浅部地基、承载力（精选三篇）
浅部地基、承载力 篇1
试验方法包括标准贯入试验、静力触探试验和深层平板载荷试验。
1 场地工程地质条件
1.1 K19+330段
根据钻探资料，场地土岩性特征自上而下分述如下：
(1) 素填土：黄褐色，稍湿，稍密。
(2) 粉质粘土：灰褐色～黄褐色，灰褐色～灰黑色，湿～饱和，软塑状态，局部夹薄层粉土。
(3) 细砂：灰色，饱和，中密状态。
1.2 K21+890段
根据钻探资料, 场地土岩性特征自上而下分述如下:
(1) 粉土：黄褐色、灰色，稍湿，中密状态，含有植物根系。
(2) 粉砂、细砂：黄褐色，湿-饱和，松散-稍密状态。
2 试验及结果分析
2.1 标准贯入试验
现场采用DPP-100型回转钻机泥浆护壁钻进，标贯结果见表1。
2.2 静力触探试验
现场采用20T自行式静力触探车，采用双桥探头，J TY-3A型数据采集仪进行数据采集，试验结表见表2。
2.3 深层平板载荷试验
深层平板载荷试验采用堆载法，配重为砼块和钢梁自重，压板面积0.5m2，试验深度1.1～1.5m。试验采用500kN油压千斤顶加荷，配40MPa标准压力表测压，以2块50mm量程百分表观测地基土沉降。粉质粘土 (2) 分级荷载30kPa，首级30kPa，终载270kPa和300kPa;粉砂 (2) 分级荷载40kPa，首级40kPa，终载400kPa。试验结果见表3。
注：[fao]为承载力基本容许值, 单位kPa, s为对应沉降量, 单位
mm。
综合上述标准贯入试验、静力触探试验和深层平板载荷试验结果，分别确定地基土的承载力基本容许值[fao]和压缩(变形)模量Es (E0) 及桩侧摩阻力标准值(qik)见表4。
由上述对比分析可以看出，由土工试验、标贯试验、静探试验确定的承载力平均值略低于静载荷试验指标，粉质粘土 (2) 差值为7%，粉砂 (2) 差值为17%。
3 结论
通过深层平板载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验结果对比分析，采用标贯试验获得的承载力值安全系数较大，深层平板载荷试验获得的承载力值更接近实际，静力触探试验得的承载力值偏大，所以，在实际工作中，应根据不同构筑物对承载力的要求，采用不同的方法确定地基承载力指标, 有条件情况下, 承载力指标宜采用多种原位测试结果综合分析确定。
参考文献
[1]工程地质手册 (第四版) , 2007年2月第四版.
[2]公路工程地质勘察规范 (J TG C20-2011) , 2011年11月第1版.
浅谈载荷试验确定复合地基承载力 篇2
【关键词】复合地基;承栽力;回弹法
0.前言
目前，在我国的基础建设中，复合地基应用于软弱地基的处理越来越广泛，而确定地基承载力已成为复合地基设计与施工中的关键问题。现阶段，复合地基承载力的确定有两种方法，一为直接根据有关规范给定的经验公式计算，另一方法即为根据原位试验确定，而在诸多原位试验中，载荷试验是应用最多的，也是最广泛的，由试验确定的数值也被认为是最精确的。先选用经验参数，采用公式进行初步设计，然后再用载荷试验方法进行检验，这是目前最普遍的程序。
复合地基载荷试验综合反映了桩及桩间土的承载性状，但桩或土破坏顺序不同、桩的长短不一及桩间土性质不同，可表现为不同类型的载荷试验P—S曲线。依据曲线类型的不同，应如何采用合适的承载力确定方法成为确定承载力的关键问题。本文结合一工程实例，探讨载荷试验确定复合地基承载力的方法。
1.目前载荷试验确定地基承载力的标准分析
目前国家现行行业规范规定：在满足试验终止加荷条件时复合地基承载力基本值可按以下三种标准取值：①取比例极限所对应的荷载，不能大于所加最大荷载的一半；②当极限荷载能确定时，取极限荷载的一半，但有个前提，即极限荷载能确定，如图1中曲线A；③ 按相对变形值确定，可取s／d(或s／b)一0．006～0．015(s为变形值，d或b为承压板直径或宽度)对应的荷载，各种地基有不同的取值。另外，上海市、广东省等各有符合本地实际情况的地方规范。
