承载力层（精选6篇）
承载力层 篇1
洛阳洛南新区地貌单元属于洛河河漫滩或一级阶地,上部地基土层承载力较低,下部卵石层承载力较高,而砂石垫层具有承载力高、变形小、施工周期快、与下部卵石层材质一致等特点,因此建筑物常常采用砂石对基底下浅部承载力较低的土层进行换填处理,砂石垫层的应用越来越广泛。但砂石垫层的承载力难于通过计算准确确定[1],也无相关规范和资料可供参考,仅在JGJ 2002建筑地基处理技术规范4.2.3条条文说明中对安全等级为三级的建筑物当施工压实系数为0.93～0.97时,砂石垫层的承载力标准值可按200 kPa～300 kPa取用。但高层建筑物一般平均基底压力较大,30层以上的甲类建筑物平均基底压力大多在500 kPa以上,砂石垫层的承载力是否能满足要求,只能通过最终静载荷试验结果确定。但在施工图设计阶段,砂石垫层的承载力如何取值、砂石垫层的现场施工如何控制就成了亟待解决的问题。本文通过工程实践,表明只要对砂石垫层的砂石料选材和现场施工全过程进行控制,当施工压实系数不小于0.97时,砂石垫层的承载力特征值可达550 kPa～650 kPa,均能满足目前30层～33层左右的甲类建筑物的设计荷载要求。
1 工程条件及设计要求
1.1 场地工程地质条件
根据勘察结果,拟建场区地层分布呈河流阶地“二元”结构,上覆为黄土状粉土及粉质粘土层,下伏为卵石层。地基土自上而下分述如下:
①杂填土(Q
1.2 砂石垫层的设计要求
拟建高层建筑物为33层,高99 m,剪力墙结构,采用筏板基础,筏基荷重为550 kPa左右,基础埋深为地面下6.0 m左右。根据本工程的工程地质条件,建筑物基础直接持力层为卵石层,但基底下2.0 m范围内分布有软弱夹层,若直接采用卵石层作为筏基持力层时,下卧层砂层及粉质粘土强度不能满足要求,需要对其采用砂石垫层进行换填处理,一般换填厚度2.0 m～2.5 m左右,设计要求砂石垫层应级配良好,施工压实系数不小于0.97,砂石垫层的承载力特征值不小于550 kPa,并应通过载荷试验确定。
2 砂石垫层的选材
由于本工程基坑相对较深,而场区卵石层埋藏较浅,因此基坑开挖时将挖出大量的砂卵石。若按照常规做法将其废弃将造成资源的严重浪费,因此勘察报告中建议在开挖时选取纯净的砂卵石单独放置,对含土的卵石、砂层等另外放置,然后砂卵石垫层回填时不再按照常规做法购买人工级配的砂卵石,而采用选取的纯净砂卵石作为回填材料,这样不仅使基坑开挖出来的多余砂卵石得到了有效利用,而且有效节约了基础工程造价。
为达到较好的压实效果,施工过程中应严格按照以下原则控制砂石料质量:填料级配良好,砂卵石质量比为卵石∶圆砾∶中粗砂=5∶3∶2,当天然砂卵石配合比较差时,需采用人工适当调配;最大粒径不超过70 mm;含泥量低于5%。
3 砂石垫层的施工控制及质量保证措施
为达到较好的压实效果,本工程我院针对砂卵石垫层的施工提出了具体的施工控制参数和质量保证措施如下。
3.1 施工参数
1)使用设备自重18 t以上振动压路机;2)压路机行驶速度不大于50 m/min;3)每层虚铺厚度35 cm;4)每层先静压2遍,再振动碾压6遍～8遍。
3.2 质量保证措施
1)控制砂石料级配,对回填的砂石料每500 m2抽检一次,不好的砂石料可随时抽检。
2)基坑开挖至设计标高后,浮土应清除,边坡必须稳定,防止塌土。
3)在基坑开挖过程中,下部地基土难免受到扰动,因此在铺第一层垫层前须对原地层进行适当碾压。
4)垫层施工要严格控制每层的铺设厚度、水平度,碾压遍数及振动碾的行驶速度。在振动前应预先用水洒湿但基坑应保持无积水状态。
5)振动碾压轮迹应相互搭接,防止漏压,保证地基均匀获得规定遍数的压实功能。
6)垫层的质量检验必须分层进行。每压完一层,应检验该层的平均压实系数。当压实系数符合设计要求时,才能铺垫上层。
4 砂石垫层的试验结果
4.1 压实系数的检验结果
为确保垫层施工质量,相应的质量检验检测应贯穿整个施工全过程,检验检测的主要内容如下:
1)对砂石料进行颗粒分析试验,确定其颗粒级配。2)对试验用砂做击实试验,确定其最大干密度。3)测定高程及水平位置,测定压实度(由施工单位负责)。4)分层测定干容重、压实系数。检验垫层质量时,基坑内每100 m2面积取1处检验点,各层采用埋设纯砂点(应使用纯净的中砂,埋砂点直径不小于20 cm)的方法测定其干容重、压实系数,最后一层采用注水法与埋砂法相结合的方法测定。
