不同規范計算軟弱下臥層強度差異性分析

安建林

摘 要：對于軟弱地基上的基礎設計，在變形滿足要求的前提下，首先需根據地層情況，有較厚的硬殼層時需優先考慮利用并驗算其軟弱下臥層頂面的強度。通過建筑地基處理技術規范JGJ 79-2012及公路橋涵地基與基礎設計規范JTG D63-2007中分別給定的公式對軟弱地基上的下臥層強度進行驗算，對其計算結果差異性的原因進行分析，提出修正差異性的初步建議并通過實例計算進行分析驗證。在此基礎上，對于不同規范下計算軟弱下臥層強度的差異性進行了分析和總結。

關鍵詞：軟弱下臥層 強度計算 差異性 修正

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0048-02

在軟弱土分布區，尤其在淺層分布軟弱土時，由于天然地基的承載力不足，常常進行換填處理并計算換填處理后軟弱下臥層的強度。其采用的規范不同，計算的結果則有較大的差異，該文就同一基礎形式、外部荷載、地質條件相同的情況下根據規范JGJ 79-2012[1]及JTG D63-2007[2]進行計算，對結果差異的形成進行分析，并對差異性提出修正的初步建議。

1 軟基換填處理在建筑行業及公路行業的差別

在公路行業，對于構造物如箱涵處的基底軟基處理，其基礎的寬度是根據過水面積而定的，若單純考慮基底軟基處理而增大箱涵的基礎，則頂板也會增大，同時側墻受力及整個箱體的配筋都會增大。若增加基礎埋深，則涵底標高則會降低，在路面設計標高不變的情況下需要增加側墻高度，同樣增加上部結構的工程量，所以，對箱涵基底軟弱土層處理，在其上部結構及荷載基本已定的情況下，大多采用換填砂礫墊層的方法，再驗算下臥層的強度。

對于軟弱地基上的基礎設計，在變形滿足要求的前提下，首先需根據地層情況，有較厚的硬殼層時需優先考慮利用并驗算其軟弱下臥層頂面的強度。當硬殼層較薄或其承載力也不滿足要求時，考慮換填較好的材料以擴散基底應力，在計算換填厚度時，無論采用規范JGJ 79-2012還是規范JTG D63-2007，都需使換填厚度與基礎寬度的比值≥0.25（灰土除外），此時設計的墊層應力擴散角才大于零，墊層才起作用。

2 規范JGJ 79-2012與JTG D63-2007中計算公式差異性比較

2.1 JGJ 79-2012計算軟弱下臥層強度的主要公式

（1）pz+pcz≤faz。其中：pz-相應于作用的標準組合時，軟弱下臥層頂面的附加壓力值；pcz-軟弱下臥層頂面處土的自重壓力值；faz-軟弱下臥層頂面處經深度修正后的地基承載力特征值[2]。

（2）條形基礎：pz=。

（3）矩形基礎：

pz=。

（4）faz=fak+ηbr（b-3）+ηdrm（d-0.5）[4]。其中：fak-地基承載力特征值；ηb-寬度修正系數；b-基礎寬度；ηd-深度修正系數；d-基礎埋置深度；r-基礎底面以下土的重度（kN /m3），地下水位以下取浮重度；rm-基礎底面以上土的加權平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土層取有效重度。

2.2 JTG D63-2007計算軟弱下臥層的主要公式

（1）pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]

（2）[fa]=[fa0]+r2h。

其中：pz-軟弱地基或軟土層的壓應力；p-基底壓力值（kpa），該文為便于比較不考慮偏心荷載；h-基底或樁端處的埋置深度；r1-深度（h+z）范圍內各土層的換填重度；r2-深度h范圍內各土層的換算重度；α-土中附加應力系數；γR-抗力系數；[fa]-軟弱地基或軟弱土層頂面土的承載力允許值；[fa0]-為根據JTG D63-2007中表3.3.5根據天然含水量查得的值或者根據地勘報告提供的值[4]。

2.3 規范JGJ 79-2012與JTG D63-2007中計算公式差異性比較

兩個規范存在的差異有以下幾方面。

（1）兩個規范計算原理相同，都是下臥層頂面處所受的附加壓力與自重壓力之和應小于等于軟弱下臥層頂面經深度修正后能夠提供的地基承載力。但JGJ 79-2012中faz與JTG D63-2007中對應的[fa]的計算有較大差別。前者當為軟土時ηb=0、ηd=1，此時faz=fak+rm（d-0.5），后者[fa]=[fa0]+r2h。

rm-基礎底面以上土的加權平均重度，位于地下水位以下的土層取有效重度。對應的r2-基底以上土層加權平均重度；換算時若持力層在水面以下，且不透水時，不論基底以上土的透水性如何，一律取飽和重度；當透水時，水中部分土層應取浮重度。同樣情況下，rm的計算與r2的計算在使用飽和重度及浮重度上就會產生差異。（d-0.5）與h也差0.5m。

