專利名稱：一種橋臺背混合輕量土適用性的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土建技術(shù)領(lǐng)域橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，適用于橋臺背填土工程中采用混合輕量土作為回填料的適用性確定。
背景技術(shù)：
混合輕量土是由原料土、固化劑、水、輕質(zhì)材料等按一定比例組成，其密度及強(qiáng)度均可調(diào)節(jié)。工程中采用輕量土是為了減少填土下臥層土體的沉降量，進(jìn)而保證工程的正常運(yùn)行。然而由于工程地質(zhì)條件差異較大，有些地方填土下臥層土體的性質(zhì)較好，故在填土荷載作用下其的沉降量較小，不需要采用輕量土作為回填料就可滿足工程要求，而采用輕量土回填反而使成本增大，工期增長。目前工程中對于混合輕量土適用性沒有明確的確定方法，主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，沒有統(tǒng)一的依據(jù)，結(jié)果也很不可靠且風(fēng)險(xiǎn)大。因此，如何根據(jù)工程中填土下臥層的性質(zhì)來決定是否采用輕量土回填顯得尤為重要，也是當(dāng)前工程界亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有方法實(shí)施成本高、隨意性強(qiáng)、結(jié)果不可靠或不能體現(xiàn)特殊性的缺點(diǎn)，提供原理明確，可操作性強(qiáng)，成本低廉，使用效果好、便于針對不同工程中的混合輕量土適用性的確定方法。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，按照如下步驟確定(1)根據(jù)工程設(shè)計(jì)情況確定回填土厚度；(2)按《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)來確定回填土下臥層土體的厚度及相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)，所述的物理力學(xué)參數(shù)為模量、重度，記做模量E1、重度1；確定天然地基的厚度以及沉降量；(3)假設(shè)回填土使用混合輕量土，根據(jù)步驟2得到的天然地基的沉降量以及其他已知參數(shù)推算出此沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量，記做模量E2；(4)比較模量E1與模量E2，若E1大于E2，表明此處不適用輕量土作為回填料，不能達(dá)到工程性價(jià)比高的目的；反之則適用，此時(shí)需要進(jìn)一步設(shè)計(jì)即可達(dá)到工程性價(jià)比高。
具體的，步驟(2)中根據(jù)天然地基的厚度確定沉降量是按如下公式進(jìn)行 式中s為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》；αi，αi-1為平均附加應(yīng)力系數(shù)，可查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》；S為天然地基的沉降量；p0為天然地基自重引起的荷載；
E1為天然地基的壓縮模量；Zi，Zi-1為分層法中第i層土的底面及頂面深度；N為分層法中分層的層數(shù)，可根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》確定。
步驟(3)中確定沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量E2可有兩種途徑，一種是按如下公式進(jìn)行 式中s為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》，同式①；αi，αi-1為平均附加應(yīng)力系數(shù)，可查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》，同式①；S為天然地基的沉降量，同式①；p1為天然地基自重及回填土自重引起的荷載；Eb為回填土的壓縮模量；Zi，Zi-1為分層法中第i層土的底面及頂面深度；n為分層法中輕量土與天然地基分層的總層數(shù)；m為輕量土分層的層數(shù)。
另一種按有限元模型法進(jìn)行(1)建立有限元模型的幾何尺寸，即填土的厚度、天然地基的厚度、長度。
(2)選定填土及天然地基的本構(gòu)關(guān)系模型，可采用線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，選用天然地基對應(yīng)的模量及重度。
(3)選定有限元的單元類型，可采用四結(jié)點(diǎn)或者八結(jié)點(diǎn)單元。
(4)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，有限元網(wǎng)格的單元尺寸為長度的1/50。
(5)施加有限元荷載，荷載類型為重力荷載。
(6)進(jìn)行有限元模型計(jì)算，得到路基填土及下臥層天然地基的沉降量之和。
(7)若有限元計(jì)算的沉降量大于沒有開挖的天然地基的沉降量，則增大天然地基對應(yīng)的模量，增大的幅度為原始模量的10％。若有限元計(jì)算的沉降量小于沒有開挖的天然地基的沉降量，則減少天然地基對應(yīng)的模量，減少的幅度為原始模量的10％。直至路基填土及下臥層天然地基的沉降量與天然地基的沉降量相等。此時(shí)記下對應(yīng)的模量E2。
