强夯块石墩复合地基承载力计算方法研究

强夯块石墩复合地基承载力计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 强夯块石墩复合地基承载力计算方法研究 第31卷,第5期 2006年10月 中南公路工程 Cen—— tralSouthHighwayEngineering Vo1.31,No.5 Oct.,2006 强夯块石墩复合地基承载力计算方法研究 张玲,赵明华,杨明辉 (湖南大学岩土:【程研究所,湖南长沙410082) [摘要]在深入探讨块石墩复合地基承载机理的基础上,针对块石墩受力和变形特性,考虑墩周土体及其上 作用竖向荷载对墩体极限承载力的影响,基于Vesic圆孔扩张理论,导出块石墩单墩体极限承载力计算公式,进而 提出一种新的更为合理的强夯块石墩复合地基承载力计算方法.最后通过一具体工程实例,验证了方法的可行性. [关键词】强夯;块石墩;复合地基;承载力 [中图分类号]U443.15[文献标识码】A[文章编号】1002—1205(2006)05—0001—04 StudyonBearingCapacityCalculationMethodofComposite FoundationFormedbyHeavilyRammedStone-piers ZHANGLing,ZHAOMlnghua,YANGMinghui (GeotechnicalEngineeringInstitute,HunanUniversity,Changsha410082China) [Abstract]Thebearingcapacityofcompositefoundationwhichwasformedbyheavilyramm ed stone-pierswasdiscussedinthispaper.Then,basedontheVesiccavityexpansiontheory,anuh imate bearingcapacitycalculationmethodforsinglestone—pierisdeveloped.Thismethodcanconsiderthein- fluenceonultimatebearingcapacityofstone-pier,whichwascausedbythesurroundingsoila ndthever- ticalloadonit.Finally,tovalidatethemethodproposedinthispaper,acasehistorymentionedis ilhs- trated.Thecalculationresuhofacasehistoryshowsthatthecalculatedvalueismuchclosedtot heob- servedvaluebasedonthemethodinthispaper. [Keywords]dynamiccompaction;stonepier;compositefoundation;bearingcapacity 0前言 强夯块石墩复合地基继承了碎石桩及强夯压实 复合地基的优点,施工工艺简单,方便,兼有强夯置 换和排水固结加固软土地基的优越性.在深圳等沿 海地区得到了广泛应用?.然而强夯块石墩复合 地基是一种较新型的地基处治形式,而且天然软土 力学特性极为复杂,影响墩土相互作用的因素繁多, 有关强夯块石墩复合地基加固机理至今尚缺乏统一 认识,设计计算尚无 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 可循. 强夯块石墩复合地基承载力计算是其设计计算 中的主要部分.目前,确定其承载力的方法主要有: 载荷试验法,理论计算法和 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 类比法.但由于载 荷试验费用高,时间长,因而除复杂工程外,通常多 采用理论计算法确定其承载力.本文在深入探讨块 石墩复合地基加固机理的基础上,针对强夯块石墩 复合地基的受力和变形特性,基于圆孔扩张理论,提 出一种新的更为合理的强夯块石墩复合地基承载力 计算方法,并将之应用于工程实践. 1强夯块石墩复合地基加固机理 1.1基本作用原理 强夯块石墩复合地基是以强夯置换法为基础, 利用强夯将地基土挤密或排开后,夯入石料,砂料 等,形成密实的柱状块石墩,墩体与墩间土一起形成 复合地基(见图1). 强夯块石墩复合地基加固作用可归纳如下: ?振实压密作用:在巨大的夯击能作用下,土 体强制压缩和振密,体积压缩;同时置换体(块石 墩)也对周围土体产生挤密作用. ?排水固结作用:强夯过程中产生土体裂隙, 并与强夯块石墩体形成良好的排水通道,可加速土 [收稿日期]2006—06—26 [基金项目]国家自然科学基金(50378036) [作者简介]张玲(1982一),女,浙江台州人,博士研究生,主要从事复合地基的研究. 2中南公路工程31卷 图1强夯块石墩复合地基示意图 Figure1Schematicdiagramofthecompositefoundation 体固结,提高地基强度,减小沉降量. ?