關(guān)于 強(qiáng)夯加固填土地基靜載荷試驗(yàn)的尺寸效應(yīng)的探索
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作者；張毅
目前靜載荷試驗(yàn)是一種重要的模擬基礎(chǔ)受力變形的原位測試方法，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011中規(guī)定強(qiáng)夯地基的處理效果應(yīng)采用載荷試驗(yàn)。至于采用何種尺寸的承壓板，規(guī)定強(qiáng)夯地基壓板面積應(yīng)按處理深度確定并考慮壓板的尺寸效應(yīng)，應(yīng)采用大壓板載荷試驗(yàn)并且壓板最小直徑不得小于1m。規(guī)范雖然給出了載荷試驗(yàn)選取承壓板尺寸的基本原則和最小值，但仍沒有明確大壓板的尺寸和其尺寸效應(yīng)對(duì)地基檢測結(jié)果的影響。
關(guān)于承壓板的尺寸效應(yīng)，國內(nèi)外學(xué)者均有研究。De Beer在砂層上研究承壓板尺寸與沉降關(guān)系，發(fā)現(xiàn)沉降的增大或減小與壓板尺寸的大小有關(guān)；冶金部勘察系統(tǒng)在太原黃土地區(qū)進(jìn)行承壓板與沉降關(guān)系的研究，得到了相似的結(jié)論；天然地基和復(fù)合地基上研究承壓板與沉降
的關(guān)系，得到位移隨承壓板尺寸的增加而增大的結(jié)論；砂土上通過試驗(yàn)研究表明，地基承載
力并不是隨基礎(chǔ)尺寸的增加而呈線性增加，而是存在承載力系數(shù)隨基礎(chǔ)尺寸增加而減小的現(xiàn)象。韓曉雷在沙漠地區(qū)研究地基承載力特征值隨承壓板尺寸變化的基本規(guī)律，并給出了壓板尺寸的取值范圍為0.4~0. 7m；張文龍?jiān)趦?nèi)蒙古粉細(xì)砂上研究地基承載力與承壓板尺寸間的關(guān)系，得到一定深度內(nèi)土層的地基承載力與壓板的尺寸大小存在著一個(gè)界限值；肖兵在復(fù)合地基上通過大尺寸和小尺寸壓板研究二者引起承載力的變化，對(duì)于復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)存在偏于不安全的尺寸效應(yīng)。王忠勝在均勻的填土上通過寬度為0.5~1. 2m的壓板做靜載荷試驗(yàn)，得到隨著載荷板尺寸的增加，載荷板沉降會(huì)變小，而地基承載力會(huì)有所減小的結(jié)論。由上述可見，承壓板尺寸效應(yīng)的研究在各類土中展開，主要研究承壓板尺寸對(duì)沉降和承載力的
影響，因?yàn)楦鲗W(xué)者選取壓板規(guī)格不盡相同，其研究結(jié)果也各有迥異。對(duì)于強(qiáng)夯加固厚填土地基靜載荷試驗(yàn)，在滿足規(guī)范前提條件下采用大面積壓板的尺寸效應(yīng)，目前還沒有學(xué)者進(jìn)行系統(tǒng)研究。
本文通過現(xiàn)場一系列不同規(guī)格的靜載荷試驗(yàn)研究壓板的尺寸效應(yīng)。在選擇填土厚度和壓板尺寸時(shí)，一方面考慮滿足規(guī)范¨中壓板尺寸的最小值，同時(shí)還考慮強(qiáng)夯有效加固深度及壓板下應(yīng)力影響最大的范圍。進(jìn)而研究壓板尺寸與沉降之間的關(guān)系、壓板尺寸對(duì)填土地基土性參數(shù)的影響、壓板尺寸對(duì)地基承載力的影響，為檢測人員對(duì)于強(qiáng)夯加固厚填土地基載荷試驗(yàn)的承壓板選擇提供借鑒。
1 方案設(shè)計(jì)
根據(jù)規(guī)范，強(qiáng)夯填土地基有效加固深度為10m，壓板尺寸直徑≥1m。壓板影響的深度約為其寬度的2倍。因此選擇10m的填土厚度、正方形壓板寬度在1~5m內(nèi)進(jìn)行各規(guī)格的靜載荷試驗(yàn)。
1.1 試驗(yàn)方法