检测结果表明:砂卵石垫层的压实系数全部在0.97以上,满足设计要求。
4.2 超重型动力触探试验结果
本工程我院对砂石垫层按每100 m2 面积取1处检验点进行了超重型动力触探试验,各试验点的检测深度为2.0 m～2.5 m左右,检测结果表明各动探检测点检测情况基本一致,动探试验锤击数正常,各点试验平均锤击数一般在10.8击～15.5击之间,砂石垫层水平方向和垂直方向均匀性较好。
根据各动探检测点试验锤击数,结合我院及《工程地质手册》(第4版)根据动探击数确定地基承载力的经验公式[2],各动探检测点地基承载力特征值在550 kPa以上。
4.3 载荷试验结果
本工程采用浅层平板静载荷试验对砂石垫层的承载力进行了检测,经静载荷试验验证,天然地基承载力特征值为650 kPa,与勘察报告一致;而砂卵石垫层的承载力特征值不仅满足设计要求的550 kPa,而且为了与天然地基做比较,有意在3号楼区域(即7,8号试验点)对砂卵石垫层加荷到了1 300 kPa,其承载力特征值达到了650 kPa,与天然地基差别不大,承载力完全满足设计要求。各点载荷试验结果如表1所示。
检测过程中,各试验点在加荷至设计要求压力的2倍时均未出现极限荷载,满足终止加荷条件,分级卸载后终止试验。
5 结论及建议
砂石垫层的承载力主要取决于现场施工全过程控制,应从砂石料选材、施工参数、现场施工管理进行全过程控制,只要选材合理、施工控制严格,当施工压实系数不小于0.97时,砂石垫层的承载力特征值均可达550 kPa以上,能够满足目前30层～33层左右的甲类建筑物的设计荷载要求。并且根据载荷试验成果,最大加荷到1 100 kPa～1 300 kPa时,基本上还处于弹性变形阶段,由于没有加荷至极限荷载,砂石垫层的承载力尚有很大的富余度,有待于今后进一步的试验验证。
摘要：结合工程实例,从砂石垫层的选材、现场施工控制入手进行了论述,通过载荷试验结果分析,确定了砂石垫层的承载力,从而满足了目前甲类建筑物的设计荷载要求。
关键词：砂石垫层,压实系数,地基承载力
参考文献
[1]JG J 2002,建筑地基处理技术规范[S].
[2]《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]周卫华.粉质黏土中桩承载力试验研究[J].山西建筑,2009,35(1):107-108.
承载力层 篇2
CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称, 是针对碎石桩承载特性的一些不足加以改进发展起来的。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩, 与桩间土、褥垫层一起组成复合地基。CFG桩复合地基的加固机理是:在垂直荷载作用下, 桩和桩间土都将产生变形, 桩的变形模量大于桩间土的变形模量, 桩比土的变形小, 由于在基础下面设置了一定厚度的褥垫层, 桩在受力变形过程中, 可反向刺入褥垫层中, 伴随着这一变化过程, 褥垫层材料不断调整补充到桩间土上, 以保证在任一荷载作用下桩和桩间土始终共同参与工作, 充分利用了桩间土自身的承载能力。从以上阐述的复合地基的形成条件和加固机理可以看出:褥垫层是复合地基的技术关键所在, 褥垫层设计的合理性较大程度上决定了复合地基的承载力和沉降变形。而褥垫层设计主要考虑两个要素, 即褥垫层的刚度和厚度。因此, 加强褥垫层的刚度和厚度对复合地基承载力影响的研究具有十分重要的意义。基于此, 本文针对CFG桩复合地基, 利用FLAC3D建立三维弹塑性模型, 分析了褥垫层刚度、厚度对复合地基桩土应力的调节作用。
2 有限差分法软件FLAC3D建模计算
2.1 计算模型建立原则
计算机模拟和数值计算的可靠性基于模型建立的合理程度。合理的模型应以一定的原则为基础, 该数值分析模型的建立原则如下:模拟边界初始条件应尽量符合实际。要考虑构造应力的影响;选取合理的本构模型;选取合适的结构单元;材料参数取值要合理。
2.2 计算模型
为了更好的模拟桩、土间的相互作用, 本计算采用实体网格建模, 对桩、桩间土、褥垫层、承台分别生成, 对结构进行映射形成单元, 并在际工程中, CFG桩复合地基桩数较多, 若完全按照实际情况进行建模将会给计算带来难度, 也是没有必要的。为了简化计算, 结合本文研究的重点, 本文选取一定区域内的桩土进行建模计算研究, 考虑复合地基中心的四根桩, 桩间距取为1.2m, 桩距边界0.6m, 桩长5m, 计算边界的底部取至离地面8m处。按照上述原则, 共划分13932个单元, 14952个节点, 网格示意图参见图1。
