高填土没有地基承载力的问题吗?

在一个大面积填土场地,需要考虑基底应力是否满足要求吗?假设一个场地填土高20m ,按重度18kN/m3,原地面不是作用了360kPa 荷载了吗,假如原地面承载力为180kPa ,那地基会破坏吗?

个人认为中部不会破坏,考虑变形是否满足,而边侧上考虑滑动破坏,就像一个100m 高土坝,其基底应力可高达2000kPa ,但通常修建土坝时并不论证地基承载力是否满足要求,而是论证抗剪强度是否满足要求,同样的道理是否同样适合于面积填方区的稳定性坪价呢?

请各位同行发表意见,这是目前本人和某大面积填方基础设计师的争论。一个山坡地修建排水管道,管道本身要求承载力不足100kPa ,建好管道后填土高约15m ,还有载重车行,一算基底应力达350kPa ,原地基180kPa 不满足要求,要打桩,本人用上述方法说不服人家,只好保留意见。

1. 有的人说高填方路堤这样的柔性土工结构没有地基承载力的问题,只有稳定性和变形的问题,这个说法对吗?

2. 有人说高填方的地基承载力无需考虑,是因为经过修正后,地基承载力非常高,这个说法对吗?

另,在高速铁路路基施工时候,为什么要花相当一部分钱去让检测单位做复合地基承载力试验呢?本人读书期间在武广客运专线上做了一年的CFG承载力试验,设计单位对这个很重视,而且不同填高的路堤下的CFG 桩的承载力要求也不一样,范围在180 -350kPa 之间,请问,这个承载力要求是怎么算出来的?应该不是土的容重乘路基高度,怎么计算呢?


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Geoman

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高填方首先要保证地基的稳定性,同时也要保证填土边缘的边坡稳定性。

这位网友提出填土的中心变形与边缘滑动的问题,值得我们进一步分析。所谓中心部位,由于填土的高度一样,所以边缘部位对中间部位来说,就相当是马道的压重作用,但要压住中间部位,边缘部位自身必须稳定。

填土边缘的稳定性受两个不同的破坏机理的控制。第一是地基的稳定性,第二是填土本身的边坡稳定性。如果地基失稳了,那填土的边坡再稳定也是没有用的。我们再举一个特殊的大面积荷载问题,如果不是填土,而是堆钢锭,钢锭本身只要按要求堆放就不存在边坡稳定问题,但地基稳定性问题还是存在的,钢锭堆得太高了,地基就要失稳,那不是地基承载力问题是什么?承认存在地基失稳的现实,即承认存在填土的极限高度问题。

极限高度可以从两个不同的角度考虑,第1 是从地基极限承载力的角度考虑,假如填土的高度是h,填土的重度为γ ,填土施加于地面的压力为γh。如果地基极限承载力由下式求得:

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极限高度由下式求得:

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第2 可以从填土边缘的边坡圆弧稳定分析的角度计算极限高度,用Taylor 提出的稳定因数Ns的方法:

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稳定因数Ns可由图1查到。

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从图可以看出当坡角小于53°,内摩擦角φ= 0°,稳定因数Ns =5. 52。

因此,在内摩擦角φ= 0 的条件下,用地基极限承载力计算的极限高度为hkp =5.14c/γ,而用边坡稳定圆弧滑动分析方法计算的极限高度为 hkp=5.52c/γ,两种方法得到相同的极限高度,误差仅为3.5% 。

“分析高路堤的稳定性时,地基的强度参数c、φ 值,宜采用直剪的固结快剪到三轴剪的固结不排水剪试验获得。”“路堤稳定性分析包括路堤堤身的稳定性、路堤和地基的整体稳定性、路堤沿斜坡地基就软弱层带。”显然,规范这里所说的“路堤和地基的整体稳定性”就是地基承载力的问题。

江南有个地方准备要堆50 多米高度的人造山,当时就有不同的意见,但有人说这种工程没有地基承载力问题,只有变形问题。但当人造山堆到40 多米高度时,就堆不上去了,山体发生了滑动,形成了下切的滑动面,滑动面出露地面处离坡脚比较远,说明切割的深度比较深,这不是地基失稳了吗?根据这个已经达到破坏的工程案例,按45°坡角考虑,设地基士的内摩擦角15°,则可以估计得到土的凝聚力为68kPa 。

综上所述,填土的稳定性有两种控制情况,一种是填士和地基一起发生滑动,另一种是地基是稳定的,仅填土的边坡太陡而发生边坡失稳。就前一种失稳而言,就是填土的极限高度问题,达到极限高度,地基发生滑动,牵动了填土一起下滑,根本原因在地基。地基滑动的验算结果与地基承载力的计算结果是相通的,对均质地基而言,两者的结果是一致的。

由此可见,大面积填土,当然有地基稳定性问题,也发生过填土引起的地基失稳滑动的工程事故,你说在只有180kPa 承载力的地基上,堆上荷载高达到360kPa 的填土,地基可以不垮吗?实际上是不可能的。

工程实际的情况可能不是简单地一句话能够说清楚的,你说20m 高的填土,100m 高的大坝是可以一下子放上去的吗?当然没有这种理想的情况,因此也没有什么侧边发生滑动破坏,中部不会破坏的情况。实际情况是填到一定高度以后,就填不上去了,填了就塌,发生滑动,这种滑动就是失稳,因此高填土有一个极限高度的问题,极限高度就是极限荷载,也就是地基极限承载力问题,怎么能说高填土没有承载力问题呢?

造成歧义和误解的原因,主要是被临界荷载的承载力公式把概念搞糊涂了。我国对极限承载力历来很不重视,规范也好,教科书也好都只讲p1/4 ,只讲什么特征值。对于高填土,变形的要求倒并没有像建筑物那样要求严格,主要是强度和稳定性的问题。如果填土速度足够慢,地基在一定荷载作用下发生固结,强度有了提高,承载力也相应提高了些,慢慢加荷是可以填得比较高一些的,由于填土是柔性结构,变形大一些也没有关系,多填一些士就可以了,所以填土一般没有变形控制的问题。

在强度和稳定性问题中,土压力、地基承载力和边坡稳定性分析的思路和方法其实是相通的,在地基极限承载力的分析中就有主动区和被动区,对软黏土,用极限承载力公式计算和用圆弧滑动分析计算的结果是一样的,填土达到极限高度以后,在填土和地基中形成滑动面,试验中就可以看到这样的现象。


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