加筋地基沉降计算方法的讨论

・１１６・　第３４卷第３３期　２　０　０　８年１　１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．３３　ＮＯＶ．　２００８　文章编号：１００９—６８２５｛２００８）３３．０１１６—０２　加筋地基沉降计算方法的讨论　汤建彬摘袁东进　要：从加筋垫层的研究现状出发，针对加筋土沉降计算方法的局限性，提出了实用沉降计算的三种方法，总结出三种　沉降计算方法的优缺点，通过分析结果可知加筋垫层减少沉降的效果与多种因素有关，最后阐明了今后的研究方向。　关键词：加筋地基，加筋垫层，沉降计算，研究方向　中图分类号：ＴＵ４３３　文献标识码：Ａ　加筋土理论是２０世纪６０年代法国工程师Ｈｅｒｒｉ—ｖｉｄａｌ首创　献亦不多，根据文献［２］［３］，在达到极限承载力时，地基沉降加筋　的＿１　Ｊ，他用三轴试验证明，砂土中加入少量纤维后，土体的抗剪强　的比不加筋的提高３０％左右。Ｐ．Ｋｕｒｉａｎ　Ｎａｉｎａｎ　ｅｔ　ａｌ通过三维非　度可以提高４倍多，并由此提出了加筋土的概念和设计理论，这　线性有限元分析认为，加筋垫层有效地减少了地基沉降。黄广　朱湘，罗强＿３Ｉ４ｊ等通过室内模拟试验，现场试验和有限元计算　种方法最初用于支挡结构，后来发现这种技术对于地基加固也有　军，很好的工程效果。但是从本质上讲，这项技术兴起时间不长，加　认为，加筋垫层可以有效地减少地基沉降，其作用机理是通过约束　上筋材自身的特点，如延伸性大，有明显的蠕变和应力松弛现象，　地基侧向变形，均化基底压力，减慢孔隙水压力的消散来实现的，　其性能的发挥受环境的影响很大。另外，筋材埋在土内与土的作　而刘吉福根据工程实践认为，加筋垫层对地基沉降的控制效果很　用机理十分复杂，至今没有很好的解决，所以虽然加筋技术的应　小，甚至可以忽略不计。本文从沉降的几种计算方法出发，探讨了　用已较为普遍，但对材料特性的认识，各种功能的工作机理和设　计方法等方面都存在大量的问题需要研究。　对加筋垫层的研究，以前多集中在地基承载力的提高，关于　一些问题，提出了一些见解，同时提出了一些今后研究的方向。　１　沉降计算的方法　目前，加筋土的沉降计算尚无成熟的方法，实用沉降计算方法　加筋垫层对地基沉降的控制，学术界尚有很大的争议，相关的文　主要有分层总合法，文克尔地基上弹性地基梁法，有限单元法等。　３）采用四块钢模板作临时支护以堵截淤泥或砂粒流动，穿过淤泥　并采取交替循环的施工方法，组织安排合理，可达到良好的效果。　或流砂层后仍按常规方法施工。４）采用中１６～忆５长１．５　ｍ左右的　７合理安排施工顺序　钢筋，按间距１０　ｃｍ～１５　ｃｍ沿护壁周边将其打入土中，挖去孔内　合理安排人工挖孔桩的施工顺序，对减少施工难度起到重要　２０　ｃｍ￣３０　ＣｌＴＩ砂土后，用　５的水平环向筋固定竖向筋，也可以　作用，在施工方案中要认真统筹，根据实际情况合理安排。　将上部钢筋头弯到上节护壁的外侧，然后在钢筋外侧塞麻袋、草　在可能的条件下，先施工比较浅的桩孔，后施工深一些的桩　包或纤维板条，以阻挡砂粒流入桩孔，但仍允许水流动，这样边挖　孔。较浅的桩孑Ｌ施工后，对上部土层的稳定起到加固作用，也减　土边挡砂，待桩孔挖至４０　ｃｍ～５０　ＣＩＴＩ深时立即浇筑护壁混凝土。　少了深孑Ｌ施工时的压力。在含水层或有动水压力的土层中施工，　５）遇到开挖淤泥层时，在开挖桩孔２０　ａｎ～３０　ｃｒｌ后，用风锤将规　ｆ应先施工外围（或迎水部位）的桩孔，这部分桩孔混凝土护壁完成　格化的长９０　ｕｒｎ、宽８㈣　、厚１．９　ＣＴＩＩ的木板条沿４５。下斜方向一根　后，可保留少量桩孔先不浇筑桩身混凝土，而作为排水井，以方便　挨一根打人孔壁处的砂层中，这样既加固了土体，又防止木条上　其他孔位的施工，从而保证桩孔的施工速度和成孔质量。　方的淤泥或砂土往下坍塌，还起到了一定的阻水作用。　６孔底积水　８实践效果　通过对人工挖孔桩实施上述技术控制，使其达到了预期的效　地下水采取随挖随用吊桶将泥水一起吊出，如遇孔底积水，　果，对成桩进行的静载（堆载）试验证明，人工挖孔桩满足设计要　在井底可挖一集水坑，采用污水泵排出地面。如遇上层滞水，可　求，达到了质量验评标准的合格标准。　先配置数分钟即可硬化的快凝混凝土堵塞－－Ｎ后再采用钢套筒　参考文献：　支护防止坍塌。　水量较大时，单靠施工孔自身水泵抽水不易开挖时，应从施工　顺序考虑，采取对周围桩孑Ｌ同时抽水，以减少开挖孔内的涌水量，　［１］荀晖．人工挖孔桩技术方案和安全措施及应急预案［Ｊ］．　山西建筑，２００７，３３（２）：１２０—１２１．　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｈｏｌｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ＸＵＥ　Ｚｈｉ．ｆｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｈｏｌｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｉｌｅ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｃｋｙ　Ｓ０．