路基沉降计算_帮助文件

关西国际机场
世界最大人工岛
1986年：开工 1990年：人工岛完成 1994年：机场运营 面积：4370m×1250m 填筑量：180×106m3 平均厚度：33m 地基：多层厚粘土
问题：沉降大且有 不均匀沉降
设计时预测沉降：5.7-7.5 m
完成时实际沉降：8.1m，5cm/月
(1990年)
预测主固结完成：20年后
一、单一土层一维压缩问题 二、地基最终沉降量分层总和法 三、地基沉降计算的若干问题
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§4 土的压缩性与地基沉降计算
关西国际机场
世界最大人工岛
http://www.kiac.co.jp/
2007年8月 第二条跑道运营
5.45km2
5.10km2
冲积层 预设排水砂桩
洪积层 未作处理
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§4 土的压缩性与地基沉降计算
别进行计算。
正常固结土：
e
S
e 1 e1
H
CC
1
H e1
lg( p2 p1
)
eep1
超固结土(并假定p2 > p)：
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p2 p
C
p1 p2 lg '
A B
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p p2
lg ' 5
§4 土的压缩性与地基沉降计算
§4.1 变形特性测试方法 §4.2 一维压缩性及其指标 §4.3 地基的最终沉降量计算 §4.4 饱和土体的渗流固结理论
e2
S
zH
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e 1 e1
H
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中图 分 类 号 ：Ｕ ７ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ
ＮＵＭ ＥＲＩ ＣＡＬ ＣＡＬＣＵＬＡＴＩ ｏＮ ＡＮＤ ｏＮＩ Ｍ ＴｏＲＩ ＮＧ ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＯＮ Ｆ ＥＲ－ Ｉ ＤＩ Ｆ ＥＮＴＩ Ｓ ＡＬ ＥＴＴＬＥＭ ＥＮＴＳ ｏＦ ｏＦＴ ｏＩ Ｓ Ｓ Ｓ Ｌ ＵＢＧＲＡＤＥ Ｎ Ｉ ＥＸＰ ＲＥＳ Ｗ ＡＹ Ｓ
（ ①天津市市政工程设计研究 院 天 津
（ 清华 大学 ② 水 利土木工程 学院
３０５ ） ０ ０ １
北京
１０ ８ ） ０ ０ ４
摘

要
路基差异沉 降控制是软 土地 区高速拓 宽工 程中的关 键性技术问题之一 ， 本文 以北 方某 高速 拓宽工程 的试验段为 例 ，
运用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ软件进行 了拓宽软土路基变形 的有 限元数值计算 ， 并与路基现场变形监测数据进行对 比分析 ， 数值计算 与实测 结果基本 吻合 ， 结论一致地反映 了路堤填筑初始 阶段新路基 的沉 降速 率较 大 ， 旧路 基在填筑后 期才产生较 明显 的附加沉降变 形； 路基变形在拓宽侧呈现 明显 的“ 降盆” 沉 效应 ， 、 新 旧路基的差异沉 降是造成 路基路 面纵 裂的主要 因素 ； 端地基 土呈现 桩 出较 明显 的侧 向挤压效应 ， 则表 明采用带 帽 Ｆ Ｃ桩复合地基 中用于减沉时 ， Ｙ 桩端 应置于具有较高承载力的有效持力层上。 关键 词 高速拓宽 软土路基 差异沉降 带帽 Ｐ Ｃ桩 Ｔ 数值计算 监测分析
ｓ ｎｐｏ ｃ．Ｔ ｉ ｐｐ ｒｅａ ｉｅ ｅｅ ｐｒ ｅｔｓｃｉ ｆ ｎ ｘ ｒｓｗ ｙｅｔ ｓ ｎｐｏ ｃ ｉ ｎｒ ｅｎ Ｃ ｉａ ｉ ｒｊ ｔ ｈｓ ａｅ ｘ ｍ ｎ ｓ ｈ ｘ ｅ ｍ ｎ ｅｔ ｎ ｏ ｏ ｅｅｐｅｓ ａ ｘｅ ｉ ｒｊ ｔ ｎ ｏｔ ｒ ｈｎ ． ｏ ｅ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｅ ｈ

