優(yōu)化承載力換填深度的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陽(yáng)祝

[摘要]從計(jì)算分層地基承載力來(lái)分析極限換填深度，從而達(dá)到優(yōu)化換填深度的目的。此設(shè)計(jì)適用于優(yōu)化大方量基礎(chǔ)及軟基砂墊層等需計(jì)算承載力方案的換填深度，從而達(dá)到加快施工進(jìn)度控制施工成本的最終目的。

[關(guān)鍵詞]優(yōu)化深度承載力施工進(jìn)度成本控制

1工程概況

成都至上海高速公路武漢至荊門六標(biāo)段，原設(shè)計(jì)有一公里路基處于軟基路段。軟基段地基條件較差，為達(dá)到承載力要求，處于軟基段的小型結(jié)構(gòu)物地基設(shè)計(jì)為濕噴樁處理。后來(lái)，由于當(dāng)?shù)氐胤秸螅O(shè)計(jì)部門變更了原設(shè)計(jì)，在此地段又新增多處小型結(jié)構(gòu)物，但此時(shí)我部已經(jīng)完成濕噴樁施工，且施工隊(duì)伍已經(jīng)退場(chǎng)。新增結(jié)構(gòu)物地基如果還要按原計(jì)劃通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)，結(jié)論必然需進(jìn)行濕噴樁處理，如果要進(jìn)行濕噴樁施工的話，要求在施工后保留2個(gè)月觀察期才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)物施工。由此，如不進(jìn)行基礎(chǔ)變更設(shè)計(jì)，將延誤此地段路基施工3個(gè)月，嚴(yán)重影響我部整體路基的施工進(jìn)度。

我部從多方面考慮，開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化承載力換填深度的設(shè)計(jì)，以加快施工進(jìn)度并節(jié)約開(kāi)支。

2設(shè)計(jì)構(gòu)思

（1） 所有結(jié)構(gòu)物地基基礎(chǔ)都需要達(dá)到承載力設(shè)計(jì)要求。如果基礎(chǔ)的承載力不夠，那么就需要設(shè)計(jì)方案對(duì)結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)進(jìn)行處理，常用的設(shè)計(jì)方案大致有：各類樁處理、強(qiáng)夯實(shí)、預(yù)壓、換填等等。

（2） 在以上的處理方案中，基礎(chǔ)換填適用性材料在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中最為普遍。換填方案有著處理時(shí)間短，施工便利等優(yōu)點(diǎn)。但一般施工單位的承載力實(shí)驗(yàn)只能做出符合承載力要求的換填土層，簡(jiǎn)單的講就是只能做出承載力完全由土層單獨(dú)提供的換填深度。這樣的結(jié)論完全未考慮應(yīng)力的發(fā)散問(wèn)題及換填尺寸對(duì)承載力的影響，得出的結(jié)論往往大于實(shí)際要求。

（3） 優(yōu)化承載力換填深度的設(shè)計(jì)，一方面可以大大的優(yōu)化換填深度，加快施工進(jìn)度，節(jié)約施工材料，另一方面可以控制換填深度，規(guī)避大于規(guī)范要求所帶來(lái)的延長(zhǎng)工期等麻煩。

（4） 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

砂礫墊層底面處軟土地基的容許承載力 >150KP(設(shè)計(jì))

砂礫墊層底面的計(jì)算壓應(yīng)力

應(yīng)力擴(kuò)散角 取35~45

3 計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1、換填墊層的計(jì)算

為方便計(jì)算，結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)可全設(shè)置為矩形基礎(chǔ)，通過(guò)公式計(jì)算換填層的厚度。換填層材料可設(shè)置為碎石或沙礫。計(jì)算過(guò)程如下：

砂礫墊層的厚度 可由下式所示條件決定。(1)