１　ｌａｙｅｒ，ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｔｈｅ　ｑｕｉｃｋｓａｎｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｈｏｌｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｉｌｅｍａｋｅｓ　ｉｔ　．ａｃｈｉｅｖｅ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｎｕａｌ　ｈｏｌｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｉｌｅ　．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｎｕａｌ　ｈｏｌｅ　ｄｉｇｇｉｎｇ　ｐｉｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｍｕｃｋｙ　ｓｏｉｌ　ｌａｙｅｒ，ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　收稿日期：２００８—０７．１５　作者简介：汤建彬（】９８０一），男，助理工程师，南通永峰建筑安装工程有限公司，江苏南通袁东进（１９８０．），男，硕士，讲师，南通纺织职业技术学院，江苏南通２２６００７　２２６３４４　第３４卷第３３期　２　０　０　８年１　１月　汤建彬等：加筋地基沉降计算方法的讨论　・　１１７・　１．１分层总合法　周边土体上的附加应力，取加筋土中的土体进行计算。也就是说　采用分层总合法计算水平增强体复合地基的沉降计算如下　在有限元计算中只出现土单元，加筋作用仅仅等效为附加应力加　式所示：　在土单元上，模拟筋材的单元并不出现。　用该方法进行计算时，单元网格中只出现土单元，无需模拟　ｓ：ｓ　＋Ｓ　：　ｉ　１～ｃ豇　Ｈｉ＋　等Ｈ　（１）　筋材和土的界面单元。该方法可以直接利用土的本构模型，不必　ｉ　ｎ１　１一ｎ　通常情况下，由于荷载通过水平增强体加固区即加筋土垫层　针对加筋土复合体建立复合本构模型。这种处理方法既大大减　少了单元的数目，又避免了复合材料各向异性对试验和计算所造　成的种种障碍，比假定土单元与筋单元问仅通过界面联系要合理　得多。　时扩散效果较好，下卧层上Ｐ，可简化为：　Ｐ２＝　ＢＰ　（２）　笔者认为，该法操作简单，通俗易懂，还可以说明沉降控制的　影响因素，因为式（２）稍微变化一下，可得：　Ｐ２　Ｄ　总之，采用有限元法计算时，能否取得较好的效果，关键在于　本构模型的合理选择和模型参数的正确确定。　（３）　１．３文克尔地基上弹性地基梁法　陈文华（１９８９年）提出了一种土工织物垫层变形计算的实用　由式（３）可知，当基宽较小时，应力扩散效果很明显，但是随　方法，在该法中将水平向增强体加固区即垫层视为一层具有一定　着宽度的增大，效果就越来越差，即垫层的应力扩散作用与基底　刚度的无限长正交各向异性体，并假设垫层中加筋体不拉断，垫　宽度Ｂ存在着密切的关系。对于一定的垫层厚度和应力扩散角，　层与下卧层问无相对滑动，垫层竖向压束模量很小，在计算时不　基宽越大，应力扩散效果越差，减少沉降的效果就越差。　考虑，计算中下卧层视为文克尔弹性地基。　１．２有限单元法　这种方法计算较简单，但是不合理的地方很多，如实际上加　随着计算机的发展，有限单元法在土工问题分析中得到愈来　固区在荷载作用下会产生竖向压束，复合土体的水平刚度是不同　愈多的应用。根据分析所采取的几何模型分类，有限单元分析法　的，这些因素无疑将导致减少沉降效果的不明显。　又可以分为两类：１）采用增强体单元＋界面单元＋土体单元进行　２结语　计算；２）采用增强体复合单元＋土体单元进行分析。１）又称为分　从上面的分析可知，加筋垫层减少沉降的效果与多种因素有　离式分析法，２）又称为复合模量分析法。　关，当采用分层总和法时，基础宽度Ｂ对沉降控制的影响很大；当　１．２．１分离式分析法　采用文克尔地基上弹性地基梁法计算时，必须考虑加固区土体在　该法考虑筋材一土的相互作用特性，对于筋材一土界面设置　荷载作用下产生的竖向压束对总沉降量的影响，否则会使计算的　特殊的有限元模式，通过接触面试验确定其中的参数，然后采用　结果偏低；当采用有限元计算时，应合理选用本构模型和模型参　有限元方法计算土中的应力与变形，筋材中的受力与变形状态，　数。认为以后应在几个方面展开研究：１）用直剪试验研究筋材与　界面的接触，脱离，粘结和滑移特性。该法最关键之处在于确定　土的界面特性及加筋影响范围。２）针对工程实际，事先预估填土　土与加筋材料之间的界面特性和界面参数。为了了解土与筋材　和织物可能出现相对位移的情况。如果为单面相对位移，直剪摩　的界面特性与界面参数，须做界面摩擦试验，即直剪试验和拉拔　擦能较好地反映实际情况；如果织物双面均与土发生位移，则拉拔　试验。