經(jīng)強(qiáng)夯加固后，分別取壓板邊長為1. 41，3.00，3. 46，4.47m 4種規(guī)格的正方形大面積壓板，壓板編號(hào)分別為1，2，3，4。在10m厚的填土地基上進(jìn)行慢速維持荷載法載荷試驗(yàn)，初始加載量80kPa，分9級(jí)加載，加載總量400kPa，每個(gè)規(guī)格進(jìn)行6次試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照規(guī)范《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79-2012進(jìn)行。
1.2試驗(yàn)?zāi)康?/p>
1)通過現(xiàn)場p-s荷載-沉降曲線隨壓板寬度的變化關(guān)系以及s/b隨壓板寬度的變化關(guān)系，研究壓板寬度對(duì)沉降曲線的影響。
2)通過各規(guī)格壓板實(shí)測p-s曲線與通過切線模量法計(jì)算的p-s沉降曲線擬合比較分析，反演計(jì)算土性參數(shù)，研究壓板尺寸對(duì)填土地基土性參數(shù)的影響。
3)通過切線模量法的“雙控原則”分別計(jì)算4個(gè)寬度的基礎(chǔ)（用壓板模擬，則基礎(chǔ)埋深為0）的極限承載力和控制沉降為25mm時(shí)的承載力，二者取小值，研究壓板尺寸對(duì)地基承載力的影響。
4)通過地基土性參數(shù)反演，在強(qiáng)夯填土厚度10m的情況下，選擇出盡量能反映地基實(shí)際情況的承壓板尺寸，最后給出大壓板尺寸的選擇范圍。
2現(xiàn)場試驗(yàn)概況
試驗(yàn)場地位于丘陵谷地，深厚填土為大面積碎石土，平均厚度10m。強(qiáng)夯加固該填土的單擊夯擊能為8 000kN-m，夯距6m x6m，正三角形布置，隔行分2遍點(diǎn)夯，單點(diǎn)擊數(shù)10~14擊，最后2擊平均夯沉量≤150mm為停夯標(biāo)準(zhǔn)，第3遍滿夯，能級(jí)為2 000kN.m，夯點(diǎn)搭接1/3，每點(diǎn)3擊。地基加固后要求新填土層地基承載力特征值≥200kPa�，F(xiàn)場各規(guī)格靜載荷試驗(yàn)按照試驗(yàn)方案進(jìn)行。
3 試驗(yàn)成果及分析
3.1 壓板寬度對(duì)沉降的影響
4個(gè)規(guī)格的壓板加荷400kPa時(shí)，各壓板總沉降數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。
沉降和相對(duì)沉降比隨壓板寬度的變化曲線如圖1所示。
從圖1可以看出，總體上沉降s隨壓板寬度增大而增大，s/b隨壓板寬度增大而減小，可見，按規(guī)范取s/b=0.01來取定地基承載力特征值而不考慮壓板寬度顯然是不合適的。
3.2 壓板寬度對(duì)地基土性參數(shù)的影響
4個(gè)規(guī)格的壓板加荷400kPa時(shí)，地基土體沒有破壞，屬于緩變型p-s沉降曲線（見圖2）。假設(shè)該類p-s沉降曲線為一雙曲線方程：
繪制切線模量法的p-s沉降曲線，取地基要求的沉降所對(duì)應(yīng)的地基承載力為f a。
式中：K為安全系數(shù)。
切線模量法計(jì)算的p-s沉降曲線與現(xiàn)場實(shí)測p-s沉降曲線（選取3個(gè)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)）進(jìn)行對(duì)比如圖2所示。
從圖2可知每個(gè)規(guī)格的壓板現(xiàn)場實(shí)測的p-s沉降曲線和切線模量法計(jì)算的p-s沉降曲線吻合較好，故可利用切線模量法計(jì)算地基土體的土性參數(shù)。各壓板基于載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)反算的地基土性參數(shù)如表2所示。