材料属性假定:桩体和承台由于刚度较大, 故按照线弹性材料考虑, 符合广义胡克定律;桩间土、下卧层及褥垫层刚度小, 在受荷过程中, 会发生塑性变形, 因此采用摩尔-库仑弹塑性模型;本模型涉及接触面与桩体、接触面与土体之间将产生滑移, 属于摩尔剪切模型, 当接触面上的切向力小于最大切向力时, 接触面处于弹性阶段, 当接触面上的切向力等于最大切向力时候, 接触面即进入塑性阶段, 接触面单元的材料属性通过赋予接触面参数定义。
位移边界条件:左右侧边界采用X向约束支座;前后侧边界采用Y向约束支座;下边界采用Z向固定约束。即X、Y向均不发生位移, 下边界Z方向不发生位移, 上边界为自由边界。
FLAC3D计算模型中的各参数取值见表1。
3 计算成果分析
3.1 褥垫层厚度的影响
从图2中可以看出, 褥垫层厚度对CFG复合地基中桩土应力比的分配有显著的影响。在同一级荷载作用下, 随着如垫层厚度的增加, 桩土应力比减少, 当褥垫层厚度超过200mm后桩土应力比在18到25之间, 当垫层厚度持续增加, 桩土应力比变化不大并趋于稳定。在同一褥垫层厚度条件下, 如200mm厚褥垫层作用下, 荷载越大桩土应力比越小, 这表明, 当荷载达到一定程度时, 桩间土承载能力才得以最大发挥。由此可见, 褥垫层对桩土承载能力的发挥有极大的调节作用。从图2中, 亦可看出, 当褥垫层厚度较小时, 桩土应力比较大, 桩顶应力集中, 对基础不利;当褥垫层达到一定厚度时, 如350mm, 褥垫层厚度的增加对桩土应力的调节能力极小。因此在设计复合地基时, 褥垫层厚度的选取合理与否影响着复合地基的承载能力, 从本次分析结果来看, 褥垫层厚度在200mm到350mm较为合理。
3.2 褥垫层刚度的影响
从图3可以看出, 垫层模量也是影响桩土应力比的另一个主要因素。在同一级荷载作用下, 随着垫层模量的增大, 桩体应力越大, 桩土应力比增大, 桩间土的应力减少, 所以当垫层模量太大时复合地基就达不到减缓CFG桩桩顶应力集中的目的。在同一垫层模量条件下, 随着荷载的增加, 桩土应力比减少。综上, 垫层刚度是影响CFG桩复合地基承载能力的又一因素, 可以调节桩土荷载分担比, 但是其条件能力是有限, 当模量达到一定程度时, 应力比的变化趋于缓慢, 从本次模拟分析的结果来看, 褥垫层模量太高, 不利于复合地基承载能力的发挥, 而且还增加工程的造价, 造成不必要的浪费。因此, 在复合地基设计中, 如何选取垫层材料也是设计的关键所在, 选择合理的垫层材料可以充分发挥复合地基桩土的承载能力, 减少单位面积的桩体数量, 降低地基处理成本。
4 结论
和一般桩基相比, 复合地基的优势在于通过褥垫层的调节作用能充分发挥桩间土自身的承载能力, 褥垫层是复合地基技术的关键, 是复合地基形成的条件, 同时也是调节桩土应力比的主要设计手段。褥垫层厚度过小时, 复合地基的承载机理如群桩一般, 不能充分发挥桩间土的承载能力, 当褥垫层厚度达到一定厚度时, 桩土应力比变化不大, 此时, 增加褥垫层的厚度, 对复合地基承载能力的改善不明显, 还增加了工程成本。当褥垫层模量过高, 桩土应力比增大, 桩体应力增加, 桩间土应力减少, 不利于桩间土强度的发挥。当褥垫层模量过低, 桩间土应力增大, 当桩间土进入塑性破坏阶段时, 桩体的承载能力远远没有得以发挥。
从文中图表中可以看出, 桩土应力比在15到20之间较为合理。
综上所述, 褥垫层的合理设计, 是复合地基技术的关键, 一般褥垫层厚度宜控制在200mm到350mm之间, 垫层材料宜选用模量适中的中砂、粗砂、级配砂石或碎石。
参考文献
[1]闫明礼, 张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.10
[2]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.9
[3]皮菊华.CFG桩复合地基应力比数值分析[J].北华航天工业学院学报, 2007.6-17:3
[4]许强, 曾宝刚, 曹文瑞.CFG桩复合地基桩土荷载分担比探讨[J].陕西建筑, 2007.11-149
