加筋土地基设计理论和方法的探讨.docx

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加筋土地基设计理论和方法的探讨

加筋土地基设计理论和方法的探讨

摘要：

本文论述了天然地基承载力按正常使用极限状态验算是不妥当的，应按照承载力极限状态设计，其承载力

可由弦线模量计算的P-S曲线和由Hansen极限荷载公式计算确定，最为关键的问题是弦线模量和土层剪切强度指标的确定。

天然地基的变形计算应按照正常使用极限状态进行；变形计算建议由弦线模量法进行。

天然地基设计应向变形控制方法过渡，以保证地基设计的可靠度。

加筋土地基的设计可以参照天然地基的设计方法。

关键词:

加筋土地基，设计理论，方法，探讨

ThediscussionforReinforcementEarthFoundation

DesignTheoryandMethod

MenKai1，HeKeqiang1,MenYuming2,LiuNina2,ZhangWen3,ZhangSshaoru3

（1.QingdaoTechnologicalUniversityQingdao266033China2.Chang-anUniversity,Xian710054China;3.XianUniversityofScienceandTechnology,Xian710054China）

Abstract:

Thispaperelaboratedthenaturalfoundationsupportingcapacityaccordingtothenormaluselimitingconditioncheckingcalculationisinappropriate,shoulddefertothesupportingcapacitylimitingconditiondesign,itssupportingcapacitymaycalculatesthedeterminationbasedonthechordmoduluscomputationP-ScurveandbasedontheHansenultimateloadformula,themostessentialquestionisthechordmodulusandthesoillayershearingstrengthtargetdetermination.Naturalfoundation'sdistortioncomputationshoulddefertothenormaluselimitingconditiontocarryon;Thedistortioncomputationsuggestioncarriesonbythechordmoduluslaw.Thenaturalfoundationdesignshouldtothedistortioncontroldirectiontransition,guaranteethegrounddesignreliability.Thereinforcementearthground'sdesignmayrefertothenaturalfoundationthedesignmethod.

Keywords:

Reinforcementearthfoundation,designtheory,method,discussion

作者简介：

门楷（1931–），男，高级工程师，主要从事工程抗震和岩土工程的教学和研究。

E-mail:

menkaigd@。

1前言

加筋土地基在我国的公路、铁路、建筑工程领域的应用越来越广泛,但其设计的理论和方法尚不够成熟和完善。

本文在研究分析天然地基设计理论和方法的基础上，探讨了加筋土地基的设计理论和方法。

2天然地基的设计

2.1天然地基的承载力计算

2.1.1按正常使用极限状态验算地基承载力是不妥当的

规范GB500072001是按正常使用极限状态验算地基承载力的[1]。

而在国家标准《建筑结构设计可靠度统一标准》GB50068-2001中明确规定，对于三种设计状况均应进行承载力极限状态设计，并指出，土压力、地基沉降属于永久作用，还指出，地基丧失承载能力而破坏（如失稳等）应认为属于承载能力极限状态[2]。

再对比规范GBJ7-89[3]，上海、天津规范均采用以分项系数表达的承载能力极限状态设计式，其总安全系数为2.5-3.0[4][5]。

其中上海规范在承载力极限状态验算中还考虑了风载和地震作用的组合。

北京规范是以总安全系数表达的承载力极限状态[6]。

其总安全系数对一般粘性土为2，沙土为3。

因此地基承载力按正常使用极限状态验算不符合统一标准的规定，它也无法明确地基设计的可靠度，也与规范1.01条说明的控制大变形的要求不符，所以它是不妥当的。

2.1.2地基承载力的确定

对比分析规范GB50007-2002、广东、黑龙江、重庆、GBJ7-89、北京、上海、天津等规范，确定地基承载力的方法有：

（1）由平板载荷试验确定地基承载力标准值或特征值或允许值（s/b=0.01-0.015），进行宽深修正；

（2）由平板载荷试验确定地地基极限承载力值（s/b=0.06或0.07）Pu;

（3）由土的抗剪强度指标计算地基承载力的特征值-地基临界荷载P1/4

（4）由土的抗剪强度指标计算地基极限承载力值Pu

（5）由土的物理指标等确定地基承载力特征值、标准值或基本值或允许值fk，进行宽深修正.

地基承载力的确定，GB50007-2002、广东、黑龙江、重庆等规范是按照

（1）（3）或（4）等方法确定，GBJ7-89是按照

（1）（3）（5）等方法，北京规范是按照

（1）（4）（5）等方法，天津规范是按照

（1）

（2）（4）（5）等方法，上海规范是按照

（2）（4）等方法。

需指出的是，由土的抗剪强度指标计算地基极限承载力值，北京采用Vesic公式，上海、天津采用Hansen公式，上海、天津规范对地基极限承载力计算公式作了较为深入的研究，并对抗剪强度指标的确定，作了具体的分析。

综合以上各种方法，我们认为

（2）（4）较为适用、可靠。

而平板载荷试验较为费时，费钱，建议采用弦线模量计算P-S曲线确定地基承载力，并采用Hansen公式计算地基极限承载力，

2.1.3地基承载力的验算

我们建议采用弦线模量法计算P-S曲线确定地基承载力-临塑荷载或极限荷载，并采用Hansen公式计算地基极限承载力后综合对比确定地基承载力，按照承载力极限状态进行地基承载力计算，承载力极限状态进行可以分项系数或总安全系数表达，以期满足工程地基承载力的可靠度要求。

