软弱下卧层承载力验算时应注意的几个问题

软弱下卧层承载力验算时应注意的几个问题李文洲山东省建筑科学研究院摘要：在进行软弱下卧层承载力验算时，必须弄清楚公式中每个符号所代表的意义和取值范围以及每个公式的应用环境，根据工程的具体情况，准确的计算软弱下卧层顶面处的自重应力和附加应力值以及修正后的地基承载力特征值，并进行验算.关键词：软弱下卧层换填法群桩承载力验算地基土层一般是成层的，其承载力随深度而增加，而外荷载引起的附加应力则随深度而衰减，因此，只要基底持力层承载力满足设计要求一般就可以啦。但也有不少情况，持力层不厚，在持力层以下受力层范围内存在软弱土层（即软弱下卧层），软弱下卧层的承载力比持力层小的多。如我国沿海地区表层“壳层”下有很厚一层(厚度在20米左右)软弱的淤泥质土层,这时,只满足持力层承载力的要求是不够的,还需验算软弱下卧层的承载力;当群桩基础设置在有限厚硬持力层、其下存在软弱下卧层时，为避免桩基因持力层较薄发生冲剪破坏而导致整体失稳，应验算软弱下卧层的承载力；另外，在采用换填法处理地基时，如果地基表层土层较厚而全部挖除不合理时，可将其部分挖除，铺设密实的垫层材料，但必须进行换填层以下软弱土层的承载力验算,以上几种情况都要求传递到软弱下卧层顶面的附加应力和土的自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力设计值，即pz+pcz≤faz（1）式中:pz---相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力设计值（kPa）;pcz---软弱下卧层顶面处的自重应力值（kPa）;faz---软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa）。在按照上式进行软弱下卧层承载力验算时应注意以下几个问题：一．软弱下卧层faz的修正计算问题建筑地基基础设计规范〉〉（GB5007-2002）规定，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：faz=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)（2）式中：faz为修正后的地基承载力特征值；fak为按现场载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地级承载力特征值；ηb、ηd为基础宽度和深度的修正系数；b为基础底面宽度（短边），当基础宽度小于3时按3米计算，大于6米按6米计算。但在进行软弱下卧层验算时，上式中的ηb应取为0；γm为软弱下卧层以上各层土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；d为软弱下卧层埋置深度而不是基础埋值深度（m）,一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于群桩基础下的软弱下卧层faz=quk/γq(3)quk为软弱下卧层经深度修正后的地基极限承载力标准值；γq为地基承载力分项系数，取γq=1.65.二．软弱下卧层顶面处的自重应力值pcz计算时的取值问题pcz=γmd（4）式中：d为天然地面至软弱下卧层顶面的深度而不是基础埋置深度；γm为d深度范围内各层土的加权平均重度，地下水位以下必须取有效重度。三．软弱下卧层顶面处的附加应力设计值pz计算时的取值问题在计算附加应力设计值pz时，荷载效应组合应取正常使用极限状态下荷载效应的标准组合而不能取其它组合，对于条形基础:(见图1)ztgbppbPzck2)(（5）对于矩形基础:)2)(2()(ztglztgbppblPzck（6）pk=(Fk+Gk)/A（7）式中，Gk为基础及其上回填土的自重，在计算pk时应计入这部分自重；b,l分别为基础的宽度（m）和长度（m），若为条形基础，l取1米，长度方向应力不扩散；pc为基础底面处的自重压力值（kPa）;z为基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）;θ为地基应力扩散角(º)，按下表1采用。天然地基应力扩散角θ(º)表1Es1/Es2z≥0.25bZ≥0.5bEs1/Es2z≥0.25bz≥0.5b36º23º1020º30º510º25º在上表中:1.Es1、Es2分别为土层在侧限条件下取得的压缩模量而不能取为无侧限条件下的变形模量；2.Es2为软弱下卧层压缩模量，Es1为软弱土层之上土层的压缩模量；3.z0.25b时取θ=0º;z0.5b时θ值不变。当采用换填法时，地基应力扩散角按下表2采用换填法地基应力扩散角θ（º）表2换填材料z/b中砂、粗砂、砾砂圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣粉质粘土、粉煤灰灰土0.2520º6º28º≥0.5030º23º在上表中:1.当z0.25b时，除灰土取θ=28º外，其余材料均取θ=0º;2.当0.25z/b0.5时，θ值可内插求得。对于群桩基础：当sa≤6d时，发生整体剪切破坏(见图2))2)(2()(2)(00000tgtBtgtAlqBAGFPisikz（8）A0、B0为桩群外缘矩形面积的长短边长，如图2所示（m），而不要取为承台的长短边长At、Bt；θ为桩端硬持力层压力扩散角，按表3取值桩端硬持力层应力扩散角θ(º)表3Es1/Es2t=0.25B0t≥0.5B0Es1/Es2Z=0.25B0z≥0.5B014º12º510º25º36º23º1020º30º在上表中：1.Es1、Es2分别为硬持力层、软弱土层压缩模量;2.z0.25B0时，θ降低取值。当sa6d且硬持力层厚度t(sa-De)·cot/2的群桩基础以及单桩基础，发生冲剪破坏(见图2)20)2()(4tgtDlquNPzeisik（9）式中:N为桩顶轴向压力设计值；De为桩端等代直径，对于圆形桩端，De=D;方形桩，De=1.13b(b为桩的边长)；按表3确定时，B0=De.但对于桩端持力层为砂、砾层的挤土型低承台群桩，桩距虽较大（Sa6d）,由于成桩挤密效应和承台效应导致桩端持力层的刚度提高和桩土整体性加强，也可能发生整体剪切破坏，可按式（8）进行计算；对于高承台桩基，或承台下地基土可能出现自重固结湿陷、震陷、液化的低承台群桩，当桩侧土较软弱，虽其桩距略小于6d，也可能出现各基桩单独冲剪破坏，此时应按式（9）进行计算。因此，在进行软弱下卧层承载力验算时，由于涉及到的公式、符号较多，一定要弄清楚每个符号所代表的意义和取值范围以及每个公式的应用环境，根据工程的具体情况，准确的计算软弱下卧层顶面处的自重应力和附加应力值以及修正后的地基承载力特征值，并进行验算，应用并服务于实际工程中去。参考文献：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)建筑桩基技术规范（JGJ94-94）建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)注册岩土工程师专业考试复习教程中国建筑工业出版社李文洲单位：山东省建筑科学研究院岩土工程所职称：高级工程师电话：1396913258585595283通讯地址：济南市无影山路29号（Severalquestionsthatshouldbepaidattentiontowhilecomputingthebearingcapacityofweaklyunderlyingstratum.）发表于《山东土木工程》2005-4