[5]雷颖占, 赫晓.关于褥垫层厚度设计的分析[J].四川建筑科学研究.2007.8-33:4
承载力层 篇3
1提出问题
JGJ 94-2008建筑桩基技术规范 (以下简称《桩基规范》) 指出, 对于桩距不超过6 d的群桩基础, 当桩端持力层下存在承载力低于桩端持力层承载力的1/3的软弱下卧层时, 需要验算软弱下卧层的承载力, 其验算模型见图1。
根据上述模型, 规范在考虑了等代实体基础外表面极限侧阻力和桩端荷载扩散的基础上, 提出如下计算公式:
σz+γmz≤faz。
其中, σz为作用于软弱下卧层顶面的附加应力;γm为软弱层顶面以上各土层重度 (地下水位以下取浮重度) 的厚度加权平均值;t为硬持力层厚度;faz为软弱下卧层经深度z修正的地基承载力特征值;A0, B0分别为桩群外缘矩形底面的长、短边边长;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值, 无当地经验时, 可根据成桩工艺按规范取值;θ为桩端硬持力层压力扩散角, 按表1取值。
《桩基规范》的计算模型和计算方法只是基于桩端持力层下软弱下卧层为单层的情况, 但是, 在实际工程中经常会遇到桩端持力层下存在两层软弱下卧层的情况, 对于这种情况, 该如何进行竖向承载力验算, 《桩基规范》并没有明确。下面就双层软弱下卧层竖向承载力验算模型和计算方法提出笔者的认识和观点, 供分析参考。
2双层软弱下卧层验算方法
2.1 复合压缩模量法
2.1.1 模型分析
将桩全断面下桩基持力层和第一个软弱下卧层两部分视为一复合土层, 按厚度加权计算复合压缩模量, 然后根据《桩基规范》中关于单层软弱下卧层竖向承载力验算模型进行分析计算, 复合压缩模量法验算模型见图2。
2.1.2 计算方法
σz+γmz≤faz。
h=h1+t。
Esc= (Es·t+Es①·h1) / (t+h1) 。
其中, σz为作用于软弱下卧层②顶面的附加应力;γm为软弱层②顶面以上各土层重度 (地下水位以下取浮重度) 的厚度加权平均值;t为硬持力层厚度;h1为软弱下卧层①厚度;Esc为由桩全断面下桩基持力层和软弱下卧层①组成复合土层的压缩模量;Es, Es①分别为硬持力层和第一软弱下卧层的压缩模量;faz为软弱下卧层②经深度z修正的地基承载力特征值;A0, B0分别为桩群外缘矩形底面的长、短边边长;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值, 无当地经验时, 可根据成桩工艺按规范取值;θ为桩端硬持力层压力扩散角, 按表2取值。
2.2 应力扩散法
2.2.1 模型分析
应力扩散法双层软弱下卧层竖向承载力验算模型示意图如图3所示。对于软弱下卧层②的验算, 根据应力扩散原理, 先按压力扩散角θ1计算出作用于软弱下卧层①顶面的附加应力, 再根据压力扩散角θ2计算出作用于软弱下卧层②顶面的附加应力。
2.2.2 计算方法
应力扩散法对软弱下卧层竖向承载力验算, 关键是如何合理地选择压力扩散角。对于压力扩散角θ1的选取可根据《桩基规范》中单层软弱下卧层情况选取。参照《桩基规范》中关于压力扩散角取值的规定, 笔者认为, 压力扩散角θ2可按表3进行取值。
参照《桩基规范》, 建议按如下公式进行软弱下卧层②的竖向承载力验算。
σz+γmz≤faz。
其中, σz为作用于软弱下卧层②顶面的附加应力;γm为软弱层②顶面以上各土层重度 (地下水位以下取浮重度) 的厚度加权平均值;t为硬持力层厚度;h1为软弱下卧层①厚度;faz为软弱下卧层②经深度z修正的地基承载力特征值;A0, B0分别为桩群外缘矩形底面的长、短边边长;qsik为桩周第i层土的极限侧阻力标准值, 无当地经验时, 可根据成桩工艺按规范取值;θ为压力扩散角。
3结语
1) 与硬持力层紧相邻的软弱下卧层竖向承载力验算与《桩基规范》的计算模型相同, 根据《桩基规范》关于单层软弱下卧层验算模型和计算方法执行。2) 第二层软弱下卧层竖向承载力验算方法可用复合压缩模量法或应力扩散法。
摘要：针对规范没有明确实际工程中双层软弱下卧层竖向承载力该如何验算的问题, 根据单层软弱下卧层竖向承载力验算模型和计算方法, 提出了双层软弱下卧层竖向承载力验算模型和计算方法, 以积累桩基设计经验。
关键词：桩基,双层软弱下卧层,竖向承载力,验算方法
参考文献
[1]JGJ94-2008, 建筑桩基技术规范[S].
