, 以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法, 宜按建筑物地基基础设计等级, 选择代表性场地进行相应的现场试验, 并进行必要的测试, 以检验设计参数和加固效果, 同时为施工质量检验提供相关依据。

经处理后的地基, 当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力特征值进行修正时, 基础宽度的地基承载力修正系数取零, 基础埋深的地基承载力修正系数取1.0;在受力范围内仍存在软弱下卧层时, 应验算软弱下卧层的地基承载力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的建筑物或构筑物, 以及钢油罐、堆料场等, 地基处理后应进行地基稳定性计算。

五、结语

浅析不均匀地基的基础方案篇4

地基基础是整个建筑物的重要组成部分, 它对建筑物的安全和正常使用有着密切联系, 通常我们勘察后建议建筑的基础形式应当满足建筑物的强度和变形及稳定性要求, 一般建筑物物采用变形控制, 如沉降量、沉降差、倾斜等。在均匀的基础土中, 我们建议的持力层及基础形式一致, 这样下伏的岩土层的压缩性及变形一致, 通常控制沉降量即可满足要求。但实际中, 多数建筑的地基土类别不一致, 这样在满足沉降量的同时, 更重要的是满足沉降差。常见的类型主要有土岩结合的地基、填土与其他地基土结合的地基, 在分析这类基础形式时, 我们应当注重:满足基础形式的一致性及;基础形式的同一性, 在无法同时满足两项时, 我们应尽量满足一项。本文在对勘察中实际遇到的实例进行分析提出较合理的基础方案, 供同行参考。

2 实例分析

2.1 某开发区兴建厂房及配套建筑, 厂

房为一层, 长度为200m, 宽50m, 单柱荷载为1000kN, 办公楼为12层, 单柱荷载10000kN, 由于开发区为大规模开挖整平后形成的, 故厂房及办公楼一侧为强～中风化基岩直接出露地表, 另一侧为填土层及坡残积形成粘性土, 强～中风化基岩承载力较高且压缩性较小, 坡残积土承载力较低且压缩性较大。

厂房的长度及跨度较大但荷载较小, 对一类厂房一侧无填土或填土厚度较小地段的基础方案分析时, 因其地基土均可作为拟建物的基础持力层, 一般建议采用浅基础, 但采用浅基础时, 基础持力层不一致, 这就需要对地基土及基础结构进行一定的处理, 由于一侧为强～中风化基岩, 其压缩性较小, 另一侧压缩性较大, 为使两侧的沉降一致, 建议对强～中风化基岩一侧的进行弱化处理, 通常可采用褥垫的形式进行弱化处理, 这样使得通过垫层的压缩和过渡使基础变形和受力得到过渡, 达到满足沉降差的要求。同时在设计上部结构时, 可设置沉降缝, 以及加强基础与上部结构的刚度, 基础形式可采用抗不均匀沉降能力较强的柱下条形基础。

对办公楼的基础方案分析时, 因该建筑为高层建筑, 荷载较大, 在满足沉降量、沉降差时, 还应主要倾斜度的控制, 通常建议基础持力层为较好的强～中风化岩层, 但该层一侧埋藏较深, 一侧又直接出露地表, 故无法满足基础形式的一致性, 这时, 我们采用的基础方案应满足持力层一致, 这就出现根据持力层的深度浅深情况采用独立基础、墩基础、桩基础, 虽然基础形式不一致, 但持力层一致, 其持力层的压缩性及变形性一致, 故沉降可满足要求。在采用该方案时, 应考虑相邻基础持力层深浅, 是否满足抗滑要求, 如不满足要求, 独立基础及墩基础应进入持力层一定深度。

2.2 某建筑物为3层, 荷载约3000 kN,

场地上部为冲洪积形成的粘性土, 但场地中央原位鱼塘, 后经填平处理, 填土中夹杂鱼塘淤积形成的淤泥质土等, 该段地基土厚度约5～6m, 池塘上部的填土无法满足基础承载力的要求, 故在对该建筑物的基础方案分析时应考虑填土的影响。

对于面积较大且厚度较大的填土层时, 采用换土垫层显然不合理, 不经济, 这时如继续考虑采用浅基础时, 可对填土进行其他处理, 通常可采用对填土强夯或采用深层搅拌法。这样处理的目的就是为提高填土的承载力, 对填土的深层搅拌法及强夯处理, 强夯处理后的填土承载力特征值可达到fak=140～160kPa, Es=6.0MPa。这样处理后填土满足建筑物承载力要求, 但该建筑物的基础持力层不一致, 可能出现沉降差异, 设计过程中, 应对各个不同持力层的压缩性及变形性进行沉降验算, 并采取必要的措施。

