不同規(guī)范計(jì)算軟弱下臥層強(qiáng)度差異性分析

安建林

摘 要：對(duì)于軟弱地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在變形滿足要求的前提下，首先需根據(jù)地層情況，有較厚的硬殼層時(shí)需優(yōu)先考慮利用并驗(yàn)算其軟弱下臥層頂面的強(qiáng)度。通過建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ 79-2012及公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D63-2007中分別給定的公式對(duì)軟弱地基上的下臥層強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)其計(jì)算結(jié)果差異性的原因進(jìn)行分析，提出修正差異性的初步建議并通過實(shí)例計(jì)算進(jìn)行分析驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，對(duì)于不同規(guī)范下計(jì)算軟弱下臥層強(qiáng)度的差異性進(jìn)行了分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：軟弱下臥層 強(qiáng)度計(jì)算 差異性 修正

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）02（c）-0048-02

在軟弱土分布區(qū)，尤其在淺層分布軟弱土?xí)r，由于天然地基的承載力不足，常常進(jìn)行換填處理并計(jì)算換填處理后軟弱下臥層的強(qiáng)度。其采用的規(guī)范不同，計(jì)算的結(jié)果則有較大的差異，該文就同一基礎(chǔ)形式、外部荷載、地質(zhì)條件相同的情況下根據(jù)規(guī)范JGJ 79-2012[1]及JTG D63-2007[2]進(jìn)行計(jì)算，對(duì)結(jié)果差異的形成進(jìn)行分析，并對(duì)差異性提出修正的初步建議。

1 軟基換填處理在建筑行業(yè)及公路行業(yè)的差別

在公路行業(yè)，對(duì)于構(gòu)造物如箱涵處的基底軟基處理，其基礎(chǔ)的寬度是根據(jù)過水面積而定的，若單純考慮基底軟基處理而增大箱涵的基礎(chǔ)，則頂板也會(huì)增大，同時(shí)側(cè)墻受力及整個(gè)箱體的配筋都會(huì)增大。若增加基礎(chǔ)埋深，則涵底標(biāo)高則會(huì)降低，在路面設(shè)計(jì)標(biāo)高不變的情況下需要增加側(cè)墻高度，同樣增加上部結(jié)構(gòu)的工程量，所以，對(duì)箱涵基底軟弱土層處理，在其上部結(jié)構(gòu)及荷載基本已定的情況下，大多采用換填砂礫墊層的方法，再驗(yàn)算下臥層的強(qiáng)度。

對(duì)于軟弱地基上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在變形滿足要求的前提下，首先需根據(jù)地層情況，有較厚的硬殼層時(shí)需優(yōu)先考慮利用并驗(yàn)算其軟弱下臥層頂面的強(qiáng)度。當(dāng)硬殼層較薄或其承載力也不滿足要求時(shí)，考慮換填較好的材料以擴(kuò)散基底應(yīng)力，在計(jì)算換填厚度時(shí)，無論采用規(guī)范JGJ 79-2012還是規(guī)范JTG D63-2007，都需使換填厚度與基礎(chǔ)寬度的比值≥0.25（灰土除外），此時(shí)設(shè)計(jì)的墊層應(yīng)力擴(kuò)散角才大于零，墊層才起作用。

2 規(guī)范JGJ 79-2012與JTG D63-2007中計(jì)算公式差異性比較

2.1 JGJ 79-2012計(jì)算軟弱下臥層強(qiáng)度的主要公式

（1）pz+pcz≤faz。其中：pz-相應(yīng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，軟弱下臥層頂面的附加壓力值；pcz-軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值；faz-軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力特征值[2]。

（2）條形基礎(chǔ)：pz=。

（3）矩形基礎(chǔ)：

pz=。

（4）faz=fak+ηbr（b-3）+ηdrm（d-0.5）[4]。其中：fak-地基承載力特征值；ηb-寬度修正系數(shù)；b-基礎(chǔ)寬度；ηd-深度修正系數(shù)；d-基礎(chǔ)埋置深度；r-基礎(chǔ)底面以下土的重度（kN /m3），地下水位以下取浮重度；rm-基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土層取有效重度。

2.2 JTG D63-2007計(jì)算軟弱下臥層的主要公式

（1）pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]

（2）[fa]=[fa0]+r2h。

其中：pz-軟弱地基或軟土層的壓應(yīng)力；p-基底壓力值（kpa），該文為便于比較不考慮偏心荷載；h-基底或樁端處的埋置深度；r1-深度（h+z）范圍內(nèi)各土層的換填重度；r2-深度h范圍內(nèi)各土層的換算重度；α-土中附加應(yīng)力系數(shù)；γR-抗力系數(shù)；[fa]-軟弱地基或軟弱土層頂面土的承載力允許值；[fa0]-為根據(jù)JTG D63-2007中表3.3.5根據(jù)天然含水量查得的值或者根據(jù)地勘報(bào)告提供的值[4]。

2.3 規(guī)范JGJ 79-2012與JTG D63-2007中計(jì)算公式差異性比較

兩個(gè)規(guī)范存在的差異有以下幾方面。

（1）兩個(gè)規(guī)范計(jì)算原理相同，都是下臥層頂面處所受的附加壓力與自重壓力之和應(yīng)小于等于軟弱下臥層頂面經(jīng)深度修正后能夠提供的地基承載力。但JGJ 79-2012中faz與JTG D63-2007中對(duì)應(yīng)的[fa]的計(jì)算有較大差別。前者當(dāng)為軟土?xí)rηb=0、ηd=1，此時(shí)faz=fak+rm（d-0.5），后者[fa]=[fa0]+r2h。

rm-基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，位于地下水位以下的土層取有效重度。對(duì)應(yīng)的r2-基底以上土層加權(quán)平均重度；換算時(shí)若持力層在水面以下，且不透水時(shí)，不論基底以上土的透水性如何，一律取飽和重度；當(dāng)透水時(shí)，水中部分土層應(yīng)取浮重度。同樣情況下，rm的計(jì)算與r2的計(jì)算在使用飽和重度及浮重度上就會(huì)產(chǎn)生差異。（d-0.5）與h也差0.5m。