地基沉降量计算之杨若古兰创作地基变形在其概况构成的垂直变形量称为建筑物的沉降量.在外荷载感化下地基土层被紧缩达到波动时基础底面的沉降量称为地基终极沉降量.一、分层总和法计算地基终极沉降量计算地基的终极沉降量，目前最经常使用的就是分层总和法.（一）基来源根基理该方法只考虑地基的垂向变形，没有考虑侧向变形，地基的变形同室内侧限紧缩试验中的情况基本分歧，属一维紧缩成绩.地基的终极沉降量可用室内紧缩试验确定的参数（ei、Es、a）进行计算，有：变换后得：或式中：S地基终极沉降量（mm）；e1地基受荷前（自重应力感化下）的孔隙比；e2地基受荷（自重与附加应力感化下）沉降波动后的孔隙比；H土层的厚度.计算沉降量时，在地基可能受荷变形的紧缩层范围内，根据土的特性、应力形态和地下水位进行分层.然后按式（49）或（410）计算各分层的沉降量Si.最初将各分层的沉降量总和起来即为地基的终极沉降量：（二）计算步调1）划分土层如图47所示，各天然土层界面和地下水位必须作为分层界面；各分层厚度必须满足Hi≤0.4B（B为基底宽度）.2）计算基底附加压力p03）计算各分层界面的自重应力σsz和附加应力σz；并绘制应力分布曲线.4）确定紧缩层厚度满足σz=0.2σsz的深度点可作为紧缩层的上限；对于软土则应满足σz=0.1σsz；对普通建筑物可按下式计算zn=B(2.50.4lnB).5）计算各分层加载前后的平均垂直应力p1=σsz；p2=σsz+σz6）按各分层的p1和p2在ep曲线上查取响应的孔隙比或确定a、Es等其它紧缩性目标7）根据分歧的紧缩性目标，选用公式（49）、（410）计算各分层的沉降量Si8）按公式（411）计算总沉降量S.分层总和法的具体计算过程可参例题41.例题4－1已知柱下单独方形基础，基础底面尺寸为2.5×2.5m，埋深2m，感化于基础上（设计地面标高处）的轴向荷载N=1250kN，有关地基勘察材料与基础剖面详见下图.试用单向分层总和法计算基础中点终极沉降量.解：按单向分层总和法计算（1）计算地基土的自重应力.z自基底标高起算.当z=0m，σsD=19.5×2=39（kPa）z=1m，σsz1=39+19.5×1=58.5（kPa）z=2m，σsz1=58.5+20×1=78.5（kPa）z=3m，σsz1=78.5+20×1=98.5（kPa）z=4m，σsz1=98.5+(2010)×1=108.5（kPa）z=5m，σsz1=108.5+(2010)×1=118.5（kPa）z=6m，σsz1=118.5+18.5×1=137（kPa）z=7m，σsz1=137+18.5×1=155.5（kPa）（2）基底压力计算.基础底面以上，基础与填土的混合容重取γ0=20kN/m3.（3）基底附加压力计算.（4）基础中点下地基中竖向附加应力计算.用角点法计算，L/B=1，σzi=4Ksi·p0，查附加应力系数表得Ksi.（5）确定沉降计算深度zn考虑第③层土紧缩性比第②层土大，经计算后确定zn=7m，见下表.（6）计算基础中点终极沉降量.利用勘察材料中的ep 曲线，求按单向分层总和法公式计算结果见下表.例题41计算表格2z(m) (kPa) (kPa) H(cm)自重应力平均值(kPa)附加应力平均值(kPa)(kPa)e1e2(kPa1) (kPa) (cm)(cm)0 39 20110010010010010010010013.71194159.96 0.68 0.67 0.00072944186861774968484393314723040.59 9.241 58.5 160.72 78.5 90.293 98.5 51.624 108.5 32.245 118.5 21.716 137 15.527 155.5 11.90二、《建筑地基基础设计规范》推荐的沉降计算法上面计算沉降量的方法是《建筑地基基础设计规范》（GBJ789）所推荐的，简称《规范》推荐法，有时也叫应力面积法.