承载力层 篇4
贵州省遵义市某单位扩建工程2号办公楼由于原始地基质量比较差,对地基进行了碎石垫层换填,换填深度2.8 m,设计砂石比为3∶7(砂∶石),石子的粒径主要集中1 cm～2 cm。换填过程中进行分层夯实,分层厚度不大于30 cm,压实度为93%。为了保证工程的安全,对此碎石垫层进行了重型动力触探试验,以确定其地基承载力,对地基土作出评价。
1 工程实例分析
1.1 试验原理
重型动力触探试验是实际工程中一种常用的原位测试方法,基本原理是利用固定落距将一定规格的圆锥形探头的探杆打入土中,根据打入土中的阻力大小判别土层的变化,通过分析贯入一定深度所需的锤击数对土层进行力学分层,研究土层的物理和力学性质。一定深度的锥击数越多,则动贯入阻力越大,也就是说岩层承载力越高。圆锥动力触探适用于强风化、全风化的硬质岩石、各种软质岩石及各类土,根据锤击能量分为轻型、中型、重型和超重型4种。轻型、中型动力触探适用于一般粘质土及素填土;重型动力触探适用于中粗砾砂和碎石土;超重型动力触探适用于卵石、砾石类土。
1.2 试验工况
由于该工程的换填碎石垫层粒径主要集中在1 cm～2 cm,所以本次试验采用重型(N63.5)圆锥动力触探。根据施工现场情况以及建筑面积,在地基范围内随机选择6个有代表性的试验点(见图1),利用63.5 kg的重锤,落距(76±2)cm,探头为圆锥头,锥角60°,锥底直径74 mm,探杆外径为42 mm,试验时,穿心锤以76 cm的落距自由下落,锤击时应避免偏心及侧向晃动,本次试验锤击速率取20击/min,贯入器打入碎石垫层中10 cm后,开始记录每打入10 cm的锤击数,累计打入30 cm的锤击数为标准贯入击数N。当锤击已达到50击,而贯入深度未达30 cm时,可记录实际贯入深度终止试验。
重型动力触探各项指标见表1。
1.3 试验技术要求
为了准确而科学地取得试验资料数据,客观反映该碎石垫层地基的性能。本次试验根据SL 237-1999土工试验规程中“动力触探试验SL237-047-1999”进行,结合施工现场的情况,具体试验时应注意以下问题:
1)试验前将触探架安装平稳,使触探保持垂直地进行。垂直度的最大偏差不得超过2%,触探杆应保持平直,连接牢固。2)触探应有一定的预打深度,探头预打深度应视消除非正常贯入因素的影响而定。贯入时,应使穿心锤自由下落,落锤落距为(76±2)cm,地面上的触探杆高度不宜过高,以免倾斜与摆动太大。3)锤击速率宜为15击/min～30击/min,打入过程应尽可能连续,所有超过5 min的间断都应在记录中予以注明。4)探头进入预打深度后,及时记录每贯入10 cm所需的锤击数N63.5。5)每贯入10 cm所需锤击数连续3次超过50击时,即停止试验。
1.4 地基承载力评价
根据现场原位试验取得的数据,参考SL 237-1999土工试验规程,本次试验计算结果见表2。
设计要求,本工程碎石垫层承载力fk=220 kPa。根据重型(63.5 kg)圆锥动力触探测试结果,此单位扩建的2号办公楼地基碎石垫层的地基承载力fk=320 kPa,变形模量E0=21.3 MPa,满足原设计要求。
通过分析试验数据可以看出,不同试验点贯入相同深度的触探击数不同,说明各试验点的碎石垫层密度有差别,反映出该地基的均匀程度的差异性。
1.5 试验影响因素
重型圆锥动力触探的锤击能量(重锤重量与落距的乘积),一部分用于克服土对探头的贯入阻力,另一部分消耗于锤与触探杆的碰撞、探杆的弹性变形、克服探杆与孔壁土的摩擦,以及触探器贯入时地基土产生塑性变形所消耗能量、贯入时土的弹性变形消耗的能量等。根据以上特点并结合本次试验,其影响因素如下:
1)碎石垫层特性的影响:碎石垫层的密实度,颗粒大小,结构强度和抗剪性能等。
2)人为因素:试验过程中人工操作的准确程度以及人工采集数据可能造成的误差。
3)仪器的影响:仪器精度对试验有直接的影响。探头的形状,重锤的质量以及触探杆的性能,还有重锤和触探杆之间的摩擦阻力等都是重要的因素。
2结语
通过本次重型圆锥动力触探试验法对碎石垫层压实质量检验,获得了该换填碎石垫层的数据,代表了该地基的真实质量。为碎石地基检测提供了宝贵的经验,也取得了预期的结果。
1)对于天然的不良地基,根据地基承载力要求设计合理的砂石比,分层夯实层换填是一种有效的解决方法。
2)重型圆锥动力触探试验是一种经济、实用、方便、有效的地基承载力试验方法。该试验设备简单、易操作、成本低、时间快,取得了良好的经济效益和社会效益,值得推广。
3)利用动力触探法进行碎石垫层地基压实质量评定是可行的,该方法能够得出准确可靠的数据成果。不仅可以评价地基的承载力,还可以在一定程度上反映出地基的密度分布是否均匀。
重型动力触探试验结果说明该碎石垫层地基承载力满足设计要求,但是也反映出地基的均匀性存在差异。砂石比设计和分层夯实的分层高度都会影响换填效果。在实际工程中,建议采用更合理的砂石比和分层高度提高地基承载力和均匀性。
实际工程中会遇到一些比较复杂的地质情况,单单一个动力触探试验也许不能全面而准确的反映工程实际情况,所以建议加强重型圆锥动力触探与其他检测方法的对比和结合使用,如与静载荷试验联合检测,进行综合对比,总结提高经验认识水平,使重型圆锥动力触探检测的实用性和准确性进一步提高,有利于指导工程实践。
摘要：着重阐述了超重型圆锥动力触探的试验方法、基本原理、影响因素及试验中应该注意的问题,同时结合工程实践,简谈其在碎石地基检测中的应用,并提出一些建议。
关键词：动力触探,碎石垫层,地基承载力
参考文献
[1]SL 237-1999,土工试验规程[S].
