地基沉降问题,如果基础的持力层为不透水层,还会发生地基沉降吗?

筏板基础的持力层落在人造固化土层上,厚度2.5m,其含水率60%,地基承载力200kpa,粘聚力35kpa,摩擦角20°,压缩模量4.5Mpa,为不透水层;其下软弱下卧层为淤泥,含水率65%左右,厚度8~10m;问上部固化土层为不透水层,上部荷载验算能够满足软弱下卧层验算和承载力设计要求,是否还会发生下部淤泥的固结排水沉降,沉降计算又要如何考虑呢?

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库仑吴汶垣 - 库仑工程师

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首先,下部淤泥肯定是会发生固结排水沉降的,即使承载力满足要求。依据《建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)》,软弱下卧层的验算方法如下:

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这里最关键的指标实际上就是faz,即软弱下卧层的地基承载力特征值。勘察报告中给出的应该是短期承载力值,即不考虑土体排水情况下测得的承载力特征值。实际上,加上超载以后,随着软土的排水固结,其承载力是会逐步增大的,因为有效应力增大,土体的抗剪强度也会增大。所以,这里一定不能使用排水固结以后的软土长期承载力值。

如果最终的沉降满足建筑物要求,则可以不考虑排水固结过程。最终沉降的计算方法可以使用建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)》中的5.3.5式,如下图所示,也可以直接使用GEO5「扩展基础设计」模块(参考案例:扩展基础的沉降验算)或GEO5「地基固结沉降模块」(参考案例:路堤固结沉降分析)。

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如果要考虑固结过程,则可以使用GEO5「地基固结沉降模块」(参考案例:路堤固结沉降分析)或GEO5「岩土有限元分析-固结模块」(参考案例:固结沉降有限元分析)计算达到不同时间时土体的沉降大小。


GEO5是面向设计的软件,下面我采用岩土分析软件OptumG2对这个问题进行一个更详细的说明:

首先,单独分析人造固化土的承载力。这里我选择MC模型,整个地基均为人造固化土。采用有限元极限分析下限法,根据问题中提供的参数,得到短期(不排水不固结)情况下地基的承载力如下图:

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其中荷载乘数209.5,即地基承载力为209.5kPa,和问题中给出的200kPa几乎一致。对于不排水的土体,由于时间有限,勘察报告中提供的往往是短期承载力值。

下面我再分析长期(完全排水固结)情况下的地基承载力,如下图:

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其中荷载乘数为767.6,即地基承载力为767.6kPa。可以明显看出,当土体完全固结后,地基承载力明显升高了,这也是软基处理中采用排水板加速土体固结的目的。

其次,根据问题中的情况,我们在地基中加入软土(问题中没有给出,软土参数为软件自带软塑黏土参数),如下图:

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同样的,我采用有限元极限分析下限法,分析得到短期情况下的地基承载力如下图:

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其中荷载乘数为160.5,即地基承载力为160.5kPa。相对于没有软土的情况,地基承载力降低了,且破坏面深度也增大了,可以看出对软弱下卧层进行承载力验算的必要性。

下面我再分析长期(完全排水固结)情况下的地基承载力,如下图:

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其中荷载乘数为489,即地基承载力为489kPa。同样的,相对于没有软土的情况,地基承载力也降低了,且破坏面深度也增大了。

以上是结合OptumG2阐述了软土地基在短期和长期不同情况下的地基承载力和其破坏情况。

在本问题中,承载力已经通过验算满足要求,需要进一步计算的是其沉降和固结情况。关于OptumG2中的固结沉降,以及不同固结度下地基承载力的详细方法,这里不在赘述,可以参考案例:软土地基填方工程(下)。这里我仅给出计算结果:

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固结度达到50%时的最大沉降和时间

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固结度达到50%时的地基承载力(承载力介于短期和长期之间)

其他固结度情况下的分析类似,固结度达到100%的情况和前述的长期情况分析相同,不再模拟。

从计算结果中可以明显看出,不同固结度下,地基的承载力是不同的,同时也可以看到软件计算得到的不同固结下的地基沉降情况。如果所需固结沉降时间太长,则可以考虑采用排水板进行软件处理,然后增加排水板再次计算。

lyh0524

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下卧层承载力验算满足要求只是其一。仍需要完全沉降是否满足建筑物要求。土体的排水路径比较复杂,除了竖向还有横向。本例中上部不排水层的压缩模量并不大,下卧淤泥在附加应力作用下产生压缩,显然应该核算沉降。至于沉降量的算法规范里讲的很清楚,如果考虑三维的话,也有相关的软件,库仑的产品能不能做,要请库仑工程师回复一下。

柳叶无眠

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