动力置换作用:以高强度,低压缩性强夯块 石墩替代原有低强度,高压缩性的软土. 地基土性质不同,其加固机理也不尽相同.对 于饱和粘性土来说主要是通过置换加筋作用和排水 固结作用来提高地基强度,而对于非饱和土,则主要 是置换作用和振密挤压作用. 1.2复合地基受力特性 在强夯块石墩复合地基中,所承受的荷载由强 夯块石墩和墩间土共同承担.由于块石墩压缩模量 较墩间软土大,地基应力向墩体集中,墩体分担了大 部分基底传下来的荷载. 强夯块石墩和碎石桩体在成桩工艺上有所区 别,但成墩(桩)后其边界条件相同,即散体墩(桩) 体是依靠墩(桩)周土对墩(桩)体的约束作用和自 身摩阻力才使墩(桩)体不至于散开,理论上都属散 体桩.故与散体桩类似,块石墩体的承载力主要 取决于墩周围土体的侧限压力,墩周土可发挥的对 墩体的侧向压力对块石墩复合地基的承载力起着关 键作用. 1.3复合地基变形特性 由于强夯块石墩的墩体比较粗短,深径比一般 为3—4左右,墩体经过夯实后密度较大,轴向荷载 作用下可能发生以下3种破坏形式:?剪切破坏; ?刺入破坏;?鼓胀破坏,但以?最为常见. 此外,由于组成墩体的材料为无粘结性,墩体本 身的强度随深度而增加,随深度增加的墩间土抵抗 桩体鼓出的阻力也增加,在深部发生鼓出破坏的可 能性变小.因此,最易产生鼓出破坏的部位在墩的 匕端. 2复合地基竖向承载力计算方法 2.1圆孔扩张理论计算单墩体极限承栽力 荷载作用下,块石墩发生侧向鼓胀变形,对墩周 土体产生挤压作用.墩周土体的受力过程可视为圆 孑L扩张课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,采用Vesic圆孑L扩张理论进行求解. 图2为圆孑L扩张理论计算模式.土体在圆孑L扩张 f 图2圆孔扩张理论计算模型 Figure2Computationmoduleofthecavityexpansiontheory 力作用下,圆孑L周围土体从弹性变形状态逐步进入 塑性变形状态.随着荷载增大,塑性区不断发展. 极限状态时,塑性区半径为r,圆孑L半径由r0扩大 到r,圆孔扩张压力为盯..此时,散体材料桩的 极限承载力为: Ppf:utan45.+字)(1) 式中:盯为桩周土体对桩体的约束力,即为圆孑L 扩张压力极限值;为墩体材料的内摩擦角. 根据Vesic圆孔扩张理论,采用孑L内压力极限 值求解方法可得墩周土可发挥的对墩体的侧向压力 极限值为: r盯p=C(In,,+1)(=0) {盯pru=(q0+ccot)(1+sin)×l 帅【[1rr see]赢一ccot(?0) (2) lr=G.,,,= 以上各式中:C为土体不排水抗剪强度;J,为 土体的刚度指标;g.为土体的初始应力;c为土体的 粘聚力;为土体的内摩擦角;Irr为修正刚度指标;G 为土体剪切模量;?为塑性区平均体积应变. 2.2单墩体极限承栽力计算新方法 由上述分析可见,Vesic圆孑L扩张理论在计算单 墩体极限承载力时,并未考虑墩周土上作用的荷载 对墩体极限承载力的影响.但实际上,墩周土体上 作用荷载,增强了墩周土体对墩体的侧限约束,从而 可提高墩体的极限承载力.因此采用常规的圆孑L扩 张理论计算低估了单墩的极限承载力,宜在其计算 第5期张玲,等:强夯块石墩复合地基承载力计算方法研究3 过程中计入墩周土上作用荷载所引起的极限承载力 的增值. 2.2.1计算模型及假定 如图3所示的强夯块石墩复合地基,墩径d= 2,单墩加固范围可由墩间距和布墩方式按d= 2r=cSd确定,式中Sd为桩间距,采用三角形布 桩时,c=1.05,正方形布桩时,c=1.13. 图3碎石墩复合地基 Figure3Stone—piercompositefoundation 取其中某根墩及其加固范围内的土体所形成的 同心圆柱体为研究对象(见图3).为简化计算,作 如下假定: ?块石墩达到极限承载力状态时强夯块石墩 复合地基达到其极限平衡状态; ?墩体鼓胀破坏区位于墩顶附近,墩体鼓胀破 坏段长度h=2r.tan8,其中r0为墩体半径,6=45. +/2,.为墩体材料的内摩擦角. 2.2.2单墩体极限承载力计算 计算散体单墩极限承载力一般公式如下: Ppftan45.+)(3) 考虑墩侧环形土体上作用荷载对墩体约束力的 提高作用,则墩周土能提供的侧向极限应力Or可 由两部分组成(见图4),即: orru=orpru+or(4) 式中:or.为仅墩体作用荷载,墩周土所发挥的侧 向极限应力,可由式(1)计算;or.为仅墩周土上作 用荷载时,墩周土所发挥的侧向极限应力. 单根块石墩的加固范围为墩周圆环土,墩周圆 环土上作用荷载将会在墩周产生大小相等的径向约 束力,故可取其中的任意一点O点进行分析.显 然,能对O点产生径向约束力是过O点的切线与影 响圆共同构成的区域范围内的荷载,如图5阴影部 分所示. 