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摘要:通过具体工程实例，对大面积堆载作用下软土地基变形进行了详细计算与分析，并与复合地基处理后的地基变形量进行了对比。分析认为大面积堆载对地基变形影响深度较大，超出了常规荷载作用下的影响深度;与复合地基相比，大面积堆载地基变形量要多出25倍左右;大面积堆载影响深度范围内，要考虑负摩阻力作用。
关键词:大面积堆载;地基变形;影响深度;复合地基
前言
近年来在工业建筑中，尤其是煤炭行业，由于设计产能的因素，需要建造大型储煤场和产品仓，此类建筑物往往占地面大，堆料高度高，如河北曹妃甸某圆形储煤场直径120m，堆煤高度达34m。由此所产生的大面积堆载对地基的变形影响深度大、范围广，尤其在软土地区此种情形更为明显。假如在设计时未考虑到大面积堆载对地基变形产生的影响，将造成严重的后果，如建筑物地基产生不均匀沉降，导致地坪下沉、墙体开裂、及由此引发柱内倾等现象，严重影响建筑物安全。本文将就此问题结合工程实例加以计算和分析对比，以供同类工程设计时参考。
1.大面积堆载沉降变形计算方法
规范规定由地面荷载引起柱基内侧边缘中点的地基附加沉降计算值按分层总和法计算:S=ΨsS'=ΨsΣni－1P0Esi(zi·α－i－zi－1·α－i－1)(1)式中s－地基最终变形量;s'－按分层总和法计算出的地基变形量;ψs－沉降经验系数;n－土层数;p0－基础底面附加压力;Esi－基础底面下第i层土的压缩模量;zi、zi－1－基础底面至第i层土、第i－1层土底面的距离;αi、αi－1－基础底面计算点至第i层土、第i－1层土底面范围内平均附加应力系数。关于地基变形计算深度，规范规定，应符合式(2)要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆Δs'n0．025Σni=1Δs'i。
2．工程实例：圆形储煤场
工程概况:河北曹妃甸某圆形储煤场直径120m，最大堆煤高度34m，要求复合地基承载力320kPa，挡煤墙要求复合地基承载力370kPa，模型选取:以最高堆煤点为沉降点，变形从地面算起。将圆形堆场简化为矩形，左侧为370kPa矩形荷载外加50kPa矩形荷载产生的沉降变形S1、S2，右侧为320kPa三角形荷载产生的沉降变形S3，最终总沉降变形量:S=S1+S3－S2。据规范计算地面下50m深度范围内各区沉降变形:S1=987mm，S2=112mm，S3=680mm。则最终总沉降变形量S=S1+S3－S2=1555mm由收敛条件求得，此大面积堆载最大影响深度为26m，变形影响深度范围内沉降变形为1260mm。可见软土地区大面积堆载影响深度以下一定范围内沉降变形量依然较大，约300mm。如采用天然地基处理此场地，后期沉降惊人，设计人员必须对此问题引起重视，采取可靠措施控制好地基变形。
与复合地基变形对比:以曹妃甸圆形储煤场为例，设计拟采用砂石桩+素混凝土桩复合地基，文献对此地基处理方式做了专门论述，阐述了组合型复合地基承载力及沉降变形的计算方法。复合地基沉降变形依然分为三部分，素混凝土桩，桩径600mm，桩长26m，单桩承载特征值Ra1=1358kN。砂石桩，桩径600mm，单桩竖向承载力特征值Ra2=350kN，桩间土承载力特征值fsk=120kPa。素混凝土桩承载力发挥系数η1取0．8，砂石桩承载力发挥系数η2取0．7，桩间土承载力发挥系数η3取0．55，置换率m1=m2=8．7%。根据规程计算组合型复合地基承载力fspk=β1m1Ra1/A1+β2m2Ra2/A2+αβ1β2(1－m1－m2)fak=464kPa(4)根据规范,主控桩素混凝土桩复合地基承载力fspk1=β1m1Ra1/A+αβ1(1－m)fak=381kPa据规范复合地基土层压缩模量ε1=fak/fak=4．8(6)Espi1=ε1Esi(7)ε2=fspk/fspk1=1．2(8)ε=ε1ε2=5．8(9)Espi2=εEsi(10)由分层总和法计算堆场总沉降量为S=S1－S2+S3=48mm(11).
由上述计算结果分析可知，大面积堆载条件下未采取任何地基处理措施的地基沉降变形为1260mm，采取地基处理措施后地基沉降变形仅为48mm，两者差别达25倍之多，所以对于大面积堆载情况，均应采取适宜方法进行地基处理。
3.大面积堆载条件下负摩阻力问题
大面积堆载影响深度范围内，桩侧应受到负摩阻力作用，文献［8－9］对此有专门论述。如果在桩基设计时未考虑或未能充分合理地考虑负摩阻力的影响，则会给工程建设带来安全隐患。以曹妃甸圆形储煤场为例，不考虑大面积堆载影响深度，只考虑上部19．3m吹填土的负摩阻力。设计参数不变，经计算组合型复合地基承载力fspk=464kPa＞320kPa，满足设计要求。若考虑大面积堆载影响深度，此26m深度范围内桩侧土均按负摩阻力计算，中性点位置按表3计算。为保证数据的可靠性，在重要建筑物中，中性点深度应根据现场试验确定。本例仅作定性分析，故采用规范法。经计算，素混凝土桩单桩承载特征值Ra1=704kN，组合型复合地基承载力fspk=303kPa＜320kPa，不满足设计要求。若桩加长至30m，组合型复合地基承载力fspk=358kPa＞320kPa，满足设计要求。由此可见，桩基设计时要充分合理地考虑负摩阻力的影响，必要时需加长桩长。
4结束语
4.1大面积堆载条件下对地基变形影响深度大，要超出常规荷载作用下的影响深度，因此要引起设计重视。大面积堆载情况下土体沉降在一定时间内会趋于稳定。
4.2与复合地基相比，大面积堆载地基变形要多出25倍左右，可见进行地基处理的必要性。对于复杂形状的大面积堆载地基变形计算，需对模型进行必要的简化。
4.3大面积堆载影响深度范围内，设计时需考虑桩身土体沉降产生的负摩阻力作用。
参考文献
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[3]金宗川，顾国荣，韩黎明，等．大面积堆载作用下软土地基变形特性[J]．2015，1056－1060．
论文作者:鲍利
论文发表刊物:《防护工程》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/13
标签：地基论文; 大面积论文; 深度论文; 范围内论文; 荷载论文; 煤场论文; 底面论文; 《防护工程》2017年第10期论文;