大量工程实践证明，载荷试验P—S曲线在低荷载水平的前半段多为光滑曲线，尤其在软土地区或桩体刚度较低时，很难找到明显的比例极限荷载。因此按① 、②确定承载力，人为因素较大，可操作性不强。工程实践中多采用③按相对变形法来确定承载力。它的理论基础可认为：如果载荷板与基础的压力相同，则s／b(或d)比例應大致相等。这是与目前按变形控制进行工程设计的观点相一致的，尤其对短桩和无较好持力层时，该法更能满足建筑物按沉降控制的要求。但由于s／d为一范围值，沉降量取值上、下限相差达2．5倍。实际应用时，还应考虑具体的土质条件及建筑物在该地区土层条件下的允许沉降值来恰当选取 s／d的值。
2.载荷试验回弹值确定地基承载力
认为复合地基的弹性应变与塑性应变是完全可以区分开的，弹性变形发展到一定阶段后才会进到塑性变形阶段。而由弹性变形进到塑料变形阶段，即为该复合地基承载力基本值。如图2，在0-Per荷载范围内，认为只发生弹性应变而不发生塑性应变，经卸荷至零一段时间恢复后，弹性变形可完全恢复；而塑性变形是不能恢复的。基于以上认识，做复合地基载荷试验，在试验达到终止条件后，逐级卸荷至零，作出P—S压缩曲线和回弹曲线，然后在压缩曲线上找出与静载试验回弹量相同的沉降值，该值对应的临界压力值，即为复合地基承载力基本值。
图2 回弹试验曲线
3.静载试验回弹确定承载力实例分析
某工程采用水泥土桩进行地基处理，该复合地基由载荷试验确定地基承载力。场地地层条件见表1，地下水位一15．5m，水泥土桩有效桩长8m，桩间距1．0～1．5m，设计复合地基承载力为180kPa，在保证置换率相同的情况下，做单桩复合地基载荷试验，共6个点做载荷试验，结果见表2。
总体上来看，除6#试验点外，其余各试验点由回弹法和相对变形控制法所确定的承载力相差并不大。
位于场地南面的3#试验点，由于受地下排水管渗漏影响，该处含水量相对较高，因此土体强度相对较低，按s／d=0．006得到复合地基承载力基本值()仅为155kPa，而动测显示该桩波速并无异常，估计采取措施对渗漏加以控制后，相信该处地基强度应该可以提高。
而6#试验点压缩曲线类似于典型曲线，按回弹法确定(fsp)为135kPa明显低于其它方法按相对变形控制所确定的175kPa，经动测发现该桩在埋深6．5m处严重缩径，估计加荷终止时已将该处压坏，因此卸荷后弹性变形恢复较少，故用回弹法得到的承载力较低。若用相对变形控制，由于在较低应力水平时(比例极限荷载附近)，深部缩径对变形影响较小，故该法得到的承载力较回弹法要高，偏离实际情况。因此，从这个工程实例可以看出，回弹法能更加客观地反映桩受荷后的真实情况。
4.结论与建议
4.1一般来说，载荷试验只能反映1～2倍压板宽度深度内的平均力学性能，对于深部的情况并不能客观反映。从本文工程实例来看，相对变形控制方法，回弹法能较客观地反映桩或地基受荷后的性状。在确定承载力时，应综合考虑相对变形和回弹两种方法。
4.2复合地基并非均一的，在做载荷试验时，应选取有代表性的试验点进行试验，力求真实客观地反映复合地基的承载性能。
浅部地基、承载力 篇3
随着城市建设的快速发展, 理想的建设用地颇为紧张, 在煤矿老采空区上兴建建筑物成为有效缓解用地紧张的一种手段。由于老采空区的特殊的地质环境条件, 在其上方修建建筑物, 特别是荷载较大的高层建筑物, 很有可能造成老采空区的“活化”[1], 从而影响建筑物的安全, 所以必须加强对其地基稳定性评价治理方面的研究, 以保证建筑物的安全。近年来, 国内外很多的学者专家开展了大量的研究, 比如滕永海、张俊英提出以裂隙带发育高度与附加应力影响深度是否重合来判断建筑物的安全[2];郝刚等用建立相似材料模型的方法研究浅部采空区的安全[3], 并提出了采空区评价的一般步骤;隋旺华、汪吉林、张长敏等用数值计算的方法来评价采空区的安全[4]等。
文章研究区位于徐州市贾汪区。贾汪区是徐州矿区的主要采煤区之一, 主要由韩桥矿 (分韩桥井和夏桥井) 开采下石盒子组1、3煤和太原组17、20、21煤。另外大量的小煤窑也曾在此复采1、3煤, 总体采深较浅、个别时间段采掘管理比较混乱, 矿井生产资料的收集、整理、评价的难度比较大。所以对此区的拟建建筑物稳定性的研究很有难度。
1 工程概况