[2]林宗元.岩土工程试验监测手册[Z].2005.
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承载力层 篇5
1 褥垫层的作用
1.1 保证桩土共同承担荷载
若复合地基不设置褥垫层,在上部荷载作用下,桩首先发挥作用。随着荷载的加大,桩产生向下的位移,桩间土开始逐渐分担荷载,但承担的份额较小。若桩体置于较好土层,桩承担的荷载将迅速增加,直至达到极限状态。桩端土进入塑性阶段,桩体继续下沉,新增荷载由桩间土承担。在整个承载过程中,桩间土的承载时间明显滞后于桩体。
设置褥垫层后,在荷载的作用下,桩体向上刺入褥垫层中,桩身产生负摩阻力,荷载由桩体和桩间土一起承担。随着荷载的增加,刺入量逐渐完成,再继续施加荷载,桩体无法向上刺入,上部负摩阻力区逐渐减小,复合地基的工作状态与不设置褥垫层时一致。
因此,褥垫层的设置使得桩间土提前进入工作状态,和桩体一起承担荷载。
1.2 有效调整桩土应力比
CFG桩的桩身模量远大于桩间土,通过垫层的作用,可以有效的减小桩土应力比。随着垫层厚度的增加,桩土应力比减小,最后趋近于1。通过调整垫层的厚度可以调节桩土应力比,以合理发挥桩、土的承载力。
1.3 改善基础底板的受力状态
CFG桩属于半刚性桩,若不设置褥垫层则桩对基础的应力集中明显,设计时需考虑桩对基础的冲切破坏,对基础进行抗冲切强度验算,基础的厚度和钢筋用量势必要增加。设置褥垫层后,桩对基础底板的应力集中明显减小,底板受力得到明显改善。
1.4 调整桩与桩间土水平荷载分担量
无垫层时,水平荷载主要由桩来承担。垫层厚度增加到一定数值后,垫层底面处的剪应力趋于一个定值,桩承担的水平荷载比例基本与面积置换率相当,水平荷载主要由桩间土承担。CFG桩桩体中不配置钢筋,抵抗水平荷载的能力较低,褥垫层的设置有利于保证桩体的安全。
1.5 调整地基变形
褥垫层技术最初应用在山区处理岩—土混合地基,当同一建筑物的基槽中地基岩土软硬差别很大时,在可压缩性较低的部位铺设一定厚度的褥垫层与压缩性较高的部位地基变形相适应,以减小沉降差,从而调整岩土交界部位的相对变形,避免由于应力过度集中而使建筑物墙体开裂。
以往的工程实践及数值分析证明,不同厚度褥垫层可影响桩土荷载的分担。在CFG桩复合地基中,可以通过调整褥垫层的厚度来消除地基的不均匀性,调整复合地基的变形。文献[3]中也简要介绍了通过调整褥垫层厚度解决变形的问题在工程中的成功范例。
2 垫层材料
垫层采用何种材料和其受力机理有关。若垫层刚度过大,则可将其看成基础的一部分;若刚度过小,又可将其看成桩间土的一部分。不管哪种情况,褥垫层都不能发挥其应有的效用。因此,应选择适当的材料,既保证在荷载作用下桩体能向上刺入褥垫层,又不使垫层产生过大的变形量,保证桩间土能充分发挥作用。目前,常用的垫层材料有碎石、级配砂石、粗砂、中砂。
3 垫层模量对复合地基受力性能的影响
垫层模量较小时,桩身任意深度处应力均小于模量较大者,降低垫层模量可缓解应力在桩身的集中程度,且深度越浅,影响越大。
随着垫层模量的减小,桩顶的正应力迅速减小,当模量达到一定数值时这种效果逐渐减弱。同时,桩顶以下某深度处桩体的最大应力值也逐渐减小,且减小幅度低于桩顶应力。
随着模量的减小,桩身最大应力点位置逐渐下移。在实际工程中,由于桩周土围护作用的增强,桩体的深层质量较浅层能够保证,桩身最大应力点位置的下移可减小复合地基发生浅层破坏的可能。若垫层模量过小,负摩阻区的长度也随之增大,将影响深处桩段摩阻力的发挥,在设计时应根据具体情况选值。
4 垫层厚度
4.1 垫层厚度的取值
褥垫层厚度过小,桩体将对基础产生很显著的应力集中,设计中就必须考虑桩对基础的冲切作用,基础厚度将随之增大。如果基础承受水平荷载,可能造成复合地基中桩体发生断裂。而且褥垫层厚度过小,桩间土的承载力不能有效发挥,要达到设计要求的承载力则必定要增加桩长或桩数。
