加筋砂石垫层在软弱地基中的应用7502900586 - 图文(3)

（3）筋带在垫层中的受力性状

应力测试用的筋带规格及有关参数见表2.2。其断裂抗拉强度为95.4MPa，延伸率ε=0.85%。图4.8为一层筋带，在中等加筋密度（常用线密度比LDR表示，定义为垫层单位宽度上的加筋密度，此处LDR=33%，）相同的条件下，不同首层加筋间距与筋带应力的关系。首层加筋间距小的（筋带距基底近，即U/z=5/30=0.17），加荷早期筋带就受到明显作用力，加荷后期筋带应力增加不多，筋带应力从加荷初期至后期上升不明显；首层加筋间距大的（U/Z=0.67），加筋后期筋带作用明显，筋带应力迅速增大；首层筋带设置居中者（U/z=0.33），筋带应力在整个加荷过程中均匀增长。

图4.8 首层加筋间——筋带应力

图4.9为一层加筋，首层间距（U/z=0.17）相同条件下加筋密度对筋带应力的影响。加筋密度疏时，随着荷载增加，筋带应力稳步上升。加筋密度过密时（LDR=50%），加荷初期，筋带作用发挥不理想；加荷后期，筋带应力受力不均，波浪式上升，且不稳定。而适中的筋带布设，加筋前期筋带即显示其作用，并随着荷载的增加筋带应力均匀增加。筋带中拉应力值，对地基承载力在180～250kPa条件下，一般只达到20～25MPa，高点可达到28MPa，相应的安全系数F=3.4～4.7，满足土工合成材料应用技术规范（GB50290～98）要求。

图4.9 加筋线密度—筋带应力

另外，有一组试验在全部施荷过程中，实测筋带应力很小，筋带几乎没能发挥作用。直至荷载加到175kPa时，筋带中应力急剧增大，地基很快达到极限破坏条件。分析认为，其重要原因是垫层密实度偏低，筋带与砂石土共同工作不好。

因此，垫层密实度必须达到中密以上，压实系数λc应≥0.94，确保加筋垫层工作的整体性。

5、试验结果分析

5.1、加筋对地基承载力的作用

将天然土、无筋（素）砂石垫层及不同加筋条件下的几组载荷试验P-S成果，绘制于图5.1，并且将有关承载力及变形数据列入表5.1以进行对比。

从表5.1可以看出，对于薄加筋垫层，加筋垫层地基比天然原土地基极限承载力可提高40%～60%，沉降减小30～40%。这表明当土体受到筋带的约束作用时，受约束土体的应力——应变特性改变。筋带使受约束土体的刚度提高，具有类似刚性垫层的作用，能够使上部荷载产生扩散，从而减小地基土沉降，提高其承载力。试验还表明，合理的筋带布设对承载力提高影响极大。A4组效果最好即为例证。

5.2压力扩散角θ值的确定

利用下列简化模型（图5.2）来确定θ角。垫层底部的软弱土层顶面处的总土压力等于载荷板上所承受的荷载和砂石垫层自重之和；假定方形荷载板的压力经扩散后仍为方形，软层顶面处的压力按压力盒测定值用积分方法求其平均压力。对于一层筋带的垫层（A1～A5），其压力扩散角θ在34°～38°变动。对于二层筋带的垫层（A6～A8及B6），其压力扩散角θ值为40°～44°。无筋垫层（A0）的压力扩散角为19°。

表5.1 加筋垫层效果对比

项目 天然原土A1 无筋（素）垫层A0 加筋 垫层 U=5cmA1(2B×2B) U=10cmA4(3B×3B) U=20cmA5(2B×2B) 极限承载力Pu/kPa 134 160 196 214 200 承载力提高系数BCR 1.00 1.19 1.46 1.60 1.49 相应沉降S/mm 69 46 40 30 34 相对沉降S/b 0.046 0.031 0.026 0.020 0.022