结论

不均匀的地基是不良的建筑场地, 对于这样场地的基础工程, 必须根据工程特点和场地特征因地制宜的确定地基基础处理方案。通过上面分析的多层、高层建筑以及土岩结合的、填土与其他地基土结合的不同情况, 提出了在经济上合理、在技术上可行、在实际施工过程中可用的基础方案, 同时更重要的在满足建筑物变形要求及建筑物使用的安全性。

参考文献

[1]叶书麟, 叶观宝.地基处理[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]朱浮声.地基基础设计与计算[M].北京:人民交通出版社, 2005.

地基不均匀沉降引起墙体裂缝探析篇5

房屋的全部荷载最终通过基础传给地基, 而地基在荷载作用下, 其应力是随深度而扩散, 深度大, 扩散愈大, 应力愈小。在同一深处, 也总是中间最大, 向两端逐渐减小。也正是由于土壤这种应力的扩散作用, 即使地基地层非常均匀, 房屋地基应力分布仍然是不均匀的, 从而使房屋地基产生不均匀沉降, 即房屋中部沉降多, 两端沉降少, 形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。在地质较好、较均匀, 且房屋的长高比不大的情况下, 房屋地基不均匀沉降的差值是比较小的, 一般对房屋的安全使用不会产生多大的影响。但当房屋修建在淤泥土质或软塑状态的粘性土上时, 由于土的强度低、压缩性大, 房屋的绝对沉降量和相对不均匀沉降量都可能比较大。如果房屋设计的长高比较大, 整体刚度差, 而对地基又未进行加固处理, 那么墙体就可能出现严重的裂缝。裂缝对称发生在纵墙的两端, 向沉降较大的方向倾斜, 沿着门窗洞口约成45度角, 呈正八字形, 且房屋的上部裂缝小, 下部裂缝大。这种裂缝必然是地基附加应力作用使地基产生不均匀沉降而形成的。当房屋地基土层分布不均匀, 土质差别较大时, 则往往在不同土层的交接处或同一土层厚薄不一处出现较明显的不均匀沉降, 造成墙体开裂, 其裂缝上大下小, 向土质较软或土层较厚的方向倾斜。在房屋高差较大或荷载差异较大的情况下, 当未留设沉降缝时, 也容易在层数高低和荷载轻重的交接部位产生较大的不均匀沉降裂缝。此时, 裂缝位于层数低的荷载轻的部分, 并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜。

当房屋两端土质压缩性大, 中部小时, 沉降分布曲线将成凸形, 此时, 往往除了在纵墙两端出现向外倾斜裂缝外, 也常在纵墙顶部出现竖向裂缝。在多层房屋中, 当底层窗台过宽时, 也往往容易因荷载由窗间墙集中传递, 使地基不均匀沉降, 致使窗台在地基反作用力作用下产生反向弯曲, 引起窗台中部的竖向裂缝。从以上分析可知, 裂缝的分布与墙体的长高比有密切关系, 长高比大的房屋因刚度差, 抵抗变形能力差, 故容易出现裂缝, 因为纵墙的长高比大于横墙的长高比, 所以大部分裂缝发生在纵墙上。裂缝的分布与地基沉降分布曲线密切有关, 当沉降分布曲线为凹形时, 裂缝较多的发生在房屋下部, 裂缝宽度下大上小。当沉降分布曲线为凸形, 裂缝较多的发生在房屋的上部, 裂缝宽度上大下小。裂缝分布与墙体的受力特点密切有关, 在门窗洞口处、平面转折处、层高变化处, 由于应力集中, 往往也就容易出现裂缝, 又因为墙体是受剪切破坏, 其主拉应力为45度, 所以裂缝也成45度倾斜。

为了防止地基不均匀沉降引起墙体开裂, 首先应处理好软土地基和不均匀地基, 但在拟定地基加固和处理方案时, 又应将地基处理和上部结构处理结合起来考虑使其能共同工作, 不能单纯从地基处理出发, 否则, 不仅费用大, 且效果亦差。在上部结构处理上有:改变建筑物体型、简化建筑物平面、合理设沉降缝、加强房屋整体刚度 (如增加横墙、增设圈梁、采用筏式基础、箱形基础等) 、采用轻型结构、柔性结构等。