由于采用不同組成的輕量土，輕量土本身參數(shù)并不相同。確定過程中可取混合輕量土的密度相對高值為1.2×103kg/m3，模量取相對低值，10KN/m3。
進(jìn)一步，發(fā)明中所述的混合輕量土優(yōu)選按如下重量配比組成砂占69.46％，水泥是采用32.5#的普通硅酸鹽水泥，占12.80％；聚苯乙烯(顆粒)為粒徑為1～4mm球粒，占2.04％；水占15.70％。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明方法原理明確，可操作性強(qiáng)，成本低廉，使用效果好、便于針對不同工程中的混合輕量土適用性的確定。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此實(shí)施例1一高速公路為了減輕填土自重?cái)M采用混合輕量土作為回填料，填土高度為5m。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的巖土工程地質(zhì)勘察得到填土下臥層的厚度(即天然地基厚度)為15m，重度為17.8kN/m3，模量E1為5.0MPa，根據(jù)式①計(jì)算得到天然地基的沉降量為66.82cm，其中，P0按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》取其自重為267kPa，E1根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)來確定天然地基的壓縮模量為5.0MPa。具體計(jì)算見表1表1 天然地基沉降量的計(jì)算 取混合輕量土的密度相對高值為1.2×103kg/m3，模量取相對低值10KN/m3，根據(jù)《工路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2003及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》得到P1為318kPa，Eb為10MPa，具體E2的計(jì)算見表2表2 E2的計(jì)算
由表中的數(shù)值得到E2=218656.8066.82-17.92=4473kPa=4.473MPa]]>由于模量E2小于模量E1，故此工程情況下的天然地基不適合采用輕量土做為回填料。
實(shí)施例2一高速公路為了減輕填土自重?cái)M采用混合輕量土作為回填料，填土高度為2m。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的巖土工程地質(zhì)勘察得到填土下臥層的厚度為15m，重度為17.6kN/m3，模量E1為3.1MPa。天然地基的厚度為15m，根據(jù)式①計(jì)算得到沉降量為115.41cm，其中，P0按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》取其自重為264kPa，E1根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)來確定天然地基的模量為3.1MPa，具體計(jì)算見表3
表3 天然地基沉降量的計(jì)算
取混合輕量土的密度相對高值為1.2×103kg/m3，模量取相對低值10KN/m3，根據(jù)《工路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2003及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》得到P1為332.8kPa，Eb為10MPa，具體E2的計(jì)算見表4表4 E2的計(jì)算
由表中的數(shù)值得到E2=337027.84115.41-7.93=3135kPa=3.135MPa]]>由于模量E2大于模量E1，故此工程情況下的天然地基適合采用輕量土做為回填料。
實(shí)施例3中江高速公路為了減輕填土自重?cái)M采用輕量土作為回填料，填土高度為3.5m。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的巖土工程地質(zhì)勘察得到填土下臥層的厚度為28m，重度為17.9kN/m3，模量E1為2.7MPa。天然地基的厚度為28m，根據(jù)式①計(jì)算得到沉降量為262.90cm，其中，P0按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》取其自重為501kPa，E1根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)來確定天然地基的模量為2.7MPa。具體計(jì)算見表5表5 天然地基沉降量的計(jì)算 根據(jù)《工路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2003及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》得到P1為560.55kPa，Eb為10MPa，具體E2的計(jì)算見表6表6 E2的計(jì)算
