5.5 软弱地基

5.5.8  设计等级为丙级的矿井地面建(构)筑物，且控制压实系数符合本标准表5.5.6的要求时，垫层承载力特征值可根据地区经验按表5选用。

5.5.9  加筋(砂石)垫层适用于浅层软地基与不均匀地基的处理。加筋垫层是由分层铺设于垫层内部的土工复合筋带与垫层填土构成。根据建筑经验作为加筋的土工合成材质，宜采用抗拉强度高、受拉伸长率ε较小、摩阻性与耐久性好、抗腐蚀性强的土工筋带。

    加筋土垫层的设计包括以下内容：

    (1)土工筋带材料的允许抗拉强度按下式确定：

式中：T_a——土工筋带(材料)的允许抗拉强度(MPa)；

           T_u——土工筋带(材料)拉伸试验得出的极限抗拉强度(MPa)；

           k_m——土工筋带(材料)安全系数一般取3，当有经验时，可适当减少(灰土可取2.5)。

    (2)对于一般条、矩形基础(基础宽度b≤8m时)，采用垫层扩散应力法检验垫层的厚度。根据加筋垫层载荷试验测得的垫层底面应力反算，得出垫层的压力扩散角θ，对于砂石垫层θ角取36°～39°，对于灰土垫层θ角取34°～36°。

    对于筏形基础，也可采用下列修正的太沙基土拱理论公式计算加筋垫层底面处作用的附加应力：

式中：γ——垫层土的重度(kN/m³)；

          b——筏形基础的宽度(m)；

          z——加筋垫层的厚度(m)；

          k——满足筋带应力条件的筋带布设加筋作用系数宜在0.6～2.0之间。软层厚者取小值(此时，T_a值满足安全系数k_m≥3的要求)。

    k可按下列公式计算：

    当软弱下卧层厚度t≤3.0m，t/b≤0.2时，加筋作用系数k为：

    当软弱下卧层厚度t＞3.0m，或t/b＞0.2时，加筋作用系数k为：

    尚可用m_c-k关系曲线图确定k值(图9)，m_c可按下式计算：

式中：l_i、d_i——分别为垫层中横向土工筋带第i根的长度及宽度(m)；

           l_j、d_j——分别为垫层中纵向土工筋带第j根的长度和宽度(m)；

           N——加筋层数；

           F——筏形基础面积(m²)。

    (3)对于筏基，一般垫层厚度与基宽之比均小于0.25，根据现行国家标准《土工合成材料应用技术规范》GB 50290-2014，按加筋垫层下软弱土层挤出理论进行稳定性验算，垫层底下卧软弱土层的平均极限承载力，采用修正Prandt1解，矩形基础按式(10)计算，圆形基础按式(11)计算。

     1)对矩形基础：

    式中：

      ζ_t——与筏板基础密度、软弱下卧层强度特征相关的系数；

      N_ct、N_qt——薄层挤压的承载力系数；

      γ——软弱土层顶面上覆土层的厚度加权平均重度(kN/m³)；

      H——软弱土层顶面的埋置深度(m)；

      φ——软弱土层的内摩擦角(°)；

      c——软弱土层的黏聚力(kPa)；

      b——筏板基础宽度(m)；

      b₀——假定不受摩擦影响的基础边缘恒压段的宽度，它与筏板刚度及土的刚塑性有关，一般取(0.5～1.0)t，见图10。

      N_c、N_q——无量纲的承载力系数(引自汉森承载力公式表)，见表5.2.5-1。

     2)对圆形基础：

      式中：
      N_ctc、N_qtc一一圆形基础薄层挤压的承载力系数；

      ζ_tc——与圆形基础直径、软弱下卧强度特征相关的系数；

符号意义同式(10)。

    求得软弱土层极限承载力值，则软弱土层承载力特征值：

式中：k为总安全系数，一般取3。

    当P_z＞f_az，则加筋垫层满足稳定性安全度要求。

    (4)筋带作用拉力T_i：

式中：f^*_s——土工筋带似摩擦系数；其余符号意义同前。

    当T_i≤T_a时，符合安全要求。

5.5.16  《煤矿矿井建筑结构设计规范》GB 50592-2010中第6.5.16条存在校对印刷错误，本次修订将原条文中的“碎石类土不宜小于桩径或边宽的4倍”改为“碎石类土不宜小于桩径或边宽的1倍”，并部分调整了前后次序。

