基于原位旁壓試驗(yàn)的地基非線性沉降計(jì)算

變剛度計(jì)算方法中國建筑地基建設(shè)規(guī)范（gb5007-2002）（以下簡稱“規(guī)范”）明確規(guī)定，建筑物的基本變形不應(yīng)大于基本變形的邊界值。國內(nèi)外大量資料已經(jīng)證實(shí):用壓縮模量很難解決地基變形計(jì)算問題?！兑?guī)范》規(guī)定沉降計(jì)算應(yīng)乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù),這些系數(shù)變化幅度比較大,而且他們所依據(jù)的參數(shù)不穩(wěn)定,修正結(jié)果也很難滿足設(shè)計(jì)要求。改進(jìn)地基變形計(jì)算的癥結(jié)在于尋求能表示壓力和變形關(guān)系的新參數(shù)。楊光華在文獻(xiàn)中提出了地基非線性沉降計(jì)算的原狀土切線模量法,采用切線模量對(duì)地基進(jìn)行分層總和法計(jì)算,經(jīng)實(shí)踐證明該方法是一個(gè)具有較高精度的地基沉降計(jì)算方法。由原狀土切線模量法可知,計(jì)算地基沉降的切線模量是根據(jù)原狀地基的載荷試驗(yàn)曲線,建立原狀土的切線模量與荷載水平關(guān)系的切線模量方程來確定的。眾所周知,在成層地基土中進(jìn)行載荷試驗(yàn),其p-s曲線往往受到相鄰地層性狀的影響,另外載荷試驗(yàn)還容易受到深度、廣度、費(fèi)用等方面的限制。而旁壓試驗(yàn)簡單易操作、測(cè)試時(shí)間短,且能獲得成層地基中深部各層土體的參數(shù)。故本文基于旁壓試驗(yàn)結(jié)果,利用其推求平板載荷試驗(yàn)曲線,并結(jié)合楊光華提出的原狀土切線模量法進(jìn)行沉降計(jì)算。1基于原位旁壓試驗(yàn)的地基非線性沉降計(jì)算方法對(duì)旁壓試驗(yàn)p-v曲線與平板載荷試驗(yàn)p-s曲線進(jìn)行比較分析,可以看出兩者有著驚人的相似,都可以分成類彈性區(qū)、塑性發(fā)展區(qū)和塑性區(qū)3個(gè)變形階段。作者根據(jù)這個(gè)思路采用旁壓試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確推求出了載荷試驗(yàn)p-s曲線,這在文獻(xiàn)中有著詳細(xì)的論述。根據(jù)原位旁壓試驗(yàn)的結(jié)果,并結(jié)合原狀土切線模量法,提出了基于原位旁壓試驗(yàn)的地基非線性沉降計(jì)算方法。其思路與步驟如下:1)根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)情況,在每層土層中都布置至少1個(gè)旁壓試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn),對(duì)每層土中的旁壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整理,求出每層原狀地基土的旁壓試驗(yàn)特征參數(shù)。2)根據(jù)每層土體的旁壓試驗(yàn)特征參數(shù),應(yīng)用以下公式求出每層土體相對(duì)應(yīng)的載荷試驗(yàn)p-s曲線。S=ω(1?μ)?B?a2?lnVc+△VVc+△V0mS=ω(1-μ)?B?a2?lnVc+△VVc+△V0m式中μ為土的泊松比;Vc為旁壓器測(cè)試腔(中腔)體積;△V0m為近似直線段中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的體積增量;B為荷載板直徑或?qū)挾?ω為沉降影響系數(shù),對(duì)剛性方形壓板取0.88,剛性圓形壓板取0.79。3)由每層土體的p-s曲線,結(jié)合原狀土切線模量法,建立每層土體的切線模量與荷載水平關(guān)系的切線模量方程,對(duì)地基不同點(diǎn)根據(jù)其荷載水平由切線模量方程確定計(jì)算點(diǎn)原狀土的切線模量,用該切線模量代替分層總和法中的壓縮模量對(duì)地基沉降進(jìn)行計(jì)算。2工程實(shí)例應(yīng)用2.1特殊的樁頂調(diào)節(jié)裝置廈門嘉益大廈工程由2棟對(duì)稱布置的30層住宅組成。其下部通過2層地下室和3層裙房連成整體。建筑物總高度為94m,地下室埋深為10.5m。此工程大廈地下室寬為41.4m、長為81.4m?；A(chǔ)埋深為d=9.4m。通過深、寬修正,同時(shí)考慮底板的應(yīng)力擴(kuò)散,縮小了板底的平均壓力。使天然地基承擔(dān)絕大部分的上部結(jié)構(gòu)荷載,不足部分由主樓下引入少量的樁(共布置了65根直徑為900mm、有效長度為10m的人工挖孔樁)來承擔(dān)。在本工程中,與以往的沉降控制復(fù)合樁基不同,主要起控制建筑物總沉降以及承受大部分荷載的還是土,樁只是補(bǔ)充了基礎(chǔ)承載力的不足,確保了承載力的安全儲(chǔ)備。