不同规范计算软弱下卧层强度差异性分析

安建林

摘 要：对于软弱地基上的基础设计，在变形满足要求的前提下，首先需根据地层情况，有较厚的硬壳层时需优先考虑利用并验算其软弱下卧层顶面的强度。通过建筑地基处理技术规范JGJ 79-2012及公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007中分别给定的公式对软弱地基上的下卧层强度进行验算，对其计算结果差异性的原因进行分析，提出修正差异性的初步建议并通过实例计算进行分析验证。在此基础上，对于不同规范下计算软弱下卧层强度的差异性进行了分析和总结。

关键词：软弱下卧层 强度计算 差异性 修正

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0048-02

在软弱土分布区，尤其在浅层分布软弱土时，由于天然地基的承载力不足，常常进行换填处理并计算换填处理后软弱下卧层的强度。其采用的规范不同，计算的结果则有较大的差异，该文就同一基础形式、外部荷载、地质条件相同的情况下根据规范JGJ 79-2012[1]及JTG D63-2007[2]进行计算，对结果差异的形成进行分析，并对差异性提出修正的初步建议。

1 软基换填处理在建筑行业及公路行业的差别

在公路行业，对于构造物如箱涵处的基底软基处理，其基础的宽度是根据过水面积而定的，若单纯考虑基底软基处理而增大箱涵的基础，则顶板也会增大，同时侧墙受力及整个箱体的配筋都会增大。若增加基础埋深，则涵底标高则会降低，在路面设计标高不变的情况下需要增加侧墙高度，同样增加上部结构的工程量，所以，对箱涵基底软弱土层处理，在其上部结构及荷载基本已定的情况下，大多采用换填砂砾垫层的方法，再验算下卧层的强度。

对于软弱地基上的基础设计，在变形满足要求的前提下，首先需根据地层情况，有较厚的硬壳层时需优先考虑利用并验算其软弱下卧层顶面的强度。当硬壳层较薄或其承载力也不满足要求时，考虑换填较好的材料以扩散基底应力，在计算换填厚度时，无论采用规范JGJ 79-2012还是规范JTG D63-2007，都需使换填厚度与基础宽度的比值≥0.25（灰土除外），此时设计的垫层应力扩散角才大于零，垫层才起作用。

2 规范JGJ 79-2012与JTG D63-2007中计算公式差异性比较

2.1 JGJ 79-2012计算软弱下卧层强度的主要公式

（1）pz+pcz≤faz。其中：pz-相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面的附加压力值；pcz-软弱下卧层顶面处土的自重压力值；faz-软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值[2]。

（2）条形基础：pz=。

（3）矩形基础：

pz=。

（4）faz=fak+ηbr（b-3）+ηdrm（d-0.5）[4]。其中：fak-地基承载力特征值；ηb-宽度修正系数；b-基础宽度；ηd-深度修正系数；d-基础埋置深度；r-基础底面以下土的重度（kN /m3），地下水位以下取浮重度；rm-基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3），位于地下水位以下的土层取有效重度。

2.2 JTG D63-2007计算软弱下卧层的主要公式

（1）pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]

（2）[fa]=[fa0]+r2h。

其中：pz-软弱地基或软土层的压应力；p-基底压力值（kpa），该文为便于比较不考虑偏心荷载；h-基底或桩端处的埋置深度；r1-深度（h+z）范围内各土层的换填重度；r2-深度h范围内各土层的换算重度；α-土中附加应力系数；γR-抗力系数；[fa]-软弱地基或软弱土层顶面土的承载力允许值；[fa0]-为根据JTG D63-2007中表3.3.5根据天然含水量查得的值或者根据地勘报告提供的值[4]。

2.3 规范JGJ 79-2012与JTG D63-2007中计算公式差异性比较

两个规范存在的差异有以下几方面。

（1）两个规范计算原理相同，都是下卧层顶面处所受的附加压力与自重压力之和应小于等于软弱下卧层顶面经深度修正后能够提供的地基承载力。但JGJ 79-2012中faz与JTG D63-2007中对应的[fa]的计算有较大差别。前者当为软土时ηb=0、ηd=1，此时faz=fak+rm（d-0.5），后者[fa]=[fa0]+r2h。

rm-基础底面以上土的加权平均重度，位于地下水位以下的土层取有效重度。对应的r2-基底以上土层加权平均重度；换算时若持力层在水面以下，且不透水时，不论基底以上土的透水性如何，一律取饱和重度；当透水时，水中部分土层应取浮重度。同样情况下，rm的计算与r2的计算在使用饱和重度及浮重度上就会产生差异。（d-0.5）与h也差0.5m。