防治软土地基不均匀沉降的措施篇6

1 软土地基修建建筑物的可行性分析

软土地基的特点是建筑物的沉降量大而不均匀, 沉降量大现可采取有效措施进行控制, 而不均匀沉降由于影响因素多且复杂, 故成为现在建筑物开裂或严重影响使用等工程事故的主要原因, 必须引起充分重视。在软土地基上修建建筑物, 应考虑上部结构与地基的共同工作。因为我国软土地区的许多工程实践表明, 考虑上部结构和地基的共同工作是减少地基不均匀沉降的一项十分成功的经验。因为上部结构 (包括基础) 和地基是紧密联系在一起的一个整体, 它们互相联系, 又互相影响, 如果仅从上部结构或地基单方面采取措施, 往往不能获得即可靠又经济的效果, 必须对建筑体型、荷载情况、结构类型和地质条件等进行综合分析, 采取响应的措施, 这样就可以减少软土地基上建筑物的不均匀沉降, 保证建筑物的安全和正常使用。

2 软土地基不均匀沉降的原因

地质勘察报告真实性如何, 对建筑物的沉降量大小关系很大。工程地质报告要正确反映土层性质、地下水和土工试验情况, 并结合设计要求, 对地基作出评价, 对设计和施工提出某些建议。如果地质报告不真实, 就给设计人员造成分析、判断的错误。

在设计方面也有一些原因。有些建筑物单体太长的, 平面图形复杂;有些建筑物层高高差和荷载显著不同、地基土的压缩性有显著不同及在地基处理方法不同的之处, 未在适应部位设置沉降缝;基础刚度或整体刚度不足, 不均匀沉降量大, 造成下层开裂;设计马虎, 计算不认真, 有的不作计算, 照抄别的建筑物的基础和主体设计。

在施工方面上的原因。墙体砌筑时, 砂浆强度偏低, 灰缝不饱满;砌砖组砌不当, 通缝多, 断砖集中使用;拉结筋不按规定标准设置等。

3 软土地基不均匀沉降的预防措施

3.1 从地质勘察报告入手, 确保其真实性和可靠性

地质勘察报告是一门专门的科学, 来不得半点虚假。勘察报告是设计人员的主要设计依据, 必须提高地质勘察人员的业务水平、政治素质和职业道德素质, 加强责任感, 这样才能使勘察报告具有真实性和可靠性。

3.2 从设计方面采取多种措施, 增强多层

住宅的基础刚度和整体刚度

3.2.1 建筑设计方面措施:

a.建筑平面应力求简单, 高差不宜过大。建筑平面简单、高度一致的建筑物, 基底应力较均匀, 圈梁容易拉通, 整体刚度好, 即使沉降较大, 建筑物也不易产生裂缝和损坏。而对于立面上有高差 (或荷载差) 的建筑物, 由于作用在地基上荷载的突变, 使建筑物高低相接触处出现过大的差异沉降, 常造成建筑物的轻、低部分倾斜或开裂破坏。软土地区由于层数差引起的损坏想象很为普遍, 一般高差二层及二层以上者, 常见有轻重不同的裂缝。b.控制建筑物的长高比及合理布置纵横墙。砖石承重的建筑物, 当其长度与高度之比较小时, 建筑物的刚度好, 能有效防止建筑物开裂。另外合理布置纵横墙是增强建筑物刚度的重要措施之一, 纵横墙布置时砖石承重结构的纵横墙应尽量贯通, 横墙间距适当, 一般不大于建筑物宽度的1.5倍为宜, 纵横墙最好不转折或少转折, 可提高建筑物的整体性。c.设置沉降缝。用沉降缝将建筑物从屋面到基础分割成若干个独立的沉降单元, 则使得建筑物的平面变得简单、长高比减小, 从而有效减轻地基的不均匀沉降。因而考虑在对平面图形复杂的转折处;层高高差处或荷载显著不同的部位;在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处及分期建筑的交接处设置沉降缝。d.考虑相邻建筑物的影响。建筑物荷载不仅使建筑物地基土产生压缩变形, 而且由于基底压力扩散的影响, 在相邻范围内的土层, 也将产生压缩变形, 这种变形随着相邻建筑物距离的增加而逐渐减少。由干软弱地基的压缩性很高, 当两建筑物之间距离较近时, 常常造成邻近建筑的倾斜或损坏。为此应使建筑物之间相隔一定距离, 距离应满足规范要求。e.建筑物标高的控制与调整。确定建筑物各部分的标高, 应考虑沉降引起的变化。根据具体情况, 可采取相应的措施。例如室内地坪, 应根据预估的沉降量预以提高;建筑物各部分有联系时, 可将沉降量大者的标高适当提高;建筑物与设备之间, 应留有足够的净空;当建筑物有管道通过时, 管道上方应预留足够尺寸的空洞, 或采用柔性的管道接头。

