超載預(yù)壓法的超載比及卸載時(shí)間控制研究

楊獻(xiàn)永

1 概述

我國(guó)沿海和內(nèi)陸地區(qū)廣泛分布著湖泊,湖泊以及河相沉積的軟黏性土層。這種土層的特點(diǎn)是含水量大,壓縮性高,強(qiáng)度低,透水性差,且不少情況埋藏深厚。由于其壓縮性高,透水性差,在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沉降和沉降差,而且沉降差的時(shí)間延續(xù)很長(zhǎng),有可能影響公路的正常使用。另外,由于其強(qiáng)度低,地基承載力和穩(wěn)定性往往不能滿(mǎn)足工程要求。因此,這種地基通常要采取處理措施,預(yù)壓排水固結(jié)就是處理軟黏土地基的有效方法之一。其中超載預(yù)壓閾值問(wèn)題的解決,會(huì)使得工程在滿(mǎn)足沉降要求的前提下節(jié)省不必要的時(shí)間和物力上的浪費(fèi),提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 超載預(yù)壓的一般原理

超載預(yù)壓法是在擬建的結(jié)構(gòu)物施工以前就對(duì)軟基施加超載進(jìn)行預(yù)壓,使結(jié)構(gòu)物在使用期間發(fā)生的沉降絕大部分在預(yù)壓期間完成,并使軟基土的抗剪強(qiáng)度得到提高。為了加快排水過(guò)程,超載預(yù)壓一般可以結(jié)合砂井,塑料排水板等排水體一起使用。這樣可以縮短預(yù)壓時(shí)間,提高固結(jié)度的增長(zhǎng)速率。荷載部分一般采用填土、蓄水池充水和真空預(yù)壓等方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)抗剪強(qiáng)度低的軟弱土可采用分級(jí)加載的方式進(jìn)行,逐步提高地基土的抗剪強(qiáng)度,防止超載作用下地基土的失穩(wěn)。用預(yù)壓排水固結(jié)法處理軟弱地基時(shí),為了縮短預(yù)壓時(shí)間,往往采用超載預(yù)壓。超載預(yù)壓法是處理這種地基的方法之一。超載預(yù)壓的效果可以從超載卸除后地基在建筑物荷載作用下的后續(xù)變形的大小得到反映,后續(xù)變形小,則處理效果就好。對(duì)某種確定的地基土來(lái)說(shuō),后續(xù)變形的大小與超載比和荷載作用時(shí)間有直接的關(guān)系,就目前超載預(yù)壓的設(shè)計(jì)理論來(lái)看,選擇合適的超載比和荷載作用仍是值得探討的問(wèn)題,本文通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),對(duì)超載預(yù)壓法的超載比和荷載作用進(jìn)行研究。

3 超載預(yù)壓法的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究

作者通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn),對(duì)軟黏土的超載預(yù)壓進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,得出了最佳超載作用時(shí)間top與超載比的關(guān)系曲線(見(jiàn)圖1),擬合曲線如下式:

其中,top為最佳超載作用時(shí)間,即地基經(jīng)過(guò)超載預(yù)壓后,在使用期限內(nèi)所產(chǎn)生的后續(xù)沉降為容許沉降值時(shí)所對(duì)應(yīng)的超載作用時(shí)間;PS/Pf為超載比;A,B,β均為擬合常數(shù)。圖1表明,隨著超載比的增大,top迅速下降,并逐漸趨于某一漸進(jìn)值,這個(gè)結(jié)論對(duì)工程有一定的參考價(jià)值。

4 土的物理力學(xué)參數(shù)

屬于淤泥質(zhì)黏土,物理參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土的物理力學(xué)參數(shù)

表1中C,φ值是在直剪儀上做的固結(jié)快剪結(jié)果。經(jīng)計(jì)算,天然土樣的飽和度為95%。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

5.1 后續(xù)變形與超載作用時(shí)間的關(guān)系

對(duì)某一超載量PS,將不同的超載作用時(shí)間ts及其對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)后續(xù)變形Sr繪于半對(duì)數(shù)坐標(biāo)上,如圖2a),b),c),d),e)所示。由圖2可知,時(shí)間ts越大,總的趨勢(shì)是Sr越小。近似用雙曲線的關(guān)系來(lái)描述:

其中,a,b均為待定常數(shù),PS不同,a,b也不同。

用最小二乘法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)按式(2)進(jìn)行回歸處理,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Sr—lgts的回歸處理結(jié)果

回歸曲線見(jiàn)圖2。

由表2可見(jiàn),除了PS=50 kPa外,其余各組的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上,說(shuō)明式(2)較好的反映了Sr與ts的關(guān)系。

5.2 超載比與最佳超載作用時(shí)間的關(guān)系

所謂最佳超載作用時(shí)間是指地基經(jīng)過(guò)超載預(yù)壓后,在使用期限內(nèi)所產(chǎn)生的后續(xù)沉降為容許沉降所對(duì)應(yīng)的超載作用時(shí)間。本文令容許的后續(xù)變形為0。因此在圖2a),b),c),d),e)的各擬合曲線中,令Sr=0,可求出各PS下對(duì)應(yīng)的最佳超載作用時(shí)間top,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 Sr=0時(shí) PS所對(duì)應(yīng)的top值

由表3可知,top—PS/Pf可近似用下式描述為:

其中,c,d,β均為待定常數(shù)。將表3數(shù)據(jù)按式(3)進(jìn)行回歸處理,得 β=4.5,c=3.38 min,d=0.15 min,相關(guān)系數(shù)r=0.996 3。

表3表明,隨著超載比的增大,top迅速下降,并逐漸趨于某一漸進(jìn)值。這個(gè)結(jié)論對(duì)工程有一定的參考價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

1)超載預(yù)壓的效果反映在卸載后沉降的大小,亦即后續(xù)變形的大小,而后續(xù)變形的大小對(duì)一定的軟基來(lái)說(shuō)與超載及超載作用下地基所達(dá)到的平均固結(jié)度有關(guān)。

2)從本文的試驗(yàn)結(jié)果看,超載比較小時(shí),隨著超載比增加,最佳超載作用時(shí)間急劇下降;當(dāng)超載比增加到一定程度后,超載比對(duì)最佳作用時(shí)間的影響將大大減弱,最佳超載作用時(shí)間隨著超載比的增加將趨于某一定值。因此在巖土工程上,超載比不宜過(guò)大,過(guò)大效果并不顯著,造成浪費(fèi)。

[1]潘秋元,朱向榮,謝康和.關(guān)于砂井地基超載預(yù)壓的若干問(wèn)題[J].巖土工程學(xué)報(bào),1991,13(2):1-12.

[2]曾國(guó)熙.地基處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1988:45-118.

[3]錢(qián)家歡,殷宗澤.土工原理與計(jì)算[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,1996:199-207.

[4]孫更生,鄭大同.軟土地基與地下工程[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1984:142-173,414-435.

[5]Brand E W,Brenner R P.軟粘土工程學(xué)[M].葉書(shū)鱗,宰金璋,譯.北京:中國(guó)鐵道出版社,1991:343-352.

[6]張光永,王靖濤,徐 輝.超載預(yù)壓法的超載比及卸載控制研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版),2003(4):15-16.