在樁頂設(shè)置了一種特殊的可調(diào)節(jié)樁的支撐剛度的樁頂調(diào)節(jié)裝置,既保證了各樁頂部與基礎(chǔ)底板可靠連接和可靠傳力,又保證使原先各樁支撐剛度由大小非常懸殊改變上下變化幅度不大于20%。本工程場地地層自上而下為:①人工填土;②新近沖積層;③海積層;④沖積粉質(zhì)粘土;⑤坡積粘土。以上各地層均在地下室基坑開挖深度之內(nèi)。⑥花崗巖殘積砂質(zhì)粘土:埋藏深度為1.2～9.1m,將該土層按物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步劃分為A、B、C三個(gè)亞層,總的變化規(guī)律為土層隨深度增加而逐漸變好。⑦燕山期花崗巖:為擬建場地基巖。該工程主要受力土層基本物理力學(xué)指標(biāo)如表1。基礎(chǔ)底面標(biāo)高處的自重應(yīng)力為104kPa,由土壓力觀測(cè)可知,建筑物封頂后主樓基底平均壓力為150kPa,因此基底附加應(yīng)力p0=150-104=46kPa。2.2沉降計(jì)算過程采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)的公式計(jì)算地基沉降。附加應(yīng)力p0=46kPa,取1棟主樓進(jìn)行計(jì)算L/B=1,B=40m。其具體計(jì)算過程如表2。基礎(chǔ)中心的計(jì)算沉降:S=464.2118=193.744(mm)。驗(yàn)算沉降計(jì)算深度,由于B=40m﹥30m,所以△z=1.5m。其計(jì)算過程如表3。△sn/∑i=1n△si=0.0893/4.2118=0.021＜0.025△sn/∑i=1n△si=0.0893/4.2118=0.021＜0.025。根據(jù)規(guī)范要求,滿足沉降計(jì)算深度。經(jīng)計(jì)算沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)壓縮模量的當(dāng)量值,Esˉˉˉˉ=6.2(MPa)Esˉ=6.2(ΜΡa),查規(guī)范可得沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψ=0.78,則基礎(chǔ)中心的最終沉降為151.1(mm)。2.3文化性質(zhì)參數(shù)確定應(yīng)用本文提出的方法利用旁壓試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算每層地基土體的p-s曲線,然后采用本文提出的地基非線性沉降計(jì)算方法計(jì)算地基的沉降。對(duì)于A亞層:采用文中的方法計(jì)算相應(yīng)壓力下的沉降值S值,推求出相應(yīng)的載荷試驗(yàn)p-s曲線,其計(jì)算結(jié)果如圖1。對(duì)于B亞層:采用同樣的方法,其計(jì)算結(jié)果如圖2。對(duì)于C亞層:其計(jì)算結(jié)果如圖3。根據(jù)原狀土切線模量法,由上述得到的p-s曲線來確定各土層的強(qiáng)度與變形參數(shù):A亞層:c=40.2kPa,φ=24,曲線的初始切線模量為E0=19MPa;B亞層:c=56kPa,φ=26,曲線的初始切線模量為E0=30MPa。C亞層:c=67kPa,φ=26,曲線的初始切線模量為E0=81MPa。P按矩形荷載下布辛奈斯克彈性應(yīng)力分布求得;pu值按上述方法求得的c、φ值用文獻(xiàn)(2-11)式考慮埋深時(shí)q=γh的影響而求得;取Rf=1.0計(jì)算。分層厚度按0.5m考慮,荷載增量分級(jí)取△p=15kPa,計(jì)算深度至基礎(chǔ)底以下35m,35m以下為場地基巖,巖層的沉降忽略不計(jì)。計(jì)算結(jié)果如圖4?；A(chǔ)基底附加應(yīng)力為46kPa,查圖4可知,P=46kPa時(shí),S值為38.76mm。因此,采用本文提出的地基非線性沉降計(jì)算方法計(jì)算得到本工程的地基沉降為38.76mm。3沉降成果的獲得由建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果可知,建筑物封頂時(shí)平均沉降為27mm,竣工1.5年后的平均沉降為37mm(目前建筑物沉降已經(jīng)收斂)。由以上計(jì)算結(jié)果可見,用這種新方法計(jì)算的沉降量(38.76mm)與實(shí)測(cè)結(jié)果較接近,而用壓縮模量按規(guī)范的分層總和法計(jì)算的基礎(chǔ)中心點(diǎn)沉降為151.1mm,與實(shí)測(cè)沉降量比較則明顯偏大很多,說明新方法是符合實(shí)際的。地基沉降計(jì)算的準(zhǔn)確與否關(guān)鍵是在于獲取原狀土體的變形與強(qiáng)度參數(shù)。目前,雖然土體的本構(gòu)理論已取得很大進(jìn)步,但是仍無法較好解決原狀土參數(shù)的獲