5.5.18  桩端后注浆工法是2005年度建设部的实用新技术推广项目。它具有大幅提高桩基承载力和降低沉降的作用，操作简便，成本较低，经济效益好，是桩基工程与注浆加固地基相组合的先进、经济、实用的技术。西南交通大学岩土工程所研究开发的腔式桩端压力注浆装置，于1994年鉴定完成，从理论与实践上系统地进行了研究并得到较为广泛的应用。

    从注浆技术的要求考虑，良好的土体注浆工法需满足定向、定域与定量的“三定”要求，即注浆机理明确，渗入充填、压密胶结还是劈裂注浆，浆液流动方向及注浆区域可控，注入量在预计量±20％为好。按照上述要求，有容器封闭式注浆工法应是桩端后注浆首选工法，欧洲很多国家多选此类工法。工艺流程见图11。

    在多个工地进行P·O型普通硅酸盐水泥(或高早强水泥)、P·S型矿渣水泥两类试块的测试，后者早期强度低，干缩性大，且抗碳化能力差。平均结果见表6。

    在工程中当水灰比小于0.8特别是达到0.5～0.6时，在小管径管内流动时比较困难，需要克服较大的阻力，要求加大供浆泵压。虽然压力大了易于流动，但是会使浆液在浆管出口及渗入胶腔中的流动状态和条件出现变化，如触变、紊流等，这将不利于渗入注浆与压密扩腔作业。因此，国内外许多注浆工法都建议，对水灰比小于0.8的浆液注浆时，注浆管径宜不小于30mm。

    根据工程经验，为了增加浆液的流动性，采用水灰比为0.55～0.6的水泥浆，加入适量的木钙等减水剂是可行的，同时宜在浆液中加入少量的悬浮稳定剂。关于浆液结石率，一般为85％～88％，平均为86％，在腔内充填粒料设计合理，浆液中加必要的防止失水收缩的微膨胀剂时，会取得更好的注浆结石效果。

    注浆终止压力：关于封闭式胶腔桩端后注浆工法的理论，采用Vesic提出的球体空腔扩张理论(膨胀理论)，向桩端柔性胶腔注入水泥浆，浆液与腔内的填充骨料密实结合，并向外扩挤，形成向腔周围土体施加的压力。在这种均布径向膨胀力的作用下，腔外一定厚度的球形区域达到塑性平衡状态。随着压力增长，塑性平衡区也不断膨胀，直到腔体压力达到抗剪强度极限条件(见图12)。

    注浆极限控制压力P_u可用下式确定：

式中：P_u——注浆控制压力(kPa)；

          q——桩端土的初始(上覆土体自重)压力(kPa)；

          c、φ——桩端持力土层的抗剪强度参数值(kPa、°)；

          R_p——腔体扩张引起的塑性区最大半径(m)；

          R_u——腔体半径，近似值；

          Q——腔体注浆量(m³)；

          I_r——刚度指标(模量强度比)；

          μ——桩端土的泊松比；

          E——桩端土的弹性模量(kPa)；

          △——桩端土的塑性区平均体积应变。

    上述各种因素中，桩端土的塑性区平均体积应变△应取精细。由于塑性区平均体积应变△与塑性区应力状态为正相关关系，△的选取应根据标准三轴压缩试验对体积变化进行精细量测，然后用统计分析的方法确定。对于无黏性土，主要的影响因素是桩端的埋置深度(即桩长)和桩端持力层的内摩擦角。

    应用球体扩张理论和相应解析式，可得到压力控制的一些建议标准(见图13)供参考，这些建议标准的应用效果是良好的。

    现行国家标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008的第3.3.3条条文说明中指出，桩端持力层是影响基桩承载力的关键性因素，不仅制约桩端阻力，而且影响侧阻力的发挥。桩端后压浆工法既可改良桩端土的承载性能，同时还能够提高其侧阻抗力，太原地区多项试验桩试验结果表明，端阻抗力平均提高160％以上，同时侧阻抗力亦平均提高25.4％。下面列举数个太原地区后压浆工程桩静载试验成果(表7)。关于后注浆灌注桩承载力值，同济大学陈强华教授根据试桩资料建议，用预制钢筋混凝土桩的承载力参数来估算。据此并结合山西省标准《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ 04-258-2008和60余根桩端后注浆钻孔灌注桩试桩资料统计、分析，得出本标准推荐的桩端阻力增强系数β_p及桩侧阻力增强系数β_s。