图5.1 载荷试验曲线

沉降减少系数 SRF 1.00 0.67 0.58 0.43 0.49

图5.2 应力扩散示意图

6、加筋垫层的实用设计方法 6.1附加应力Pz的计算

加筋垫层的强度验算应满足（1.1）式。关于附加应力Pz，应用(1.2)式或（1.3）式计算时，重要的是压力扩散角θ值选定。根据试验测试及工程检测，对于砂石垫层θ值可取36°～38°；对于灰土，可取34°～36°，设一层筋带时取值。此时，计算不受z/b≤0.25条件的限制。

对于基础底面宽度大于6-8m的基础，加筋垫层底部附加应力Pz计算分析如下：

关于基础宽度的增加对粘性土地基的承载力影响，建筑科学院地基所在编制我国地基规范的研究成果中指出，对内摩擦角φ在25°以内的粘性土，基础宽度500～3000mm，这种宽度的影响对工程来说没有实际意义。因之地基规范规定，对于基础宽度在3m以内时，确定承载力值不作宽度影响修正。

关于基础宽度对地基沉降量的关系，太原地区在比较均匀的高湿度黄土地基上的载荷试验及原型基础沉降监测资料[2-3]。参见表6.1及图6.1。

表6.1 承压板（基础）宽度与沉降量的关系

板（基础） b?F/cm 24.5 70.7 100.0 200.0 440（基础） 800（基础） 1000（基础） *2100（基础） *沉降量 S/cm 2.30 1.55 1.80 2.30 3.20 3.80 5.00 10.30 相对沉降量 S/b 0.094 0.022 0.018 0.011 0.008 0.005 0.005 0.0049≈0.05 说明 试验压力P=160kpa 基础计算压力为160kPa，S值已考虑施工期间的沉降 基础计算压力为150kPa,基底下（0.6～0.7）b范围内土质与小板下土质相同。 注：均为太原地区资料，标*者为基础短边尺寸。

据上述统计资料，可以认为当基础板宽超过8m时，一般地基的相对沉降近似趋于定值（S/b=0.005），太原地区将基宽8m作为大板与一般基础的分界限是可行的。

赵锡宏教授根据上海地区近30栋高层建筑桩箱和桩筏基础的实测沉降资料，提出了预估竣工时沉降Sc的经验关系式[4]（参见图6.2）：

Z≥50～60m（超长桩）Sc=0.0012Be。 Z≥30～50m（中长桩）Sc=0.0035Be-3cm Z=20～30m（长桩）Sc=0.0044Be 式中：Z——桩的入土深度，m；

Be——基础的等效宽度，cm，Be=A。

上述经验公式属于不同地区土质与基础类型条件，得出一个相近的概念，即对于宽度大的桩筏（箱）型大板基础，地基沉降与基础板宽的比值有趋于某个定值的概念性关系。

基于上述分析，结合地基规范规定，对基础宽度超过6.0～8.0m的基础，附加应力Pz除应用式（1.2）或式（1.3）进行计算，还可采用下列经验公式（6.1）计算，这个公式是以泰沙基拱膜理论为指导、实验数据为基础而建立的半经验公式[5]。

Pz=2rbk（1-e0.5z/b）+P·e-0.5z/b （6.1） 式中：r——垫层的重度，kN/m3； b——基础板的宽度，m； z——加筋垫层的厚度，m；

k——反应合理布设筋带的加筋作用系数，一般控制在1.5～2范围内；

p——基底压力设计值kPa。

K值可根据土工筋带综合影响系数mc（6.3）及（6.4）式或由图6.3得出，其中：

n?n??mc???lidi??ljdj???N/F （6.2）

j?1?i?1?

图6.1 承压板（基础）宽度与沉降的关系

图6.2 实测竣工时沉降与等效基础宽度的关系

图6.3mc-k关系曲线

式中：lidi——分别为基础横向土工织物筋带的长度与宽度（m）； Ljdj——分别为基础纵向土工织物筋带的长度与宽度（m）； N——土工织物筋层的层数；

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