JGJ 79-2012中的公式pz+pcz≤faz利用擴(kuò)散角原理，JTG D63-2007中的公式pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]采用應(yīng)力隨深度遞減原理，并引入抗力系數(shù)rR。為便于比較，該文計(jì)算時(shí)rR的值取1。

（2）計(jì)算結(jié)果差異性分析

①JGJ 79-2012中的pcz隨換填厚度的增加而減小，pz將增大，隨換填厚度z的增加，faz隨換填厚度的增加，深度修正使其增大，不等式很快就成立。

②JTG D63-2007中的r1（h+z）隨z的增大而增大，α（p-r2h）隨z的增大而減小，[fa]則是個(gè)定值。隨著z的增大，r1（h+z）增大相對(duì)較大，α（p-r2h）隨z的增大減小的相對(duì)較小，而[fa]不變，不等式在z很大時(shí)也不一定成立。

③在地質(zhì)情況、基礎(chǔ)埋深、地下水位、基礎(chǔ)外荷載等相同的情況下利用JGJ 79-2012中的公式計(jì)算的換填厚度明顯小于利用JTG D63-2007中公式計(jì)算的厚度。主要原因?yàn)榍罢呃贸至拥臄U(kuò)散角原理計(jì)算的下臥層頂面的pz減小程度大于D63-2007中α（p-r2h）的減小程度。JGJ 79-2012中faz的深度修正至軟弱下臥層的頂面，即基礎(chǔ)埋深d+換填厚度z處，而JTG D63-2007中的[fa]的深度修正只到基礎(chǔ)埋深h處。

④建議將JTG D63-2007中的[fa]=[fa0]+r2h修正為[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5），其公式計(jì)算才與JGJ 79-2012中的公式計(jì)算結(jié)果才會(huì)差異不大，否則會(huì)出現(xiàn)采用JGJ 79-2012中的公式計(jì)算，換填厚度在3m以內(nèi)滿足要求，而采用JTG D63-2007中的公式計(jì)算，換填厚度>3m也不滿足要求的結(jié)果。

⑤由于上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基是相互作用的，地層結(jié)構(gòu)變化也較復(fù)雜，該文提出的公式修正的初步建議需要理論和工程實(shí)例的進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 實(shí)例分析

某工程設(shè)計(jì)一道4×3箱涵，其基礎(chǔ)寬5.04m，每節(jié)長(zhǎng)6m，要求地基承載力110kpa，其基礎(chǔ)埋深為0.5m，基底地層為①層粉質(zhì)粘土，厚1m，重力密度18kN/m3，未經(jīng)深度修正的地基承載力特征值110kpa。②層為淤泥質(zhì)粘土，厚6m，重力密度17.5kN/m3，未經(jīng)深度修正的地基承載力特征值70kpa。地下水位埋深0.5m。

根據(jù)JTG D63-2007要求，驗(yàn)算軟弱下臥層頂面的強(qiáng)度見表1。

從表1可看出，即使持力層厚3m，按照J(rèn)TG D63-2007的公式驗(yàn)算下臥層的強(qiáng)度，也不滿足要求。但在較多的項(xiàng)目實(shí)際中，若存在硬殼層時(shí)，硬殼層不需要很厚，下臥層強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)算也是滿足要求的[5]。

若對(duì)JTG D63-2007的公式[fa]=[fa0]+r2h進(jìn)行修正，在r2h項(xiàng)上考慮由于持力層粉質(zhì)黏土的擴(kuò)散作用引起的深度修正，按照[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）來計(jì)算，z為持力層厚度或換填墊層的厚度，其計(jì)算結(jié)果見表2。

從表2可以看出，采用修正公式[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）計(jì)算，換填2.5m即可以滿足要求。

從表3可以看出換填2.5m即可以滿足要求。此時(shí)JTG D63-2007修正后的計(jì)算結(jié)果與JGJ 79-2012中的公式計(jì)算結(jié)果接近。

4 結(jié)語

（1）在計(jì)算軟弱下臥層強(qiáng)度時(shí)，通過JGJ 79-2012與JTG D63-2007的公式分別對(duì)軟弱下臥層強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果兩者存在較大差異。

（2）若天然持力層滿足上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基承載力要求，在計(jì)算軟弱地基下臥層強(qiáng)度時(shí)，建議將規(guī)范JTG D63-2007中公式3.3.5-1：[fa]=[fa0]+r2h修改為[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果與采用規(guī)范JGJ 79-2012計(jì)算的結(jié)果較為接近。但由于上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基是相互作用的，地層結(jié)構(gòu)變化也較復(fù)雜，該文提出的公式修正的初步建議需要理論和較多的工程實(shí)例的進(jìn)一步驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ 79-2012.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG D63-2007.公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 李廣信.巖土工程50講-巖壇漫話[M].第二版.北京：人民交通出版社，2010.

[4] GB50007-2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 張明義，吳濤.地基硬殼層的利用[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（4）：14-17.