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基床系数的理解与应用

2013-02-02 13:55阅读:
基床系数的理解与应用

基床系数是一个很重要的工程概念,对于总体沉降量和沉降差是一个敏感的因素,而差异沉降的控制对基础截面选型及内力控制都是很重要的,因此对于基床系数的确定就显得异常重要,下面对基床系数的几个问题根据所查阅资料结合个人理解,进行整理和总结。

一. 基床系数的概念
基床系数也称地基系数,是指采用标准试验条件下压板与地基接触压力p与承压板位移s的比值,按其作用方向的不同可以分为“竖向基床系数”和“水平基床系数”。

二. 基床系数的发展历程
1867年winkler率先提出了基床系数的概念,这一概念的提出,使得工程师对于地基变形的理解更多倾向于工程角度,而不是单纯的土体性质,这种更通俗化的解释应用,对于基础工程学得发展是积极有益的。此后经Terzaghi提出利用1ft2方形承压板载荷试验确定竖向基床系数,用桩的水平载荷试验确定水平基床系数,这在工程界已基本达成共识。
我国对于基床系数的确定也引用了这一概念,但在不同的规范、规程中对承压板有着不同的要求,有的是圆形有的是方形。正是由于试验方法影响,可以得出这样的结论,基床系数的确定不仅仅是依据土体的自身性质,还与试验手段有关,这也是基床系数一致不好明确,不同机构给出的数值存在较大差异的原因。

三. 基床系数的确定方法
基床系数的确定可以采用以下几种方法:
1.现场载荷板试验方法
现场载荷板试验方法是确定基床系数最基本也是最直接的方法,他的物理意义明确,也最能反应实际情况,但由于试验条件的有限性,使得计算结果中包含了试验误差及假定带来的不确定因素,因此试验中宜取几个试验
点综合后取用平均值,同时所得结果应结合当地的土质情况进行综合判断;
2.土工试验方法
现阶段提出了不少利用土工试验确定基床系数的方法,可以充分利用室内的试验条件判断,优点是可以采用较多的试验数据,将样本扩大,但土体扰动后的试验结果往往与原位测试存在差异,对于基床系数这种变化区间较大的物理量,其准确性难以控制;
3.基于沉降的反算方法
现阶段勘察报告中一般不直接给出基床系数,在基础分析中,可以根据孔点基本土层特性,利用分层总和法进行孔点处沉降计算,并利用沉降结果反算基床系数;对于土层情况比较均匀的地基是较为合适的,如果土层起伏变化较大,或孔点间土的工程性质差异显著,则需要对多孔点进行试算,基床系数需要考虑二维空间上的线性化,操作较为复杂。沉降计算结果要综合参考当地类似地质条件和建筑的综合沉降观测结果,并进行修正。该方法一定程度上利用了土的工程性质,规避了试验条件的误差,但同时也引进了一些人为因素,沉降量的判断变得异常重要。

四. 对于软件操作的建议
现阶段计算地基沉降的主要软件是JCCAD和SAFE,计算中均体现了基床系数的影响。
JCCAD中可以选择多种地基模型,其中winkler模型是最简单也是最为常用的模型,它的物理意义明确,计算结果也能反应基本的变形规律。计算中需要填入基床系数,建议首先查看沉降计算结果,如果合理则接受基床系数的建议值,并作为整个建筑基床分布的的“基本值”,同时查看主要竖向构件的沉降量并经人工复核后反算基床系数,利用软件中基床调整将特殊区域点细化,以反映出土层的不均匀性和结构分布的差异性,对于计算结果也许综合判断,并以当地实测经验沉降值进行适当修正;
SAFE操作中采用“弹簧”的概念,通过细化网格中将连续体离散化,其中桩位处采用“点弹簧”,土体处若考虑部分承载作用,则可输入“面弹簧”,可以综合考虑两者之间的协同作用。
需要说明的是,无论是JCCAD的winkler模型还是SAFE,采用的都是“变形”的概念,即建筑物坐落在假象的弹簧分布上,通过底板或联系梁将不同的竖向构件联系起来,在不同的反力作用下使得“弹簧”产生不同的变形,并考虑一定的协同作用,来实现变形的连续性。所以,用“变形”的计算结果来完全等化基础沉降是欠妥的,它的计算简化是将基础以下土体想象成单一的、均匀的、弹性的物质,这显然与土体分布不同。但受限于现阶段沉降计算的难度和误差,用这样的计算方法来统计变形规律、寻找差异部位、调整不同部位刚度分布使得变形趋于一致,从而调节基础内力分布是有益的。

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