3.2.2 结构设计方面措施:

a.增强建筑物的刚度和强度。如前所述, 控制建筑物的长高比和适当加密横墙可增加建筑物的刚度和整体性。此外从结构处理上, 应在砌体中设置圈梁能增强建筑物的整体性, 即使建筑物有较大的沉降, 也不致产生过大的挠曲变形, 它在一定程度上能防止或减少裂缝的出现。多层住宅的屋面板必须一律采用现浇钢筋混凝土结构, 多层建筑的基础及主体结构必须用商品混凝土浇捣。b.减轻或调整建筑物的荷载。尽量采用自重轻的结构形式, 如采用轻钢结构、预应力混凝土结构以及轻型屋面等, 设置地下室或半地下室也是减少建筑物沉降的有效措施, 通过挖除的土重能抵消一部分作用在地基上的附加压力, 从而减少建筑物的沉降。c.上部结构采用静定结构体系。当发生不均匀沉降时, 在静定结构体系中, 构件不致引起很大的附加应力, 故在软弱地基上的公共建筑物、单层工业厂房、仓库等, 可考虑采用静定结构体系, 以减轻不均匀沉降产生的不利后果。

3.2.3 地基和基础设计方面措施:

a.地基基础设计应以控制变形值为主, 设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。基础最终沉降量应当控制在规定的限值以内。b.对于多层民用建筑基础设计时可采用筏片基础, 上部结构采用轻型结构, 基础施工期间避免对软土的扰动。c.当天然地基不能满足建筑物沉降变形控制要求的, 必须采取技术措施。例如可采用打预制钢筋砼短桩、砂井真空预压、深层搅拌桩、新型碎石桩等方法进行技术处理。d.同一建筑物尽量采用同一类型的基础并理置于同一土层中, 当采用不同的基础形式时上部结构必须断开, 尤其是地震区, 因为地震中软土上各类地基的附加下沉量是不同的。

3.3 从施工入手, 切实提高施工质量

3.3.1 砂浆的品种、强度等级必须符合设计要求。

影响砂浆强度的因素是计量不准, 原材料质量不合格;砂浆试块的制作和养护方法不当。解决的办法是:加强原材料的进场验收, 严禁将不合格的材料用于建筑工程上。

3.3.2 正确设置拉结筋。砖墙砌筑前, 应事先按标准加工好拉结筋, 使用前对操作工人进行技术交底。

3.3.3 加强建筑物的沉降检测。

施工期间, 施工单位必须按设计要求及规范标准埋设专用水准点和沉降观测点。主体结构施工阶段, 每结构层沉降观测不少于一次;主体结构封顶后, 沉降观测2个月不少于一次。监理单位必须进行检查复测, 并将资料列人工程质量评估内容。

摘要：近年来, 随着我国经济建设的发展, 各地都在兴建各类厂房、商业大厦、多层与高层住宅等建筑工程, 良好的建筑物地基越来越少, 一些建筑物只能座落在软弱土层的场地上。针对软土地基的性质, 分析了软土地基不均匀沉降的原因及预防措施。

关键词：软土,不均匀沉降,构造措施

参考文献

[1]朱梅生.软土地基[M].北京:中国铁道出版社, 2008.[1]朱梅生.软土地基[M].北京:中国铁道出版社, 2008.

[2]李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京:中国电力出版社, 2006.[2]李彰明.软土地基加固的理论、设计与施工[M].北京:中国电力出版社, 2006.