2.2天然地基的变形计算

2.2.1工程地基变形计算的理论和方法

（1）地基变形计算的传统方法

A压缩模量计算地基沉降存在着几倍的误差和错误

压缩模量计算的地基沉降曲线与实测的地基沉降曲线形成剪刀型的错误，其根本原因在于压缩试验土样的力学模型与地基实际的半无限空间弹塑性性状相差甚远.具有侧限的压缩试验，土样越压越密实；在压力较小时，计算的变形量与实则值比较，是偏大的；在压力大时，计算的沉降量与实测值比较,是偏小的；而压板载荷试验中，在压力较小时，土层的变形处于弹性阶段,计算的沉降量较小，而当压力增大时,土层的受力进入弹塑性阶段，变形增大,当土层临近破坏时，地基发生剪切变形而破坏[7]

B用变形模量估算地基变形

高层建筑岩土工程勘察规程JGJ72-2004给出用变形模量EO估算天然地基平均沉降量[8]。

计算式中的压力是对应于荷载效应准永久组合时的基底平均压力，EO是基底下第i土层的变形模量，可通过载荷试验或地区经验确定。

仔细分析该计算公式，它应该是分层总和法，但变形模量不是分层土的变形参数，而是基底下第i层土层以下持力土层的变形模量。

附加加压力也不是分层土的附加压力。

显然这个方法是难以成立的。

C依据土的本构模型计算地基变形

Duncan-Chang模型为弹性非线性模型，计算切线模量、切线泊松比需要C，φ，Rf等8个土性参数。

修正剑桥模型计算竖向弹性应变增量和塑性应变增量需要比Duncan-Chang模型更多的参数.几十年来，沈珠江等提出过多种关于土的本构模型。

近年来又提出弹塑性损伤模型，并以此模型计算了湛江粘土的地基沉降,但误差较大[7].

关于土的本构模型的研究，周镜、卢肇钧等学者均指出，几十年来，各国学者建立了数百个土的本构模型，但在工程中应用的极少[9][10]。

龚晓南指出，自Roscoe创建剑桥模型至今，各国学者已发展了数百个土的本构模型，但得到工程界普遍认可的极少，严格地说尚没有。

他还指出，企图建立适用于各类岩土工程的理想的本构模型是困难的，或者说是不可能的，因为土的变形特性是非常复杂的[11]。

（2）地基变形计算的新方法

A切线模量法

文献[12]提出地基非线性沉降计算的原状土切线模量法该法中分层土的切线模量计算公式，是由持力土层的切线模量计算公式，经过简单的符号代换而成，没有任何的公式推导和基本原理的说明，切线模量Etji是当i层分层土顶面有附加压力Pji时，i层分层土顶面以下持力土层的切线模量。

把Etji解释为i层分层土的切线模量，这是把持力土层的切线模量与分层土的切线模量混为一谈，是理念上的错误,因此，切线模量法是不能成立的.

B弦线模量法

a持力土层的弦线模量值

焦五一依据载荷试验的P-S曲线上某一个压力点的附加压力增量和沉降增量，按照Businessg解，反算出这一压力点上的变形模量即持力土层的弦线模量值，以此确定持力土层的弦线模量值与基底附加压力的关系，即

（1）

由此式可以得到Ecj与Pj的定量关系，随着基底附加压力Pj的由小变大，弦线模量Ecj由大变小。

持力土层的弦线模量值Ecj体现了持力土层的弹塑性变形特性。

依据Ecj与Pj的定量关系，可以分析得出Pj-Ecj曲线及Pj-Ecj方程。

b分层土的弦线模量值

根据各分层土的孔隙比、含水量和各压力点的沉降增量ΔSj，分析研究各压力点的持力土层中各分层土在不同孔隙比、含水量时，分层土的弦线模量Ecji和分层土附加压力Pji的关系。

经过大量有关数据的取值,归纳和数理统计与工程数据分析,并经与试验实测数据进行拟合以及可靠性,精确性分析,确定在不同孔隙比和含水量时,分层土弦线模量值与分层土附加压力的关系.即分层土的Pji-Ecji曲线,方程和弦线模量值表.弦线模量法的基本原理如图1。

孔隙比大于1.26时黄土的Pji-Ecji曲线和方程，如图2。

图1弦线模量法的基本原理图2孔隙比大于1.26时黄土的Pji-Ecji曲线和方程

c地基土层的微结构分析研究

文献[13]依据我国上海软土、西北黄土和规范修编过程中几千份有关试验资料，分析研究了土的微结构研究现状、土的液限和各项指标之间的关系和土性的地区性差异问题。

分析研究了软土、黄土等土的微结构（粘粒含量等）、物理指标（孔隙比、含水量、液限等）和力学指标（变形模量、沉降量、湿陷量等）之间的关系。

发现并明确了液限对地基土层变形量、湿陷量的影响；发现并解决了地基土层变形特性的地区性差异问题，发现并确定了地基土层液限对地基变形的定量影响，以数理统计分析的方法，确定了地基土层液限对地基变形的修正公式。

d地基变形的计算

按照分层总和法计算地基土的变形，假定分层土在某一压力点上为弹性体。

按弹性力学公式计算分层土的变形，并考虑液限修正（弦线模量表中土层的液限为31）。

分层土的地基变形量按下式计算：

（3）

式中符号见文献[7]。

e弦线模量法的检验和工程应用

经过弦线模量法计