大型设备吊装场地不同土壤介质下地耐力变化研究

王 磊 刘军歧

陕西化建设备吊装运输公司 陕西杨凌 712100

与混凝土、砌体等材料相比，土壤属于大变形材料，当承受荷载增加时，随着基础变形的增大，地基承载力（即地耐力）也在逐渐加大，很难界定出一个真正的极限值。地基极限承载力的确定，实际上没有一个通用的界定标准，也没有一个适用于一切土壤类别的计算公式，主要根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整[1]。

吊装场地的处理在实际施工中基本上按施工经验进行，对不同型号吊车的吊装载荷、不同的对地压力，采取不同的土壤开挖深度和回填方式，没有科学的依据做支撑，尤其在大型设备吊装时到底要处理多深才算合理，很难有个科学的界定。为此，对大型设备吊装场地在相同压力、相同深度下压力衰减的变化规律进行地耐力检测显得尤为重要。

1 地基最终沉降量的弹性力学计算

地基沉降量通常指的是地基的最终沉降量，目前常用的计算方法有弹性力学法、应力面积法、分层总和法，以及考虑历史影响的沉降计算法。最终沉降量是地基在载荷作用下沉降完全稳定后的沉降量。对于砂土，处理完成后即可测出沉降量；对于粘土，需要的时间会更长一些[1]。

对于局部载荷下的地基沉降，可以利用式（1），根据叠加原理求得。地基最终沉降量的弹性力学计算方法以Boussinesq 课题的位移解为依据，在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力（p），表面位移就是地基表面的沉降量（s）[2]。

式中：b——矩形载荷的宽度或圆形载荷的直径；

E0——变形模量；

p0——载荷面积内某点处的分布载荷；

ω——无量纲沉降影响系数。

通常情况下，由于弹性力学公式是按匀质线性变形半空间的假设得到的，而实际上地基通常是非匀质的，按式（2）计算的基础最终沉降量偏大。因此，利用弹性力学公式计算沉降的问题，在于所用的变形模量值能否真实地反映地基变形的情况[3-4]。

2 地耐力检测装置的原理及检测

2.1 地耐力检测装置的原理

地耐力检测装置主要由电脑、分析仪、采集仪、压力传感器、数据通信线等组成，其通讯连接方式见图1。

图1 通讯连接原理图

单个压力传感器通过承受的压力，把压力信号转换成可用的电信号通过数据通信线输出给采集仪，采集仪把采集的电信号进行放大处理输出给分析仪，分析仪经过对数据进行进一步的分析转换处理在电脑上进行动态显示。地耐力检测现场见图2。

图2 地耐力检测实物图

2.2 地耐力检测

在地耐力检测试验场地开挖一个3m×3m×2m的基坑，开挖后把压力盒正下方压实并保证平整，然后从下至上每层放置两个压力盒，间距为0.5m。目的一是为了测量时进行数据对比和后期数据的修正；二是为了检测不同深度压力衰减变化。

每层压力盒在埋设时，压力盒下面垫层要平整。放置好压力盒后，在其上面铺设0.5m 厚相同介质的土壤找平后，用20t 配重静载30min 后移开，后续的压力盒按照前面方式逐层进行埋设。为了使土壤介质之间的密实度达到试验要求，当埋设基础厚度达到2m 时，用50t 配重做24h 静载压力。基坑开挖回填静载压力现场见图3，素土与3∶7 灰土在2m 位置时静载沉降24h后对比图见图4，监测装置测试流程见图5。

图3 基坑开挖回填静载压力图

图4 素土与3:7 灰土静载沉降24h 后对比图

图5 测试过程流程图

压力盒埋设完成及基坑开挖回填静载压力后，分别进行压力盒数据线信号线的连接、系统参数设置及调试。然后，在压力盒正上方给予50t 的压力，进行数据采集、观测及数据分析等。

3 地耐力检测实现的数据分析

由于压力盒在不同土壤介质中按相同深度分层铺设，因此可以对不同土壤介质、不同深度的压力传递数据的衰减变化情况进行对比分析。配重底面积为2m×2m，总压配重为50t（5 块配重），单位面积受力为12.5t/ m2。素土在不同深度下测量的初始值及终值见表1 和图5，3∶7 灰土在不同深度下测量的初始值及终值见表2 和图6。

表1 不同深度下素土的压力传递值 MPa

表2 3:7 灰土在不同深度下的压力传递值 MPa

图5 素土在不同深度下的压力的变化趋势

图6 灰土在不同深度下的压力变化趋势图

从以上测量结果可以看出：

（1）两种土壤介质在相同的压力下都随深度的变化而逐层递减，在0.5～1m 之间两种土壤介质压力变化大，1～1.5m 之间压力变化不明显；

（2）素土的变化相对于3∶7 灰土变化较明显；

（3）在相同深度下，3∶7 灰土对压力传递不敏感；

（4）两种土壤介质在2m 深度下压力依然存在，根据3∶7 灰土的变化趋势可以推测其在2.5m 的深度下压力将变得很小，基本可以忽略。

4 结语

根据现场施工经验采取不同的土壤开挖深度和回填方式对吊装场地进行处理，缺少科学有效的数据做支撑。尤其在大型设备吊装时，吊车站位区域到底要处理多深才算安全而经济合理，很难进行科学界定。

通过对素土和3∶7 灰土土壤介质进行地耐力检测，测出不同土壤介质在相同压力、相同深度下压力变化的规律，发现素土、3∶7 灰土在相同条件下压力随深度的增加而逐渐衰减，衰减较明显的是3∶7 灰土。其在一定程度上克服了以往大型设备吊装场地地基处理只能依靠经验的缺陷，不仅为地基处理节约大量的经济成本，也为大型设备吊装提供可靠的安全保障。