桂林岩溶区地基变形计算及软弱下卧层强度验算

如题所述

2.8.1 桂林岩溶区地基变形计算的常用方法
2.8.1.1 分层总和法
在桂林岩溶地区,地基土层往往是成层的,每层土的压缩特性各异,且压缩模量随深度变化。因此,地基最终沉降量的计算需分别对待每层土。分层总和法将地基土分成若干水平土层,计算各层土的压缩量,然后叠加得到地基总的沉降量。此法的核心是利用弹性理论计算地基中的竖向附加应力,并通过室内侧限压缩试验得到的压缩曲线求变形。然而,这种方法与地基的实际受力和变形情况存在一定差异。
2.8.1.2 规范方法
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)推荐了一种简化的分层总和法,即规范方法。该方法引入了平均竖向附加应力系数的概念,并重新规定了地基沉降计算深度的标准及地基沉降计算经验系数ψs。规范方法是基于地基土的天然分层面划分计算土层,通过平均附加应力系数,将基底中心以下地基中zi-1~zi深度范围的附加应力按等面积原则化为相同深度范围内矩形分布时的分布应力大小,再按矩形分布应力情况计算土层的压缩量,各土层压缩量的总和即为地基的计算沉降量。
2.8.1.3 计算公式
根据规范方法,基础的平均沉降量可表示为:
\[ s = s' \cdot \psi_s + \frac{p_0}{E_s} \cdot \left(1 - \frac{1}{\psi_s}\right) \cdot z \]
其中:
- s 是地基最终变形量(mm);
- s' 是按分层总和法计算出的地基变形量;
- ψs 是沉降计算经验系数,根据沉降观测资料及经验确定,无经验时可采用《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)表5.3.5数值;
- n 是地基计算深度范围内的天然土层数;
- p0 是对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力(kPa);
- Es 是基础底面下第i层土的压缩模量,应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算(MPa);
- zi、zi-1 是基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离(m);
- \( \frac{p_0}{E_s} \cdot \left(1 - \frac{1}{\psi_s}\right) \cdot z \) 表示基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数,可按《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)附录K采用。
2.8.2 桂林岩溶区桩基沉降计算
由于桂林岩溶区地层复杂,存在溶洞、土洞及岩溶塌陷,不适合采用浅基础设计。因此,桩基础在桂林岩溶地基中应用广泛。沉管灌注桩和钻孔(冲)灌注桩是常用的桩基类型。沉管灌注桩主要在桂林漓江一级阶地使用,以稍密或中密状态的卵石层作为桩端持力层。桩基础地基沉降计算可按照《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)进行。
2.8.3 桂林岩溶区地基变形计算方法的选取
地基沉降计算或验算是岩土工程勘察报告提供结论与建议的前提基础。影响建筑物地基沉降的因素众多,包括地基土的分布、基础类型和刚度、荷载分布、上部结构的体系和刚度、地下水、周围环境及堆载等。地基变形验算是地基基础设计的一个重要内容。目前,大多数工程设计人员都是按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)进行地基变形计算,即式(2.25)。但此方法最大的一个缺陷是没有考虑地下水位变化对地基变形的影响。桂林属亚热带气候,降水量较丰富,并具有降水相对集中的特点,地下水位变化较大且受降水量影响。因此,在按分层总和法进行地基土的变形计算的同时,建议也按照《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)进行地基变形计算,最终建筑物的变形验算结果建议取两者的大值。
2.8.4 岩溶地基软弱下卧层强度验算
桂林岩溶区广泛分布的红粘土地基,一般呈现上硬下软的分布特征。尤其是靠近基岩附近,常分布有软、流塑粘性土,构成地基的软弱下卧层,厚度为数十厘米至十余米。该层也是地基基础方案选择的重要影响因素。很多的浅基础方案,就是由于下覆软塑、流塑状态红粘土的强度验算不满足要求,不得不进行地基灌浆处理,或者采用桩基础。
2.8.4.1 浅基础地基软弱下卧层验算
当浅基础下存在软弱下卧层时,应进行软弱下卧层地基的强度验算。要求作用在软弱下卧层顶面处的附加应力设计值pz与土的自重应力pcz之和不应超过软弱下卧层地基土的承载力。具体验算方法见《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)的规定。
2.8.4.2 桩基础地基软弱下卧层验算
在桂林岩溶区,只有在漓江一级阶地,当采用沉管灌注桩基础,以卵石层作为持力层,若持力层下还有松散卵石时,才需进行软弱下卧层承载力验算。此时可按照《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)进行验算,规范中的具体方法与原《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2002)、教科书及有关手册所介绍的略有不同。
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