式中 ： 為砂礫墊層底面處軟土地基的容許承載力（kPa）；

為砂礫墊層底面的計(jì)算壓應(yīng)力（kPa）。

矩形基礎(chǔ)：可按下式計(jì)算：

（2）

擴(kuò)散角 可假定為 ～ 。 為由荷載引起的基礎(chǔ)底面的平均壓應(yīng)力（kPa）； 為砂礫墊層的厚度，一般為1～3 m。 、 為基礎(chǔ)的長(zhǎng)邊和寬度（m）； 為基礎(chǔ)底面的埋置深度（m）；其中系數(shù)完全參照<<公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范>> JTJ 024?-85

3.2、承載力的計(jì)算

武荊高速公路K36+400暗涵的設(shè)計(jì)基底承載力為σ設(shè)計(jì)>150 kPa?；A(chǔ)尺寸 =30m， =2.0 m?；A(chǔ)底面的埋深 =2.904取3米 m。砂礫容重結(jié)果取平均值為 =2.3 kN/m3。臺(tái)背回填灰土，要求達(dá)到96%的壓實(shí)度 ，取 。原設(shè)計(jì)給出砂礫墊層厚30cm。實(shí)驗(yàn)部打地基承載力每30cm深度的實(shí)測(cè)承載力值見(jiàn)（表1-1）。

基礎(chǔ)底部土層承載力實(shí)測(cè)值（kPa）表1-1

測(cè)點(diǎn) 0-30cm 30-60cm 60-90cm 90-120cm 120-150cm

1 52 36 68 76 92

2 108 76 100 84 76

3 60 28 76 92 100

4 92 60 84 92 92

5 68 44 76 84 108

6 84 68 76 100 76

測(cè)點(diǎn) 150-180 180-210 210-240 240-270 270-300

1 108 84 116 124 196

2 100 116 108 124 204

3 108 100 132 140 204

4 108 92 116 132 196

5 116 108 108 116 188

6 100 100 124 140 204

因?yàn)榈鼗休d力是在設(shè)計(jì)標(biāo)高1.8M下打的，由此可知在270cm深處有：=80(kPa)(3)

假定砂礫墊層厚度2.7m, 取Ф=45°, 設(shè)計(jì)給出σ=150 kPa

=70.7579（kPa）.

比較：考慮到2.7cm深處 =80kPa。有。

對(duì)照式（1）知，換填2.7m厚的砂礫墊層滿足地基承載力的設(shè)計(jì)要求。

矩形基礎(chǔ)的砂礫墊層底面尺寸：

A=30+2*2.7*tan45=35(m)

B=2+2*2.7*tan45=5(m)

即：砂礫墊層取長(zhǎng)35m， 寬5m。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1從上面的計(jì)算過(guò)程中，我們不僅可以明確得出最優(yōu)化的承載力換填深度，并且還可以計(jì)算出應(yīng)該開(kāi)挖的基礎(chǔ)尺寸。我們規(guī)避了大于3米換填深度需要進(jìn)行樁基處理的不利因素，大大節(jié)約施工周期。此方案還可以使用在軟基換填，計(jì)算優(yōu)化沙礫層厚度，從而達(dá)到節(jié)約施工成本的目的。

4.2 原設(shè)計(jì)的地基承載力為由荷載引起的基礎(chǔ)底面的平均壓應(yīng)力。設(shè)計(jì)給出0.3m厚的砂礫墊層兼有找平層與加固地基的作用。實(shí)際增加的2.5m厚的砂石墊層為變更工程量。

4.3 實(shí)際施工中，往往是直接將基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)砂礫墊層底面，將實(shí)測(cè)的地基承載力按設(shè)計(jì)值要求，增大了軟土地基的容許承載力儲(chǔ)備值。同時(shí)增加了砂礫墊層的厚度，雖然有利于提高基礎(chǔ)的工程質(zhì)量。但是費(fèi)用有所增加。如果按計(jì)算的砂礫墊層厚度施工，則既能保證橋涵、擋土墻基礎(chǔ)的工程質(zhì)量又能節(jié)省費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTJ 024-85，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［Ｓ］

[2] 《路基路面工程》 人民交通出版社

[3] 《地基處理》同濟(jì)大學(xué)出版社

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。