超載預壓法的超載比及卸載時間控制研究

楊獻永

1 概述

我國沿海和內陸地區廣泛分布著湖泊,湖泊以及河相沉積的軟黏性土層。這種土層的特點是含水量大,壓縮性高,強度低,透水性差,且不少情況埋藏深厚。由于其壓縮性高,透水性差,在荷載作用下會產生相當大的沉降和沉降差,而且沉降差的時間延續很長,有可能影響公路的正常使用。另外,由于其強度低,地基承載力和穩定性往往不能滿足工程要求。因此,這種地基通常要采取處理措施,預壓排水固結就是處理軟黏土地基的有效方法之一。其中超載預壓閾值問題的解決,會使得工程在滿足沉降要求的前提下節省不必要的時間和物力上的浪費,提高經濟效益。

2 超載預壓的一般原理

超載預壓法是在擬建的結構物施工以前就對軟基施加超載進行預壓,使結構物在使用期間發生的沉降絕大部分在預壓期間完成,并使軟基土的抗剪強度得到提高。為了加快排水過程,超載預壓一般可以結合砂井,塑料排水板等排水體一起使用。這樣可以縮短預壓時間,提高固結度的增長速率。荷載部分一般采用填土、蓄水池充水和真空預壓等方法實現。對抗剪強度低的軟弱土可采用分級加載的方式進行,逐步提高地基土的抗剪強度,防止超載作用下地基土的失穩。用預壓排水固結法處理軟弱地基時,為了縮短預壓時間,往往采用超載預壓。超載預壓法是處理這種地基的方法之一。超載預壓的效果可以從超載卸除后地基在建筑物荷載作用下的后續變形的大小得到反映,后續變形小,則處理效果就好。對某種確定的地基土來說,后續變形的大小與超載比和荷載作用時間有直接的關系,就目前超載預壓的設計理論來看,選擇合適的超載比和荷載作用仍是值得探討的問題,本文通過室內模擬實驗,對超載預壓法的超載比和荷載作用進行研究。

3 超載預壓法的室內實驗研究

作者通過室內實驗,對軟黏土的超載預壓進行室內實驗研究,得出了最佳超載作用時間top與超載比的關系曲線(見圖1),擬合曲線如下式:

其中,top為最佳超載作用時間,即地基經過超載預壓后,在使用期限內所產生的后續沉降為容許沉降值時所對應的超載作用時間;PS/Pf為超載比;A,B,β均為擬合常數。圖1表明,隨著超載比的增大,top迅速下降,并逐漸趨于某一漸進值,這個結論對工程有一定的參考價值。

4 土的物理力學參數

屬于淤泥質黏土,物理參數見表1。

表1 土的物理力學參數

表1中C,φ值是在直剪儀上做的固結快剪結果。經計算,天然土樣的飽和度為95%。

5 實驗結果及分析

5.1 后續變形與超載作用時間的關系

對某一超載量PS,將不同的超載作用時間ts及其對應的實測后續變形Sr繪于半對數坐標上,如圖2a),b),c),d),e)所示。由圖2可知,時間ts越大,總的趨勢是Sr越小。近似用雙曲線的關系來描述:

其中,a,b均為待定常數,PS不同,a,b也不同。

用最小二乘法對實測數據按式(2)進行回歸處理,結果見表2。

表2 Sr—lgts的回歸處理結果

回歸曲線見圖2。

由表2可見,除了PS=50 kPa外,其余各組的相關系數均在0.8以上,說明式(2)較好的反映了Sr與ts的關系。

5.2 超載比與最佳超載作用時間的關系

所謂最佳超載作用時間是指地基經過超載預壓后,在使用期限內所產生的后續沉降為容許沉降所對應的超載作用時間。本文令容許的后續變形為0。因此在圖2a),b),c),d),e)的各擬合曲線中,令Sr=0,可求出各PS下對應的最佳超載作用時間top,結果見表3。

表3 Sr=0時 PS所對應的top值

由表3可知,top—PS/Pf可近似用下式描述為:

其中,c,d,β均為待定常數。將表3數據按式(3)進行回歸處理,得 β=4.5,c=3.38 min,d=0.15 min,相關系數r=0.996 3。

表3表明,隨著超載比的增大,top迅速下降,并逐漸趨于某一漸進值。這個結論對工程有一定的參考價值。

6 結語

1)超載預壓的效果反映在卸載后沉降的大小,亦即后續變形的大小,而后續變形的大小對一定的軟基來說與超載及超載作用下地基所達到的平均固結度有關。

2)從本文的試驗結果看,超載比較小時,隨著超載比增加,最佳超載作用時間急劇下降;當超載比增加到一定程度后,超載比對最佳作用時間的影響將大大減弱,最佳超載作用時間隨著超載比的增加將趨于某一定值。因此在巖土工程上,超載比不宜過大,過大效果并不顯著,造成浪費。

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