路基拓宽不均匀沉降观测与分析篇7

在道路工程中,很多情况下都可能造成路基的不均匀沉降:软土地基继续沉降产生的路面沉陷或桥头跳车[2];路基压实度不够导致路基路面局部沉陷变形或纵向裂缝;基层质量不好造成的块状裂缝或网裂。道路工程中,填挖过渡段是不均匀沉降的多发地段[3,4]。纵向路基产生不均匀沉降会导致其上路面顶面产生波浪式的不平整,在行车荷载作用下会使路面产生应力重分布和应力集中,从而使路基路面发生结构性破坏;现行沥青路面是采用波密斯特(Burmister)线弹性层状体系理论,不能分析由于路面不均匀沉降引起的附加响应,由此不均匀沉降也有可能引起路面早期破坏[1]。

近年来公路建设发展速度很快,由于没有充分考虑到未来交通量的增加,导致现在很多道路不能满足交通增长的要求,很多地方采取的是改造老路和拓宽道路的措施。老路基由于经过较长的时间自身重力以及车辆荷载的作用,地基和路基的固结沉降已经基本稳定,而新填土路基则由于固结沉降等原因,导致新老路基存在差异沉降,从而产生了不均匀沉降的问题。

1太沙基固结理论

1925年太沙基在建立了一系列的假设条件下,建立了单向固结基本微分方程,并获得一定初始条件和边界条件的解:

设单位面积等于1得:

$\frac{\partial ε_{v}}{\partial t} = \frac{\partial q_{z}}{\partial z}$ (1)

其中,εv为积应变;qz为单位面积流量。

由达西定律得:

$q_{z} = \frac{- k \partial u}{r_{w} \partial z}$ (2)

其中,k为渗透系数;rw为水容重;u为孔隙水压力。

由式(1)和式(2)可得:

$\frac{\partial ε_{v}}{\partial t} = - \frac{k \partial^{2} u}{r_{w} \partial z^{2}}$ (3)

设总剪力不随时间变化得:

$\frac{\partial ε_{v}}{\partial t} = \frac{\partial ε_{z}}{\partial t} = - m_{v} \frac{\partial u}{\partial t}$ (4)

其中,εz为竖向正应变;mv为体积压缩系数,mv=av/(1+e),av为压缩系数,e为孔隙比。

由式(3)和式(4)可得:

$\frac{\partial u}{\partial t} = C_{v} \frac{\partial^{2} u}{\partial z^{2}}$ (5)

其中,Cv为固结系数。

$C_{v} = \frac{k}{r_{w} \cdot m_{v}} = \frac{(1 + e) k}{r_{w} a_{v}}$ 。

由初始条件和边界条件可知:

$\begin{array}{l} U |_{t = 0} = u_{0} \\ U |_{z = 0} = 0 \\ \frac{\partial u}{\partial z} |_{z = Η} = 0 \end{array}$

(6)

其中,u0为初始孔隙水压力;H为压缩层厚度。

将式(6)中分离变量得解析解为:

$u (z, t) = \sum_{m = 1}^{\infty} (\frac{2}{Η} \int_{0}^{Η} u_{0} \sin \frac{Μ_{z}}{Η} d z) \sin \frac{Μ_{z}}{Η} e^{- Μ^{2} Τ_{v}}$ (7)

其中, $Μ = \frac{(2 m - 1) π}{2}$ ;Tv为时间因素,Tv=Cvt/H2。

若压缩层内u0均匀分布,则整个压缩层t时刻平均孔隙水压力 $\bar{u}$ ,平均固结度 $\bar{U}$ 以及总压缩量S分别为:

$\bar{u} (t) = \frac{1}{Η} \int_{0}^{Η} u d z = u_{0} \sum_{m = 1}^{\infty} \frac{2}{Μ^{2}} e^{- Μ^{2} Τ_{v}}$ (8)

$\bar{U} (t) = \frac{u_{0} - \bar{u} (t)}{u_{0}} = 1 - \sum_{m = 1}^{\infty} \frac{2}{Μ^{2}} e^{- Μ^{2} Τ_{v}}$ (9)

$S (t) = m_{v} \int_{0}^{Η} (u_{0} - u) d z = m_{v} u_{0} Η (1 - \sum_{m = 1}^{\infty} \frac{2}{Μ^{2}} e^{- Μ^{2} Τ_{v}})$ (10)

用太沙基理论计算路基沉降,结果得出需要一系列的假设和一定的边界条件,但新老路基沉降存在较多差异性,很多初始条件和边界条件与太沙基理论存在差异,其应用受到限制[1,2,6]。近年来由于路基拓宽产生的不均匀沉降的问题越来越突出,由此而产生的路基拓宽不均匀沉降监测对于不均匀沉降产生的力学机理分析就显得尤为重要了。

2工程实体举例

不均匀沉降观测路段为广东省佛山市某道路改造工程,为了了解该道路新老路基的沉降特点,便于将观测到的沉降规律推广到整条道路的改造中去,在试验路段布置了不均匀沉降观测设施,以长期观测其沉降情况。该路段总长约100 m,桩号为K21+325～K21+422,间隔为20 m,设置了5个观测断面,路段上的新老结合面经过了一定的处理措施。监测仪器采用的是数字显示滑动式沉降仪。