文献[1]通过对复合地基进行数值分析说明,随着褥垫层厚度的增加,桩土应力比下降,在垫层厚度达到300 mm之后,出现拐点,垫层厚度对桩土应力比的影响急剧减小。当垫层厚度超过500 mm之后,垫层对桩土应力比的影响很小。因此,褥垫层厚度过大,设置桩体对于提高复合地基的承载力几乎没有意义,且过厚褥垫层产生的压缩量将加大基础的沉降量。大量的工程实践也证明,垫层设置在100 mm～300 mm之间,从技术上和经济上看看均较为适宜。
4.2垫层厚度对地基变形的影响
垫层厚度不同可以影响桩土荷载的分担,在CFG桩复合地基应用中,可以通过调整褥垫层厚度,消除地基不均匀性,使复合地基达到协调变形。
5结语
褥垫层技术是CFG桩复合地基的一项核心技术,不设置褥垫层,基础不能发挥桩间土的承载作用。采用不同厚度、不同模量的褥垫层可有效减少基础的沉降差和沉降量。
参考文献
[1]黄生根.CFG桩复合地基现场试验及有限元模拟分析[J].岩土力学,2008(5):1275-1279.
[2]李宁,韩煊.复合地基中褥垫作用机理研究[J].岩土力学,2003(3):10-15.
[3]李晓岑,姚文宏.褥垫层在CFG桩复合地基中机理的探讨[J].地基基础,2002(8):65-67.
承载力层 篇6
1 工程概况
1.1 旧路技术标准和路面结构
潭耒高速公路旧路的主要技术指标为:路基宽度:28 m, 设计时速:120 km/h, 行车道宽:2×7.5 m, 停车视距:210 m, 最小平面曲线半径:1 000 m, 最大纵坡:3%, 桥涵设计荷载:汽—超20, 挂—120。2000年12月26日开放交通试运营。潭耒高速公路全线采用水泥路面, 原水泥路面结构典型横断面见图1。水泥路面结构由下至上分别由15 cm 4%水泥稳定砂砾底基层+17 cm 6%水泥稳定砂砾基层+沥青封层+27 cm C40混凝土面层, 混凝土板接缝设置了传力杆。
1.2 共振碎石化试验路加铺层结构方案
为了给湖南省高速公路水泥混凝土路面改造项目提供比选方案, 在广泛论证的基础上, 经湖南省交通运输厅批准立项, 在潭耒高速公路提质改造工程 (一期) 项目中修筑了半幅1.3 km的共振碎石化后直接加铺沥青面层的试验路段, 共振碎石化的路面结构方案及各层的参数取值如表1所示。
1.3 交通量分析和弯沉计算
旧水泥路面共振破碎加铺沥青面层结构, 按沥青路面多层弹性体系模型进行理论计算。参照京港澳高速公路湖南耒宜段沥青路面设计弯沉值Ld=18.51×10-2mm, 反算出设计年限内一个车道上的累计当量轴次数为3 578.69万次, 属特重交通。
共振破碎后结构转变为柔性结构, 根据JTG D50-2006公路沥青路面设计规范规定路面结构类型系数Ab取1.6, 公路等级系数取1.0, 面层类型系数为1.0, 计算出设计弯沉Ld=29.6×10-2mm。
2 共振碎石化层模量确定
旧水泥路面共振碎石化后仍然是承重层, 沥青加铺层主要起表面功能、减小温度效应和减缓荷载应力水平作用[4], 共振碎石化层回弹模量比水泥混凝土板的模量小很多, 故碎石化后加铺沥青面层的弯沉值比直接加铺沥青面层弯沉值大很多。
现行的规范对碎石化后的回弹模量的参数的取值尚无明确的规定。本文按现行规范的要求, 采用承载板法对共振碎石层的回弹模量进行了测定, 然后采用10 t钢轮压路机碾压2遍~3遍, 使表面松散的颗粒稳定下来, 再进行测定对比。在摊铺沥青面层以前, 待乳化沥青同步碎石封层破乳以后再进行回弹模量的测定以检验碎石层板结效果。其分析计算结果如表2所示。
由上述的实测结果可以看出:
1) 回弹模量的离散性较大。主要原因是混凝土面板在不同的年份内换过, 混凝土板的品质相差较大, 其强度也存在较大的差异。在共振碎石化的时候无法及时调整共振频率, 造成混凝土板的共振效果相差较大。共振效果好的回弹模量适合, 共振效果差的回弹模量较大。2) 经过钢轮压路机压过以后, 碎石被压紧, 其回弹模量有显著提高。其计算结果与级配碎石相近。3) 洒铺乳化沥青, 待乳化沥青破乳后对共振破碎后的上层碎石有一定的板结作用, 碎石的板结可提高回弹模量。4) 碎石化层性质与级配碎石相近, 但共振碎石化层的回弹模量较级配碎石大, 如按照级配碎石进行取值会超出规范规定的上限值。
