加筋砂石垫层在软土地基中应用.docx
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1、加筋砂石垫层在软土地基中应用 1.问题提出建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)第5.2.7条1提出:当地基受力层范围内赋予软弱下卧层时,按下式进行强度验算:Pz+Pczfaz(1)式中:Pz软弱下卧层顶面处的附加压力值(荷载标准组合条件),kPa;Pcz软弱下卧层顶面处的自重压力值,kPa;faz软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值,kPa。确定Pz的方法对于条形基础:(2)对于矩形基础:.(3)式中:b基础地面宽度,m; l矩形基础地面长度,m; Pk基础地面处土的自重压力,kPa; z基地至软弱下卧层顶面的距离,m;Es1/Es2z/b0.250.50351061020
2、232530 地基压力扩散线与垂直线的夹角(压力扩散角),可按表1取值。表2 换填垫层压力扩散角表1 地基压力扩散角建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002)对换填垫层也提出了相应的条文规定,见表2。z/b中沙、粗砂、砾砂、圆砾、石屑、卵石、碎石、矿渣度粉质粘土粉煤灰/度灰土/度0.25206280.503023注:1. Es1为上层土压缩模量;Es2为下层土压缩模量。2.当z/b0.25时,取=0,z/b0.50时,值不变。 2004版湿陷性黄土地区建筑规范(GB50025-2004)第6.1.8条对灰土的压力扩散角做了新的规定,将本文表2注1中的灰土角取值修改为“当z/b0.25时,可取
3、=0”。对于山西地区的多层建筑(六至十二层)的软弱地基采用置换垫层法处理软土地基时的基础型式多为筏基。这时常出现垫层厚度与基础板宽之比z/b0.25的情况。按现行地基基础设计规范及地基处理技术规范和黄土规范要求,压力扩散角均需取0。在这种条件下设置垫层达不到扩散应力、限制沉降的目的。模型试验及工程实践证明在z/b0.25时,加筋垫层具有扩散应力,限制沉降之作用。 1998年原国家经贸委曾向国务院上报关于组织实施土工合成材料的推广应用问题的请示报告,国务院主要领导于1998年9月6日做了 批示:“请有关贯彻落实,首先在今年开始的大修提防工程中应用”,据此,国家经贸委、建设部联合以经国贸技术199
4、9662号文发出关于建立土工合成材料应用示范工程的通知。要求认真贯彻落实批示精神,积极稳妥地做好土工合成材料的推广应用工作。为此,对91版建筑地基处理技术规范补充增加了加筋垫层的设计、施工条文。之后在2004年新版地基处理技术规范中较为完整地对土工合成材料加筋垫层作了相关条文规定。但在压力扩散角表中,未提及土工合成材料,即对加筋垫层的压力扩散角,是否受z/b0.25时=0的限制,或者如何取值?没有明确说明。同时加筋垫层的计算方法及构造措施等,规范中也未述及这方面的内容,这样就给实际应用带来许多困难。我院从1992年开始进行土工带筋带试验研究。至今已在40幢以上的工业与民用建筑地基中得到成功使用
5、,含22层高层住宅不均匀地基处理及直径16m,高52m钢筋砼大型贮煤筒仓地基处理。2.土工合成材料加筋垫层土工合成材料加筋垫层是由分层铺设于垫层中的土工合成材料与垫层土组合构成的。山西地区在加筋垫层中使用的土工合成材料,初期有土工格栅、土工筋带等。今年多采用土工筋带编网,因为在试验应用土工格珊(包括涤纶纤维经编土工格珊、聚丙烯双向土工格珊)时,发现格珊的结点连接相对太弱,导致筋带的抗拉强度得不到发挥,总体受筋带结点强度的控制;在筏基中,基底边、角部位的压力远大于中部;另外,隔山固定的网距在地基中调整较困难。为此,近年来都采用土工筋带编网。用于加筋垫层的土工合成材料采用聚烯烃复合筋带,规格型号为
6、TG502.5、TG252.5。前者带宽50mm,厚度2.5mm,截面积125mm2,后者宽度、截面积减少一半。表3 山西省技术监督局产品质量检验报告(1)土工筋带的物理性能从表3产品质量检验报告看出TG型复合加筋带具有良好的耐酸碱与拉强度和抗老化性能。产品名称TG型复合加筋带规格型号TG252.5TG502.5检验依据GB/T3512-1989GB/T13527-1992质量密度138.99-142.85g/延m(77.2m/kg)*偏斜度%检验环境温度20,湿度50%主要仪器LR-10热老化试验箱送样数量3m到样日期2003.3.14序号检验项目单位检验结果1热氧老化质量损失率%70m16
7、8h0.080.132化学侵蚀性2.140%NaOH 溶液50,24h无变化2.230%H2SO4溶液50,24h无变化2.340%HNO3溶液50,24h无变化2.410%NaCL溶液50,24h无变化3干湿变化50,24h无变化4阿克隆磨损cm2/1.61km0.95尺寸变化率5.1-20尺寸变化率%-0.62-0.535.2-50尺寸变化率%+0.50+0.56*型质量密度加倍。(2)土工筋带的强度表4及表5分别为TG252.5与TG502.5筋带强度检测成果。其中:测试环境室温1820,湿度50%;试件长度300mm,标距100mm;加荷速率100mm/min;参照公路加筋土规范;土工