（一）计算道理应力面积法普通按地基土的天然分层面划分计算土层，引入土层平均附加应力的概念，通过平均附加应力系数，将基底中间以下地基中zi1zi深度范围的附加应力按等面积准绳化为不异深度范围内矩形分布时的分布应力大小，再按矩形分布应力情况计算土层的紧缩量，各土层紧缩量的总和即为地基的计算沉降量.理论上基础的平均沉降量可暗示为式中：S地基终极沉降量（mm）；n地基紧缩层（即受压层）范围内所划分的土层数；p0基础底面处的附加压力（kPa）；Esi基础底面下第i层土的紧缩模量（MPa）；zi、zi1分别为基础底面至第i层和第i1层底面的距离（m）；αi、αi1分别为基础底面计算点至第i层和第i1层底面范围内平均附加应力系数，可查表41.表41 矩形面积上均布荷载感化下，通过中间点竖线上的平均附加应力系数α（二）《规范》推荐公式由（412）式乘以沉降计算经验系数ψs，即为《规范》推荐的沉降计算公式：式中：ψs沉降计算经验系数，应根据同类地区已有房屋和构筑物实测终极沉降量与计算沉降量对比确定，普通采取表42的数值；注：①表列数值可内插；②当变形计算深度范围内有多层土时，Es可按附加应力面积A的加权平均值采取，即（三）地基受压层计算深度的确定计算深度zn可按下述方法确定：1）存在相邻荷载影响的情况下，应满足下式请求：式中：△Sn′在深度zn处，向上取计算厚度为△z的计算变形值；△z查表43；△Si′在深度zn范围内，第i层土的计算变形量.2）对无相邻荷载的独立基础，可按以下简化的经验公式确定沉降计算深度zn：《规范》法的具体计算过程可参例题42.【例题4－2】已知柱下单独方形基础，基础底面尺寸为2.5×2.5m，埋深2m，感化于基础上（设计地面标高处）的轴向荷载N=1250kN，有关地基勘察材料与基础剖面详见下图.试用《规范》法计算基础中点终极沉降量.解：按《建筑地基基础设计规范》计算，采取下式，计算结果详见下表.例题42 计算表格z (m) L/B z/BEsi(kPa)(cm)(cm)0 0 0.2500 01.0 0.8 0.2346 0.2346 0.2346 4418 4.27 4.272.0 1.6 0.1939 0.3878 0.1532 6861 1.80 6.073.0 2.4 0.1578 0.4734 0.0856 7749 0.89 6.964.0 3.2 0.1310 0.5240 0.0506 6848 0.59 7.555.0 4.0 0.1114 0.5570 0.033 4393 0.60 8.156.0 4.8 0.0967 0.5802 0.0232 3147 0.59 8.747.0 5.6 0.0852 0.5964 0.0162 2304 0.57 9.31 7.6 6.08 0.0804 0.6110 0.0146 35000 0.03 9.34按规范确定受压层上限，zn=2.5(2.50.4ln2.5)=5.3m；因为上面土层仍软弱，在③层黏土底面以下取Δz厚度计算，根据表43的请求，取Δz=0.6m，则zn=7.6m，计算得厚度Δz的沉降量为0.03cm，满足请求.查表42得沉降计算经验系数ψs=1.17.那么，终极沉降量为：三、按粘性土的沉降机理计算沉降根据对粘性土地基在局部（基础）荷载感化下的实际变形特征的观察和分析，粘性土地基的沉降S可以认为是由机理分歧的三部分沉降构成（图48），亦即：式中：Sd瞬时沉降（亦称初始沉降）；Sc固结沉降（亦称主固结沉降）；Ss次固结沉降（亦称蠕变沉降）.瞬时沉降是指加载后地基瞬时发生的沉降.因为基础加载面积为无限尺寸，加载后地基中会有剪应变发生，剪应变会惹起侧向变形而形成瞬时沉降.固结沉降是指饱和与接近饱和的粘性土在基础荷载感化下，随着超静孔隙水压力的散失，土骨架发生变形所形成的沉降（固结压密）.固结沉降速率取决于孔隙水的排出速率.次固结沉降是指主固结过程（超静孔隙水压力散失过程）结束后，在无效应力不变的情况下，土的骨架仍随时间继续发生变形.这类变形的速率取决于土骨架本人的蠕变性质.（一）瞬时沉降计算瞬时沉降没有体积变形，可认为是弹性变形，是以普通按弹性理论计算，按式（417）求解.