JGJ 79-2012中的公式pz+pcz≤faz利用擴散角原理，JTG D63-2007中的公式pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]采用應力隨深度遞減原理，并引入抗力系數rR。為便于比較，該文計算時rR的值取1。

（2）計算結果差異性分析

①JGJ 79-2012中的pcz隨換填厚度的增加而減小，pz將增大，隨換填厚度z的增加，faz隨換填厚度的增加，深度修正使其增大，不等式很快就成立。

②JTG D63-2007中的r1（h+z）隨z的增大而增大，α（p-r2h）隨z的增大而減小，[fa]則是個定值。隨著z的增大，r1（h+z）增大相對較大，α（p-r2h）隨z的增大減小的相對較小，而[fa]不變，不等式在z很大時也不一定成立。

③在地質情況、基礎埋深、地下水位、基礎外荷載等相同的情況下利用JGJ 79-2012中的公式計算的換填厚度明顯小于利用JTG D63-2007中公式計算的厚度。主要原因為前者利用持力層的擴散角原理計算的下臥層頂面的pz減小程度大于D63-2007中α（p-r2h）的減小程度。JGJ 79-2012中faz的深度修正至軟弱下臥層的頂面，即基礎埋深d+換填厚度z處，而JTG D63-2007中的[fa]的深度修正只到基礎埋深h處。

④建議將JTG D63-2007中的[fa]=[fa0]+r2h修正為[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5），其公式計算才與JGJ 79-2012中的公式計算結果才會差異不大，否則會出現采用JGJ 79-2012中的公式計算，換填厚度在3m以內滿足要求，而采用JTG D63-2007中的公式計算，換填厚度>3m也不滿足要求的結果。

⑤由于上部結構、基礎與地基是相互作用的，地層結構變化也較復雜，該文提出的公式修正的初步建議需要理論和工程實例的進一步驗證。

3 實例分析

某工程設計一道4×3箱涵，其基礎寬5.04m，每節長6m，要求地基承載力110kpa，其基礎埋深為0.5m，基底地層為①層粉質粘土，厚1m，重力密度18kN/m3，未經深度修正的地基承載力特征值110kpa。②層為淤泥質粘土，厚6m，重力密度17.5kN/m3，未經深度修正的地基承載力特征值70kpa。地下水位埋深0.5m。

根據JTG D63-2007要求，驗算軟弱下臥層頂面的強度見表1。

從表1可看出，即使持力層厚3m，按照JTG D63-2007的公式驗算下臥層的強度，也不滿足要求。但在較多的項目實際中，若存在硬殼層時，硬殼層不需要很厚，下臥層強度的經驗算也是滿足要求的[5]。

若對JTG D63-2007的公式[fa]=[fa0]+r2h進行修正，在r2h項上考慮由于持力層粉質黏土的擴散作用引起的深度修正，按照[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）來計算，z為持力層厚度或換填墊層的厚度，其計算結果見表2。

從表2可以看出，采用修正公式[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）計算，換填2.5m即可以滿足要求。

從表3可以看出換填2.5m即可以滿足要求。此時JTG D63-2007修正后的計算結果與JGJ 79-2012中的公式計算結果接近。

4 結語

（1）在計算軟弱下臥層強度時，通過JGJ 79-2012與JTG D63-2007的公式分別對軟弱下臥層強度進行計算，計算結果兩者存在較大差異。

（2）若天然持力層滿足上部結構對地基承載力要求，在計算軟弱地基下臥層強度時，建議將規范JTG D63-2007中公式3.3.5-1：[fa]=[fa0]+r2h修改為[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）進行計算，其計算結果與采用規范JGJ 79-2012計算的結果較為接近。但由于上部結構、基礎與地基是相互作用的，地層結構變化也較復雜，該文提出的公式修正的初步建議需要理論和較多的工程實例的進一步驗證。

參考文獻

[1] JGJ 79-2012.建筑地基處理技術規范[S].

[2] JTG D63-2007.公路橋涵地基與基礎設計規范[S].

[3] 李廣信.巖土工程50講-巖壇漫話[M].第二版.北京：人民交通出版社，2010.

[4] GB50007-2011.建筑地基基礎設計規范[S].

[5] 張明義，吳濤.地基硬殼層的利用[J].青島建筑工程學院學報，1995（4）：14-17.