8、合成材料测试手册。试件规格宽度502mm,厚度2.50.1mm,偏斜度0.01。表4 TG252.5筋带强度检测成果项目测 试 数 据试件号02-102-202-302-402-502-6平均值断裂荷载(kN)5.456.036.635.875.855.925.96断裂强度(MPa)87.296.5106.193.993.694.795.4断裂应变(%)0.750.931.020.810.810.800.850.5%应变的载荷(kN)3.62.93.33.53.53.63.4表5 TG型502.5筋带强度检测成果项目测 试 数 据试件号01-101-201-301-401-5平均值断裂荷载(k
9、N)17.3517.1017.1517.2517.6517.30断裂强度(MPa)138.8136.8137.2138.0141.2138.4断裂应变(%)1.231.051.071.171.251.151%应变的载荷kN14.6016.3116.4015.8015.5015.72注:1、试件是从施工工地随机抽取的。2、TG252.5筋带的检测强度见表2.3。(3)似摩擦系数f*在加筋垫层中,筋带与周围介质共同工作主要是靠介面摩擦阻力,常用似摩擦系数f*表示,采用应力控制式拉拔试验仪,测得的似摩擦系数f*为0.520.54。其中拉拔箱尺寸为151510cm(长宽高),箱内填料用(标准)细砂,平
10、均粒径d500.4mm,不均匀系数Kc=1.63,砂土干密度1.450.02g/cm3,拉拔速率13mm/min。此外,对钢塑加筋带进行了测试。钢塑带与TG带相比,两者外包塑胶层是相同的,只是将TG带中抗拉聚烯烃丝更换为钢绞线。钢绞线为七股1的钢丝构成。加筋带规格为宽30mm,厚度2mm。内置10束绞线。定名为CPE302钢塑复合带,但由于价格较高,一般只在地基应力大,变形控制要求严的工程条件下采用,在安徽张集选煤厂煤仓地基工程进行了应用(CPE302钢塑复合筋带检测结果见表6)。表6 CPE302土工加筋带检测成果编号试体尺寸mm面积mm2极限荷载Pu(kN)极限强度u(MPa)伸长率(%)
11、屈服荷载Py(kN)屈服强度y(MPa)03-126.942.0053.8810.201891.17.9146.603-226.682.0053.369.501781.18.2153.603-327.002.0054.0010.701.981.28.1150.003-427.022.0254.589.301701.18.2150.203-526.522.0053.0410.401961.37.5141.401-627.002.0455.089.821781.28.0145.2平均值53.849.981851.27.98147.8注:屈服值低于极限值20%。3.加筋垫层的作用及试验换填垫层中加入
12、土工筋带后,垫层性状得到极大的改善。与松散垫层相比,加筋垫层的抗拉和抗剪性能得到提高,有效地阻止了垫层的断裂和剪切破坏,保障了垫层的完整性和整体刚度。加筋垫层由此成为一种刚性较好的“梁板式”构件。加筋垫层的工作机理:在建筑荷载作用下,筋带与土颗粒界面的摩擦作用,一方面限制了颗粒之间的运移,从而使垫层的整体性能得到改善;另一方面筋带内部产生了较大的内应力,从而抵消了部分建筑荷载,并将建筑荷载均化传递分布到地基土中,可以较好地起到换填作用。因此,加筋垫层中的土工筋带与土体紧密贴合,且筋带具有远高于被加固的软弱地基土的模量。为了进一步了解土工带加筋垫层的工作机理,解决此类垫层的计算应力扩散角问题。在
13、太原地区进行了14组原位载荷试验,试坑尺寸为2.32.3m,载荷板为1.51.5m方形板,垫层材料为砂碎石土,为解决z/b0.25时角可取何值,控制试验垫层厚度z0.25b(0.25150=37.5cm),这组加筋薄垫层总厚取30cm(0.25b)。上述资料表明,TG型土工筋带的物理强度与力学性能诸方面是能够很好的应用与地基垫层的。测试方案:试验分别在天然土、无筋砂石垫层和加筋砂石垫层条件下进行。土工筋带距基础板底面的距离(称为首层间距)U分别用5cm、10cm、20cm三种,筋带铺设密度D分别为3B3B,2B2B(B为筋带宽度)。(1)测试布置测试时以载荷板的中心线为对称轴,分别设置了沉降观
14、测点、垫层底压力盒和筋带应变片。分别量测沉降、垫层底压力分布、筋带受力情况,量测沉降变形百分表布置见图3.1。在载荷板的四个角布设甲乙丙丁四个百分表。利用导杆百分表1、2、3监测垫层底部的地基土层的沉降。22个压力盒测点布置于垫层底部(见图3.2),压力盒量程为600kPa。对应于压力盒测点,在筋带相应位置上双面粘贴应变片(见图3.3),筋带端部弯回折叠并采用胞腔砂石袋充填弯折部并用卡夹固定(见图3.4)。(2)加筋对垫层扩散应力的影响图3.5,3.6,分别绘出无筋与加筋砂石垫层底部的代表性应力分布曲线、无筋砂石土底部最大压力产生于垫层中部,向两边逐渐减小,呈抛物线型分布;而加筋垫层底部,压力
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