拟建的某大酒店位于江苏省徐州市贾汪城区206国道东侧, 新夏路的北侧, 项目总用地面积约5 779 m2, 拟规划建设1幢17层星级宾馆, 带一层地下室, 地上高度为64.65 m, 拟采用框架剪力墙结构。该拟建场地处于韩桥煤矿矿区范围内, 韩桥煤矿的夏桥井及多个小煤窑也在此拟建场地下方及周边进行过多次采煤, 遗留有多层采空区。
2 评价区地层、煤层及开采情况
2.1 地层
贾汪地层属“华北地层鲁西分区徐宿小区”, 但发育不全。上元古界青白口系土门群系为区内分布的最老地层, 其上为震旦系城山组～魏集组, 古生界寒武系、奥陶系中下统、石炭系中上统、二叠系及新生界第四系中上更新统和全新统。其中二叠系的下统的下石盒子组、山西组及石炭系太原组是主要含煤地层。下石盒子组主要是砂岩、页岩、砂页岩夹煤层, 含1～6煤层, 主要可采煤层为1、3煤。山西组主要是页岩、砂页岩夹煤层, 含7～10煤层, 其中仅7煤层为局部可采煤层。太原组主要是灰岩、砂页岩夹煤层, 含11～22煤, 主要可采煤层为17、20、21煤。第四系覆盖层为4～10 m厚的粘土及砂姜粘土层。
拟建场地处于贾汪复向斜的核部, 地层总体上向西、西北倾斜, 地层产状平缓, 倾角4°～10°。评价区内无区域性活动断裂穿过。
2.2 煤层及开采情况
区域煤系地层为下石盒子组、山西组、太原组。地层厚度438 m, 可采6层, 煤层总厚约7.7 m。其中与工程密切相关的为下石盒子组地层, 厚140 m, 含可采煤层1、3煤。1煤 (俗称夏桥系上层煤) , 为主要可采煤层, 层位稳定, 分布普遍, 结构简单, 煤厚0.5～2.16 m, 平均1.5 m, 1煤下距3煤1.7～16.5 m, 平均10.6 m;3煤 (俗称夏桥系下层煤) , 为主要可采煤层, 层位稳定, 分布普遍, 结构复杂, 3煤厚1.00～3.05 m, 平均2.2 m。
根据收集的资料, 拟建场地范围内主要开采了1、3、17、20、21煤, 夏桥井在拟建场地下方开采1、3煤于20世纪60年代初结束。1、3煤在解放前用手工刨煤, 穿垛式开采即房柱式采煤法。解放后在残柱内找煤, 因老墟多, 顶板破碎, 难以正规推面, 故继续选择房柱式采煤法。采用跨落法管理顶板。另根据调查走访相关人员, 20世纪70年代众多小煤窑开始复采1、3煤, 开采的方法主要是掏洞回采残留煤柱, 无规范的回采工作面布置, 且管理较混乱, 加之开采的年代较久, 1、3煤无可靠和具体的采矿资料。1、3煤露头从场地的东部穿过, 煤层开采情况复杂, 开采次数多, 条件不清。
3 现场勘查
由于17、20、21煤层埋深较大、层厚较小, 停采时间超过5 a, 且有可靠的采掘资料, 按地区研究成果, 不考虑其对拟建建筑物的影响, 该次研究工作重点放在浅部1、3采空区。在调查询问和搜集有关资料的基础上, 采用了钻探、物探的勘探手段, 基本查明了拟建场地1、3煤层采空区的分布、埋深及塌落密实情况。根据勘探资料显示, 地层总体上向西、西北倾斜, 地层产状平缓, 倾角5°左右。1煤部分开采, 3煤全部开采, 且采空区已基本沉陷密实, 局部少量空洞, “三带”发育规律不明显。如图1所示。
4 采空区地基稳定性分析评价
4.1 力学分析法
力学分析方法基于刚性极限平衡理论, 采空区上覆岩 (土) 柱是依靠其与周围岩 (土) 体的摩擦力和粘聚力维持稳定的。设建筑物基底平均附加压力为p0, 当巷道顶板的埋藏深度增大到一定的深度时, 顶板岩层恰好保持自然平衡 (即作用在采空段顶板上的压力Q=0) , 此时的附加应力的影响深度称为临界深度H0, 则:
式中, B为残留空洞宽度, m;γ为地层平均重度, kN/m3;p0为建筑物基底平均附加压力, kPa;φ为地层平均重度摩擦角, (°) 。
当采空区顶板的埋藏深度H
对于拟建17层高 (地下一层, 相当于18层) 的建筑物, 按平均基底压力Po为360 kPa, 地层平均重度γ取24.45 kN/m3, 摩擦角φ取30°, 井下残留空洞宽度B取4.0 m估算, 得H0=26.58 m。