JGJ 79-2012中的公式pz+pcz≤faz利用扩散角原理，JTG D63-2007中的公式pz=r1（h+z）+α（p-r2h）≤rR[fa]采用應力随深度递减原理，并引入抗力系数rR。为便于比较，该文计算时rR的值取1。

（2）计算结果差异性分析

①JGJ 79-2012中的pcz随换填厚度的增加而减小，pz将增大，随换填厚度z的增加，faz随换填厚度的增加，深度修正使其增大，不等式很快就成立。

②JTG D63-2007中的r1（h+z）随z的增大而增大，α（p-r2h）随z的增大而减小，[fa]则是个定值。随着z的增大，r1（h+z）增大相对较大，α（p-r2h）随z的增大减小的相对较小，而[fa]不变，不等式在z很大时也不一定成立。

③在地质情况、基础埋深、地下水位、基础外荷载等相同的情况下利用JGJ 79-2012中的公式计算的换填厚度明显小于利用JTG D63-2007中公式计算的厚度。主要原因为前者利用持力层的扩散角原理计算的下卧层顶面的pz减小程度大于D63-2007中α（p-r2h）的减小程度。JGJ 79-2012中faz的深度修正至软弱下卧层的顶面，即基础埋深d+换填厚度z处，而JTG D63-2007中的[fa]的深度修正只到基础埋深h处。

④建议将JTG D63-2007中的[fa]=[fa0]+r2h修正为[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5），其公式计算才与JGJ 79-2012中的公式计算结果才会差异不大，否则会出现采用JGJ 79-2012中的公式计算，换填厚度在3m以内满足要求，而采用JTG D63-2007中的公式计算，换填厚度>3m也不满足要求的结果。

⑤由于上部结构、基础与地基是相互作用的，地层结构变化也较复杂，该文提出的公式修正的初步建议需要理論和工程实例的进一步验证。

3 实例分析

某工程设计一道4×3箱涵，其基础宽5.04m，每节长6m，要求地基承载力110kpa，其基础埋深为0.5m，基底地层为①层粉质粘土，厚1m，重力密度18kN/m3，未经深度修正的地基承载力特征值110kpa。②层为淤泥质粘土，厚6m，重力密度17.5kN/m3，未经深度修正的地基承载力特征值70kpa。地下水位埋深0.5m。

根据JTG D63-2007要求，验算软弱下卧层顶面的强度见表1。

从表1可看出，即使持力层厚3m，按照JTG D63-2007的公式验算下卧层的强度，也不满足要求。但在较多的项目实际中，若存在硬壳层时，硬壳层不需要很厚，下卧层强度的经验算也是满足要求的[5]。

若对JTG D63-2007的公式[fa]=[fa0]+r2h进行修正，在r2h项上考虑由于持力层粉质黏土的扩散作用引起的深度修正，按照[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）来计算，z为持力层厚度或换填垫层的厚度，其计算结果见表2。

从表2可以看出，采用修正公式[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）计算，换填2.5m即可以满足要求。

从表3可以看出换填2.5m即可以满足要求。此时JTG D63-2007修正后的计算结果与JGJ 79-2012中的公式计算结果接近。

4 结语

（1）在计算软弱下卧层强度时，通过JGJ 79-2012与JTG D63-2007的公式分别对软弱下卧层强度进行计算，计算结果两者存在较大差异。

（2）若天然持力层满足上部结构对地基承载力要求，在计算软弱地基下卧层强度时，建议将规范JTG D63-2007中公式3.3.5-1：[fa]=[fa0]+r2h修改为[fa]=[fa0]+r2（h+z-0.5）进行计算，其计算结果与采用规范JGJ 79-2012计算的结果较为接近。但由于上部结构、基础与地基是相互作用的，地层结构变化也较复杂，该文提出的公式修正的初步建议需要理论和较多的工程实例的进一步验证。

参考文献

[1] JGJ 79-2012.建筑地基处理技术规范[S].

[2] JTG D63-2007.公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3] 李广信.岩土工程50讲-岩坛漫话[M].第二版.北京：人民交通出版社，2010.

[4] GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].

[5] 张明义，吴涛.地基硬壳层的利用[J].青岛建筑工程学院学报，1995（4）：14-17.