超载预压法的超载比及卸载时间控制研究

杨献永

1 概述

我国沿海和内陆地区广泛分布着湖泊,湖泊以及河相沉积的软黏性土层。这种土层的特点是含水量大,压缩性高,强度低,透水性差,且不少情况埋藏深厚。由于其压缩性高,透水性差,在荷载作用下会产生相当大的沉降和沉降差,而且沉降差的时间延续很长,有可能影响公路的正常使用。另外,由于其强度低,地基承载力和稳定性往往不能满足工程要求。因此,这种地基通常要采取处理措施,预压排水固结就是处理软黏土地基的有效方法之一。其中超载预压阈值问题的解决,会使得工程在满足沉降要求的前提下节省不必要的时间和物力上的浪费,提高经济效益。

2 超载预压的一般原理

超载预压法是在拟建的结构物施工以前就对软基施加超载进行预压,使结构物在使用期间发生的沉降绝大部分在预压期间完成,并使软基土的抗剪强度得到提高。为了加快排水过程,超载预压一般可以结合砂井,塑料排水板等排水体一起使用。这样可以缩短预压时间,提高固结度的增长速率。荷载部分一般采用填土、蓄水池充水和真空预压等方法实现。对抗剪强度低的软弱土可采用分级加载的方式进行,逐步提高地基土的抗剪强度,防止超载作用下地基土的失稳。用预压排水固结法处理软弱地基时,为了缩短预压时间,往往采用超载预压。超载预压法是处理这种地基的方法之一。超载预压的效果可以从超载卸除后地基在建筑物荷载作用下的后续变形的大小得到反映,后续变形小,则处理效果就好。对某种确定的地基土来说,后续变形的大小与超载比和荷载作用时间有直接的关系,就目前超载预压的设计理论来看,选择合适的超载比和荷载作用仍是值得探讨的问题,本文通过室内模拟实验,对超载预压法的超载比和荷载作用进行研究。

3 超载预压法的室内实验研究

作者通过室内实验,对软黏土的超载预压进行室内实验研究,得出了最佳超载作用时间top与超载比的关系曲线(见图1),拟合曲线如下式:

其中,top为最佳超载作用时间,即地基经过超载预压后,在使用期限内所产生的后续沉降为容许沉降值时所对应的超载作用时间;PS/Pf为超载比;A,B,β均为拟合常数。图1表明,随着超载比的增大,top迅速下降,并逐渐趋于某一渐进值,这个结论对工程有一定的参考价值。

4 土的物理力学参数

属于淤泥质黏土,物理参数见表1。

表1 土的物理力学参数

表1中C,φ值是在直剪仪上做的固结快剪结果。经计算,天然土样的饱和度为95%。

5 实验结果及分析

5.1 后续变形与超载作用时间的关系

对某一超载量PS,将不同的超载作用时间ts及其对应的实测后续变形Sr绘于半对数坐标上,如图2a),b),c),d),e)所示。由图2可知,时间ts越大,总的趋势是Sr越小。近似用双曲线的关系来描述:

其中,a,b均为待定常数,PS不同,a,b也不同。

用最小二乘法对实测数据按式(2)进行回归处理,结果见表2。

表2 Sr—lgts的回归处理结果

回归曲线见图2。

由表2可见,除了PS=50 kPa外,其余各组的相关系数均在0.8以上,说明式(2)较好的反映了Sr与ts的关系。

5.2 超载比与最佳超载作用时间的关系

所谓最佳超载作用时间是指地基经过超载预压后,在使用期限内所产生的后续沉降为容许沉降所对应的超载作用时间。本文令容许的后续变形为0。因此在图2a),b),c),d),e)的各拟合曲线中,令Sr=0,可求出各PS下对应的最佳超载作用时间top,结果见表3。

表3 Sr=0时 PS所对应的top值

由表3可知,top—PS/Pf可近似用下式描述为:

其中,c,d,β均为待定常数。将表3数据按式(3)进行回归处理,得 β=4.5,c=3.38 min,d=0.15 min,相关系数r=0.996 3。

表3表明,随着超载比的增大,top迅速下降,并逐渐趋于某一渐进值。这个结论对工程有一定的参考价值。

6 结语

1)超载预压的效果反映在卸载后沉降的大小,亦即后续变形的大小,而后续变形的大小对一定的软基来说与超载及超载作用下地基所达到的平均固结度有关。

2)从本文的试验结果看,超载比较小时,随着超载比增加,最佳超载作用时间急剧下降;当超载比增加到一定程度后,超载比对最佳作用时间的影响将大大减弱,最佳超载作用时间随着超载比的增加将趋于某一定值。因此在岩土工程上,超载比不宜过大,过大效果并不显著,造成浪费。

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