该用地范围内1、3煤采空区深度约在16.0～40.6 m之间 (依据钻孔实际揭露情况及采掘工程平面图) , 1煤采空区上覆岩土的平均厚度17 m, 小于1.5 H0, 3煤采空区的上覆岩土的厚度最薄处为32.8 m, 也小于1.5 H0。所以采空区在受到建筑物载荷影响时很有可能产生“活化”。
4.2 附加应力影响深度评价法
煤层开采后上覆岩层形成垮落带、导水裂隙带和弯曲带, 以建筑物荷载影响深度是否达到垮落裂隙带发育高度为原则, 来进行建筑地基的评价和楼房建筑层数的确定, 即开采深度HC大于附加应力影响深度HDZ与冒落裂隙带发育高度hmax之和认为稳定。计算公式为HC≥HDZ+hmax。一般讲, 当拟建建筑物下方有高压缩性土或别的不稳定因素如垮落断裂带时, 则应计算附加应力至10%自重应力, 可认为附加应力对该深度的地基不产生多大影响。在具体计算时, 考虑到计算误差等因素, 两者之间要留设5～10 m的安全保护层。
拟建建筑物17层, 基底附加应力约为0.34MPa, 建筑物荷载影响深度计算结果如表1所示。
根据以上计算, 可知当深度在39 m左右时, 附加应力就几乎和10%地层自重应力相等了, 即可认为建筑物载荷的影响深度小于40 m, 此深度超过了1煤的开采深度, 部分达到3煤采煤破碎带深度, 即判定建筑物载荷可能使得老采空区“活化”。
4.3 模拟数值计算分析
利用二维弹塑性有限元法, 应用摩尔库伦准则, 对该采空区的稳定性进行分析, 计算模型以实际情况为基础, 并进行抽象简化。研究区的岩层按岩性和完整程度划分为泥岩组、砂岩组、煤岩组、破碎岩组 (采空区堆积岩体) 和松散岩组 (第四系粘土层) 等5个岩组。1、3煤采空区用破碎岩组代替。模型长×高=150 m×60 m, 共划分2 534单元、2 363节点。地层分析模型如图2所示。
模型岩土层的工程地质参数分两步确定[2]。一是根据岩石实验数据, 再运用权值分类法求得场地内岩体力学参数;二是运用反演拟合法及根据评价区煤层开采的沉陷实测数据, 然后根据第一步计算的岩体力学参数进行反复试算、调整, 直到计算结果与实测的结果基本一致为止, 即认为材料参数符合要求。根据以上两步得到的岩组力学参数如表2所示。
模拟分三种情况进行, 第一种情况在采空区没有经过处理时, 建筑物采用整板基础, 载荷直接作用在采空区上;第二种情况采空区没有处理, 建筑物采用桩基基础, 桩基深度穿过1煤采空区;第三种情况采1、3煤采空区经过注浆处理, 建筑物采用桩基形式。上述三种情况下数值计算结果为:在第一种情况下基础下沉量在300 mm左右, 超过了规范要求的高层基础下沉平均200 mm的要求;第二种情况基础下沉量平均在150 mm, 基本满足规范要求, 第三种情况基础下沉量在50 mm左右, 满足规范要求;综合经济安全因素可选择第三种情况, 即采空区注浆处理后利用桩基, 穿过1煤采空区的地基基础措施。
5 结论及建议
拟建的某大厦项目场地位于采空区及影响范围以内, 场区下停采时间在30 a以上, 沉降移动已稳定, 开采情况较为混乱, 资料缺乏, 其采深采厚比≤25, 对场地的稳定性不利。钻探及地震勘探资料表明, 评价区的1煤部分开采, 3煤全部开采, 且采空区已基本沉陷密实, 局部少量空洞, “三带”发育规律不明显。根据力学分析方法, 附加应力的影响的1.5倍临界深度, 达到了3煤采空区, 所以判定采空区在受到建筑物载荷影响时很有可能造成“活化”。根据HC≥HDZ+hmax稳定评价原则确定, 建筑物载荷附加应力的影响深度, 达到3煤破碎带, 判定荷载可能引起采空区活化。根据数值计算方法, 直接采用未注浆桩基穿越1煤采空区及注浆处理后再采用桩基的方法, 基础的下沉基本满足规范要求。综合经济安全因素, 选择采空区注浆处理后利用桩基, 穿过1煤采空区的地基基础措施。拟建场地综合评定为不稳定场地, 建议采用注浆方法对采空区进行处理, 并且基础采用桩基结构以更好地保证建筑物的安全。
参考文献
[1]郭惟嘉, 王勇义.采空区上方修建大型建筑物地基稳定性评价[J].岩土力学, 2004 (9)
[2]滕永海, 张俊英.老采空区地基稳定性评价[J].煤炭学报, 1997 (5)
[3]郝刚, 吴侃.老采空区“活化”的相似材料模型系统[J].矿山工程技术, 2011 (6) :476-480