從表2可以看出填土地基的內(nèi)摩擦角隨著壓板寬度增大而減小。
3.3壓板寬度對(duì)地基承載力的影響
根據(jù)切線模量法確定不同基礎(chǔ)寬度的承載力，而不是通過現(xiàn)場p-s沉降曲線先確定地基承載力特征值，然后再根據(jù)不同基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作深寬修正，因?yàn)楝F(xiàn)場p-s沉降曲線確定地基承載力有以下不足：①當(dāng)加載量為2倍設(shè)計(jì)值時(shí)土體沒有明顯破壞，那么地基極限承載力未知，地基承載力特征值也只能用不小于加載量的一半表示；②地基承載力的安全系數(shù)沒有充分體現(xiàn)；③對(duì)于同一試驗(yàn)曲線，不同的設(shè)計(jì)人員對(duì)s/b取值不同，得到地基承載力特征值也不同，因而對(duì)同一土性承載力存在不唯一性；④在實(shí)際工程中，對(duì)于硬土，s/b<0.01的情況也常見，很難確定具體地基承載力特征值為多少。因此，采用切線模量法計(jì)算正方形獨(dú)立基礎(chǔ)寬度b=1. 41，3. 00 ,3. 46，4.47m時(shí)的地基承載力f a，計(jì)算結(jié)果如表3所示（設(shè)埋深為d=1. 5m，沉降控制為25mm，P25為沉降s= 25mm時(shí)對(duì)應(yīng)的地基承載力，因?yàn)榘匆?guī)范獨(dú)立基礎(chǔ)沉降控制為25mm）。
由表3可以看出：假設(shè)正方形獨(dú)立基礎(chǔ)埋深為1. 5m，地基極限承載力隨著壓板寬度增大而減小，地基承載力隨著壓板寬度增大而減小，安全系數(shù)隨著壓板寬度增大而增大。
3.4壓板寬度的選擇范圍
根據(jù)靜載荷檢測，地基土性參數(shù)c，
隨著壓板寬度在變化（見表2），但是對(duì)于某種土來說，土性參數(shù)反映土性屬性，是唯一的，如表4所示。
各規(guī)格壓板土性反演的平均值代表了本土體的屬性，由表4可以看出此結(jié)果和2號(hào)壓板即3. 00m×3.00m的壓板計(jì)算得到的結(jié)果非常接近，故對(duì)于強(qiáng)夯作用加固10m厚填土地基，可用3. 00m×3.00m的承壓板檢測。
4 結(jié)語
1)總體上沉降隨壓板寬度的增大而增大，相對(duì)沉降比隨壓板寬度增大而減小。
2)通過切線模量法反演地基土性參數(shù)得到填土地基的內(nèi)摩擦角隨著壓板寬度增大而減小。
3)假設(shè)正方形獨(dú)立基礎(chǔ)埋深為1. 5m，研究4種規(guī)格壓板寬度的基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)：地基極限承載力隨著壓板寬度增大而減小，地基承載力隨著寬度增大而減小，安全系數(shù)隨著壓板寬度增大而增大。
4)根據(jù)地基土性參數(shù)唯一的原則，故對(duì)于強(qiáng)夯作用加固10m厚填土地基，可選擇3m寬壓板做靜載荷試驗(yàn)，對(duì)于強(qiáng)夯加固≤10m厚的填土地基的靜載荷試驗(yàn)壓板寬度選擇范圍為1~3m。
5 [摘要]對(duì)強(qiáng)夯加固填土厚度為10m的碎石土進(jìn)行現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，在壓板寬度選擇時(shí)，考慮了相關(guān)規(guī)范所要求的最小值和承壓板應(yīng)力所能達(dá)到的影響深度的因素，選用寬度為1. 41，3.00，3.46，4.47m 4種規(guī)格正方形大面積壓板進(jìn)行現(xiàn)場靜載荷試驗(yàn)，研究壓板寬度對(duì)地基沉降、相對(duì)沉降比、土性參數(shù)、地基承載力的影響，得到了上述研究對(duì)象隨著壓板寬度的變化規(guī)律，并且給出了強(qiáng)夯填土地基靜載荷試驗(yàn)壓板寬度選取的范圍。