2.1 观测试验的设备布置和观测过程

1)为了方便试验的操作,事先在靠近原路基的内侧修建一个测井,测井井深大约为5 m,井的一边埋设有供上下测试用的拉环,测井主要是用来给试验人员进行测读沉降数据时的操作空间,修建的测井要做好井壁防护,防止坍塌,并且井口设置遮雨物,防止测井受到雨水冲刷。

2)将一根拉弦(即绳索)首先放入柔性测管内,拉弦长度比所埋设测管总长度稍长即可,这里要强调的是测管一定要是柔性测管,柔性测管有利于测管与土体的变形协调性。

3)第5号测管置于原地面,在埋设之前要清除表层松散土体,其他测管按与5号管平行,相距1 m的距离布置在同一断面上,从上到下依次布置1号～5号测管。

4)将柔性测管内拉弦(即绳索)的一端,捆在测头尾部的金属环上,然后将测头导轮卡置在埋设柔性导管的导槽内,使拉弦拉至起始的一端,且不要拉出管外。将测头拉至起始标志的一点为测读起点,分别读取测井边界、老路基中心、新老路基结合处、新路基中心、新路基边5个特征点处的读数作为原始读数。

5)每隔1个月的时间,在上述5个特征点处重复操作4),并记录数据,直至观测结束。

2.2 数据处理

第一次测量的沉降数值为“初始值”,以后测量的数与“初始值”的差为沉降位移的变化值。

即:变化值=新测值数-初始值数。

沉降位移是从导管测量起始端开始,将变化值的代数和累加到导管的另一端,这样可以测定任何一处的沉降值。

2.3 试验数据与理论数据对比分析

为了对比老路基和新路基的变形差异,选取了断面上的3号管来进行分析。在3号管上,在路基沉降的5个特征点分别布置测点,分别是测井边界处为1号测点,老路基中央处为2号测点,新老路基结合处为3号测点,新路基中央处为4号测点,新路基边界处为5号测点。

通过303 d的观测后,路基的沉降已基本稳定,现将观测沉降数据用曲线表示如下,以第1测点与第3测点以及第4测点为例。

各测点的最终沉降观测值与理论计算值比较曲线见图1。

从图1的曲线变化趋势可以看出,测点1～测点5的最终沉降值呈线性增加的趋势,测点1,测点2是在老路基范围内,其最终沉降值很小,其他为新路基上的测点,其最终沉降值随着与老路基距离的增大而增大较快。5号测点的最后沉降值是1号测点的14倍左右,这说明新老路基之间的沉降差异相当大;同时通过对比各测点最终沉降观测值和理论值可以发现老路基中理论值比观测值要大,新路基中刚好相反,从其他断面的数据显示,各测点沉降值比较也可以得出类似的结论。

2.4 曲线拟合

通过对测点沉降曲线的发展趋势进行推测,再对沉降曲线进行拟合,得到拟合方程式,有利于得到沉降随时间的发展规律,并且可以用于将来的沉降发展预测。通过观察测点1,测点3,测点4,沉降曲线与对数曲线的发展趋势相似,拟合得到测点1的拟合曲线和拟合方程(以测点1为例)(见图2)。

得到拟合方程为:y=2.283 5ln(x)-0.806。

3结语

1)不均匀沉降对路面结构的破坏具有相当的危害性,应该引起公路建设和设计单位的重视;特别是老路基拓宽,新老路基沉降差异可能造成不均匀沉降。

2)通过对该路段的沉降监测,发现新老路基的沉降规律很明显。将来遇到相似的状况时,可做出相应的处理措施。

3)老路基中最终沉降理论值比观测值要大,因此,路基拓宽不均匀沉降在传统的计算理论和方法上受到了一些限制,要加强计算理论和方法探讨。

摘要：介绍了太沙基固结理论,以某道路拓宽改造工程为例,对该工程试验路段布置了不均匀沉降观测设施,论述了观测试验的设备布置和观测过程,通过对监测数据的分析,揭示了新老路基沉降发展特点,对类似路基拓宽工程具有指导意义。

关键词：不均匀沉降,路基,沉降观测,曲线拟合

参考文献

[1]洪毓康.土质学与土力学[M].第2版.北京:人民交通出版社,1997:6.

[2]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象与预防[M].北京:人民交通出版社,2001.