由表中的數(shù)值得到E2=902414.81262.90-29.69=3014kPa=3.014MPa]]>由于模量E2大于模量E1，故此工程情況下的天然地基適合采用輕量土做為回填料。實(shí)際工程采用的是輕量土，公路已通車5年，路面沉降很小，在工程安全范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，其特征在于按照如下步驟確定(1)根據(jù)工程設(shè)計(jì)情況確定回填土厚度；(2)按《巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001》的標(biāo)準(zhǔn)來確定回填土下臥層土體的厚度及相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)，所述的物理力學(xué)參數(shù)為模量、重度，記做模量E1、重度1；確定天然地基的厚度以及沉降量；(3)假設(shè)回填土使用混合輕量土，根據(jù)步驟2得到的天然地基的沉降量以及其他已知參數(shù)推算出此沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量，記做模量E2；(4)比較模量E1與模量E2，若E1大于E2，表明此處不適用輕量土作為回填料，反之則適用。
2.如權(quán)利要求1所述橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，其特征在于步驟(2)中根據(jù)天然地基的厚度確定沉降量是按如下公式進(jìn)行 式中s為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；αi，αi-1為平均附加應(yīng)力系數(shù)；S為天然地基的沉降量；p0為天然地基自重引起的荷載；E1為天然地基的壓縮模量；Zi，Zi-1為分層法中第i層土的底面及頂面深度；N為分層法中分層的層數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，其特征在于步驟(3)中確定沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量E2按如下公式進(jìn)行 式中s為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；αi，αi-1為平均附加應(yīng)力系數(shù)；S為天然地基的沉降量；p1為天然地基自重及回填土自重引起的荷載；Eb為回填土的壓縮模量；Zi，Zi-1為分層法中第i層土的底面及頂面深度；n為分層法中輕量土與天然地基分層的總層數(shù)；m為回填土分層的層數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，其特征在于步驟(3)中確定沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量E2按如下方法進(jìn)行1)建立有限元模型的幾何尺寸，即填土的厚度、天然地基的厚度、長度；2)選定填土及天然地基的本構(gòu)關(guān)系模型，可采用線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，選用天然地基對應(yīng)的模量及重度；3)選定有限元的單元類型，可采用四結(jié)點(diǎn)或者八結(jié)點(diǎn)單元；4)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，有限元網(wǎng)格的單元尺寸為長度的1/50；5)施加有限元荷載，荷載類型為重力荷載；6)進(jìn)行有限元模型計(jì)算，得到路基填土及下臥層天然地基的沉降量之和；7)若有限元計(jì)算的沉降量大于沒有開挖的天然地基的沉降量，則增大天然地基對應(yīng)的模量，增大的幅度為原始模量的10％。若有限元計(jì)算的沉降量小于沒有開挖的天然地基的沉降量，則減少天然地基對應(yīng)的模量，減少的幅度為原始模量的10％。直至路基填土及下臥層天然地基的沉降量與天然地基的沉降量相等，此時(shí)記下對應(yīng)的模量E2。
5.如權(quán)利要求1所述的橋臺背混合輕量土適用性的確定方法，其特征在于所述的混合輕量土重量配比組成如下砂占69.46％，水泥為32.5#的普通硅酸鹽水泥，占12.80％；聚苯乙烯(顆粒)為粒徑為1～4mm球粒，占2.04％；水占15.70％。
全文摘要
本發(fā)明涉及橋臺背填土工程中采用混合輕量土作為回填料的適用性確定。按照如下步驟確定(1)確定回填土厚度；(2)確定回填土下臥層土體的厚度及相應(yīng)的物理力學(xué)參數(shù)模量、重度，記做模量E1、重度1；確定天然地基的厚度以及沉降量；(3)假設(shè)回填土使用混合輕量土，根據(jù)步驟2得到的天然地基的沉降量以及其他已知參數(shù)推算出此沉降量對應(yīng)的下臥層土體的模量，記做模量E2；(4)比較模量E1與模量E2，若E1大于E2，表明此處不適用輕量土作為回填料，反之則適用。本方法原理明確，可操作性強(qiáng)，成本低廉，使用效果好、便于針對不同工程中的混合輕量土適用性的確定。
文檔編號E01D19/02GK101033612SQ20071006790
公開日2007年9月12日 申請日期2007年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月31日
發(fā)明者杜時(shí)貴, 羅戰(zhàn)友 申請人:浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院