直剪试验中，织物系固定于下盒，在试验中可认为覆盖土　试验更合适。３）在选择土体模型时，最好考虑一下弹塑性模型，因　与织物间引起的位移近似于平移，界面上的剪应力较均匀，而拉　为以邓肯非线性弹性模型理论为基础，不能反映土的剪胀特性。　拔试验中，织物中的应变随拉力增大逐渐由拉力点向远处传递，　参考文献：　各点拉应变不同，引起的界面剪应力也不同，只有当整个织物被　［１］　Ｖｉｄａｌ　Ｈ．Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｅａｒｔｈ［Ａ］．Ｈｉｇｈｗ　Ｒｅｓ－　拉动的瞬间，剪应力才近似均匀。在不排水试验中，织物的异水　Ｒｅｃ．Ｎｏ．２８２［Ｃ］．Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ　Ｄ　Ｃ：ＮＣＲ－ＨＲＢ，１９６９：１－１６．　性对直剪摩擦强度有重要影响，对于拉拔摩擦强度试验时有应变　［２】Ｈｕａｎｇ，Ｔａｔｓｕｕｏｋａ．Ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　传递过程，而材料的抗拉模量和抗拉强度将起重要作用；对于排　ｓａｎｄｙ　ｇｒｏｕｎｄ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅｓ　ａｎｄ　ＧｉＮ）ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，１９９０（９）：　水试验，发挥抗拉强度所需的拉拔位移较直剪的大，而且织物被　５１．８２．　拉紧，促使织物与土界面附近的土粒趋于定向排列，为此拉拔摩　［３］黄广军．加筋垫层对地基沉降控制效果的多方案比较［Ｊ］．　擦强度一般较直剪的小。　岩土工程学报，２００１，２３（５）：５９８—６０１．　分离式分析法在理论上有一定的合理性，但是其中界面参数　［４］朱湘．加筋路堤的室内模拟试验和现场沉降观测［Ｊ］．岩　的选择往往具有一定的人为任意性，引进了太多的本构关系和计　土工程学报，２００２，２４（３）：３８６—３８８．　算参数，数值计算容易出现不稳定的现象，进而导致计算结果与　［５］龚晓南．复合地基［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００２：　实测的相差较大，不能很好的说明加筋效果。　１６４—１６５．　１．２．２复合模量分析法　杨（Ｙａｎｇ，１９７２年）最先提出了加筋“等效应力法”的概念，即　把加筋土中筋材的作用等效为分布在筋材长度方向，施加于筋材　［６］　马海川．地基设计中的沉降计算［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３　（２７）：１２２—１２３．　Ｏｎ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ＴＡＮＧＪｉａｎ－ｂｉｎ　ＹＵＡＮＤｏｎｇ－ｊｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｒｔｉｎｇ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｒｅｉｆｏｒｃｅｎｄ　ｃｕｓｈｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｇ　ｎｔＯ　ｔｈｅ　ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ，ｉｔ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｒｅｅ　ｃａｌｅＮａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｓｕＩｎｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｅｆｃｔ．Ｔｈｅｒｏｕｇｈ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈａｔ　ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｄ　ｅｃｕｓｈｉｏｎ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｔｏ　ｍａｎｙ　ｆａｃｔｏｒｓ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ，ｉｔ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｆｕｔｕｒｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｕｓｈｉｏｎ，ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