式中：ω沉降系数，可从表44中查用；p0基底附加应力；μ泊松比，这时候是在不排水条件下没有体积变形所发生的变形量，所以应取μ=0.5；Eu不排水变形模量，常根据不排水抗剪强度Cu和Eu 的经验关系式（418）求得.上式中的低值适用于较软的、高塑性无机土，高值适用于普通较硬的粘性土.*平均值指柔性基础面积范围内各点瞬时沉降系数的平均值（二）固结沉降计算固结沉降是粘性土地基沉降的最次要的构成部分，可用分层总和法计算.但是分层总和法采取的是一维课题（有侧限）的假设，这与普通基础荷载（无限分布面积）感化下的地基实际性状不尽符合.司开普敦（Skempton,A·W.）和贝伦（Birrum,L.）建议根据有侧向变形条件下发生的超静孔隙水压力计算固结沉降Sc.以轴对称课题为例，分层总和法计算的沉降量为S，Sc可用下式求解：其中，αu为Sc与S之间的比例系数，有αu与土的性质密切相干，另外，还与基础外形及土层厚度H与基础宽度B之比有关.（三）次固结沉降的计算对普通粘性土来说，次固结沉降数值Ss不大，但如果是塑性指数较大的、正常固结的软黏土，特别是无机土，Ss 值有可能较大，不克不及不予考虑.目前在生产中次要使用下述半经验方法估算土层的次固结沉降.图49为室内紧缩试验得出的变形S与时间对数lgt的关系曲线，取曲线反弯点前后两段曲线的切线的交点m作为主固结段与次固结段的分界点；设相当于分界点的时间为t1，次固结段（基本上是一条直线）的斜率反映土的次固结变形速率，普通用Cs暗示，称为土的次固结指数.晓得Cs 也就可以按下式计算土层的次固结沉降Ss：式中：H和e1分别为土层的厚度和初始孔隙比；t1对应于主固结完成的时间；t2为欲求次固结沉降量的那个时间.。

公路软土路基沉降计算及加固方法的研究摘要：软土路基沉降是路基工程设计、施工关注的重点之一。

常用的软土路基沉降计算方法有两种，目前工程上采用较多的是系数修正法。

软土路基的加固方法按加固机理的不同可大致分为三类：改变路堤的结构形式、人工地基和排水固结。

其中，改变路堤的结构形式包括反压护道、铺设土工合成材料等方法，人工地基包括换土、挤密砂桩等方法，排水固结包括排水法、加载法等。

关键词：软土路基沉降沉降Abstract: Soft soil roadbed subgrade design and construction is the focus of the construction. There are two commonly used soft soil subgrade settlement calculation ways, the more used method is the coefficient correction method. Soft subgrade reinforcement method according to the different reinforcement mechanisms can be broadly divided into three categories: changes in structure embankment, artificial foundation, and drainage and consolidation. Among them, the change in the structure of the embankment conclude the form of back pressure berm, a geosynthetic composite materials and other methods. Drainage and consolidation includes consolidation method and loading method.Key Words: soft soil roadbed, settlement软土是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和具有灵敏结构性的一种软塑到流塑状态的粘性土。