图4墩体极限承载力计算模型 Figure4Computationmoduleoftheultimatebearingcapaci— tyofthepier , 一 ——一 图5影响面积 Figure5influencearea 由布辛奈斯克弹性理论解可得,墩周土上作用 荷载引起的侧向约束力的增值为: %= {窘+-1-32tx× l‰RR等一RR等1)?l(十:)(+:)lI一 其中:R=++z 式中:Ao为阴影部分面积,A0;0.5r(Ot+sinOt);or 为如图5所示的圆心角,.为深度方向. 因上式积分比较繁琐,为简化起见,假定土体同 一 水平面上因某竖向荷载在墩周土引起的侧向约束 力的增值与荷载作用点到墩周的距离呈线性变化, 则可将阴影部分的均布力等效为一集中力Q,其大 小为Q=p.,作用点为阴影部分的形心A点.则 式(5)可简化为: = f+-1-32txorsru×_J.13× lR一R,:一Z22D^(2R+:)l1 lR(JR,+.)R.(尺,+:)JJ 4中南公路工程31卷 {[c—一+ —— (R,一一)I(6)XOAj 其中:R=+h 式中:.为形心A点距Y轴的距离,XOA=? . 3Ot 虬" 吖P. 2.2.3墩间土体竖向应力计算 通常复合地基墩间土极限承载力取相应的天然 地基极限承载力值,有时要考虑墩体设置造成的影 响.天然地基极限承载力除了直接通过荷载试验, 以及根据土工试验资料查阅有关规范确定外,常采 用Skempton极限承载力公式进行计算.Skempton 极限承载力公式为: Psf=CuN1+o.2)(+o.2)十yD (7) 式中:D为基础埋深;C为不排水抗剪强度;N.为 承载力系数,当妒=0时,N.=5.14;为基础宽度; 为基础长度. 2.2.4复合地基承载力计算公式 强夯块石墩复合地基的承载力通常可由下式计 算: Pspk=mp.k+(1一m)卢Psk(8) 式中:m为面积置换率,Ppk为墩体承载力特征值, 等于ppf/2,Ppf由式(3)确定;pk为墩间土承载力特 征值,等于pf/2;p可根据2.2.3节确定. 3计算实例分析 为验证本文方法的可行性,对深圳市沙河西路 市政工程复合地基承载力进行设计计算.各土层的 地基计算指标是根据野外 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 贯人试验(N?)及 室内土工试验结果所得,各土层主要参数见表1. 表1各土层主要物理力学性质指标 Table1mainphysical—mechanicalpropertyofthesoils 土层名称凝 淤泥(Q)281060 砾砂(Q)6.51025300 砾砂混粘枉土(Qmc)61528210 堡重里圭I::)_.一!!!一一一 该强夯块石墩复合地基采用正方形布置.墩间 距为2.5m×2.5m,块石墩墩径为1.4m.计算中 取墩体材料内摩擦角妒=380o最终的设计计算结 果见表2. 表2复合地基承载力计算位与试验值的对比 Table2Comparisonbetweentestedandcalculateddataof bearingcapacityofcompositefoundation 可见本文的方法更接近试验值,而Vesic圆孔 扩张理论则低估了强夯块石墩复合地基的承载能 力. 4结语 ?本文在深入探讨强夯块石墩复合地基承载 机理的基础上,针对其受力和变形特性,提出了基于 圆孔扩张理论的块石墩单墩体极限承载力确定方 法,进而提出一新的计算强夯块石墩复合地基承载 力方法. ?本文的计算方法与Vesic圆孔扩张理论方法 相比,考虑了墩周土及其上竖向荷载的约束作用,更 符合受力的实际情况. ?最后将本文方法应用于某工程实例,理论与 实测值吻合较好,表明本文方法是可行的. [参考文献] [1]张学武,阮文保.强夯块石墩复合地基的应用[J].工程技术, 2000.(3):3336. [2]杨志刚.强夯块石墩复合地基在软基处理中的应用[J].中外 公路,2002,22(2):30—32. [3]姚裕昌,万超,欧阳.等.强夯块石墩复合地基的实践与研 究[J].地基处理,2000,11(4):12,18. [4]王絷.卢天寿.强夯块石墩复合地基沉降计算及应用研究 [J].陕西建筑,2001,(1):39—42. [5]PanJ.L.&SelbyA.R..SimulationofDynamicCompa— etionofLooseGranularSoils[J].AdvancesinEngineering software.2002,33(7—10):631640. [6]杨顺蜜,刘虎中,张学武,等.强夯块石墩复合地基承载力的确 定[J].地质科技情报,1999.18(2):65—68. [7]王家远,黄杰台.碎石桩复合地基承载力和沉降若干问题[J]. 土工基础,1996,10(1):1—7. [8]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,2002.116,120. [9]杨涛.复合地基沉降计算理论,位移反分析模型和二灰土桩 软基加固试验研究[D].南京:河海大学,1997. [1O]龚晓南.地基处理技术发展与展望[M].北京:中同水利水电 ,B版社,2004.145.