MPa
3 加铺路面结构承载能力计算
采用软件HPDS-2011进行计算时, 采用改建的高速公路模式进行承载能力计算。改建前原路面的当量回弹模量按照旧水泥混凝土路面的基层当量回弹模量进行取值, 用路面的设计弯沉值和各层的层底容许拉应力进行厚度的验算和设计, 分别进行了粗粒式沥青混凝土AC-30和共振碎石化层厚度的计算。
共振碎石化层的回弹模量分别取共振破碎后、光轮压路机碾压过后、洒铺乳化沥青后三种情况的平均值, 取463 MPa, 656 MPa和988 MPa进行计算。其结果如表3所示。
计算分析结果表明:
1) 采用上述的加铺方案, 共振碎石化层回弹模量取测量的最小值时也可满足小于设计弯沉值 (0.296 mm) 的要求, 故4 cm SMA+6 cm AC-20+10 cm AC-30的方案可行。
2) 共振碎石化层的模量值对路表弯沉的影响较大。随着回弹模量值的增大, 弯沉值会减小。回弹模量增大一倍, 弯沉值减小17%。
4 共振碎石化试验路后续弯沉检测
现行的JTG E60-2006公路沥青路面设计规范规定采用弯沉代表值进行评定[5], 即采用下式进行计算:
其中, l0为路段的代表弯沉值, 0.01 mm;为平均弯沉值, 0.01 mm;S为弯沉标准差, 0.01 mm;Za为保证率系数, Za取1.645;K1, K2, K3分别为季节影响、湿度影响以及温度修正系数。
试验段在加铺沥青面层后, 利用贝克曼梁按规范的要求进行了2次弯沉测试 (沥青加铺层修筑完成之后、通车3个月) , 由于弯沉测定的结果变异性较大, 故上式计算出的弯沉值较大, JTG F80/1-2004公路工程质量检验评定标准规定可将超出的弯沉特异值舍弃[6], 重新计算平均值和标准差。测定和计算结果如表4所示。
由上述的实测结果可看出:
1) 共振碎石化试验路段弯沉值较未破损前路面大, 说明碎石化效果良好, 原水泥路面起到了柔性基层的作用。
2) 实测弯沉值较计算弯沉值大, 其值与设计弯沉值相差不多。特异值对路面弯沉值的影响很大, 必要时需对特异值剔除。
3) 经过三个月的行车荷载作用以后, 测定其弯沉值明显变小, 主要原因是共振破碎的碎石在行车荷载作用下进一步挤密, 使测得的弯沉值变小。
5 结语
1) 共振碎石化模量与共振破碎的效果 (破碎后的粒径、均匀程度等) 有很大关系。洒铺乳化沥青有助于表层碎石板结提高回弹模量。2) 在国内外研究中, 共振碎石化层回弹模量按照什么材料进行取值还没有一个明确的标准。本文是按照级配碎石进行取值, 实测共振碎石化层回弹模量超出规范规定的级配碎石模量上限值, 造成实际测定弯沉与计算弯沉不符。3) 采用弯沉指标评定承载能力, 实测值与计算弯沉值相差不多。经过车辆荷载作用后共振破碎层可进一步压实, 可减小其弯沉值。
摘要：以某工程实例为依托, 对共振碎石化的承载能力进行了探讨, 采用承载板法分别对共振破碎后、碾压后、透层沥青破乳后的回弹模量进行测定, 分析了共振碎石化层取不同模量时承载能力变化规律, 并根据试验路实体工程的实测数据进行了分析论证, 为后续的旧水泥混凝土路面改造提供参考。
关键词：道路工程,共振碎石化,弯沉代表值,回弹模量,HPDS计算
参考文献
[1]周富杰, 孙立军.复合路面荷载型反射裂缝的力学分析和试验路验证[J].土木工程学报, 2002, 2 (1) :50-56.
[2]李建法.高速公路水泥混凝土路面改造工程共振机械碎石化施工技术与应用[J].公路, 2011, 7 (7) :53-55.
[3]候利国, 沈建荣, 吕伟民.混凝土面板碎石化后承载能力的评定[J].中外公路, 2006, 26 (1) :61-63.
[4]徐柱杰, 凌建明, 黄琴龙.旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研究[J].中国公路学报, 2008, 21 (5) :26-32.
[5]JTG E60-2006, 公路沥青路面设计规范[S].