地基弹性抗力系数的计算方法探讨(mc)

一、依据中国规范计算土的水平反力系数,主要基于建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-2012)中的m法。

当采用m法时,水平反力系数kh由下式计算得到:

其中:  m  -土的水平反力系数的比例系数 [kN/m4]

z   -计算点距地面的深度 [m]

h   -当前工况阶段下的基坑开挖深度 [m]

由上式可以看出,水平反力系数kh随深度线性增加。

土的水平反力系数的比例系数m宜按桩的水平载荷试验及地区经验取值,缺少试验和经验时,建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-2012)建议可按下列公式计算:

其中:   c  - 土的黏聚力 [kPa]

φ  -  土的内摩擦角 [°]

vb  - 挡土构件在坑底处的水平位移量 [mm],当此处的水平位移不大于10mm时,可取 vb = 10mm

二、另外两种基于中国规范的方法:c法和K法,虽然建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-2012)中没有给出,但是在中国的工程实践中也很常用。

另外两种计算水平反力系数kh的方法如下式:

当指数 n = 0.5时,即为c法,a = c (kN/m3)。

当指数 n = 0时,即为K法,a = K (kN/m3)。

显然,n = 1时,即为m法。

表B.0.1  较完整岩层的单轴极限抗压强度和地基系数K(K法)的对应值《铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2006(2009局部修订版)》

单轴极限抗压强度(kPa)

竖直方向地基系数K0(MN/m3)

水平方向地基系数K(MN/m3)

10 000

100 ~ 200

60 ~ 160

15 000

250

150 ~ 200

20 000

300

180 ~ 240

30 000

400

240 ~ 320

40 000

600

360 ~480

50 000

800

480 ~ 640

60 000

1200

720 ~ 960

80 000

1500 ~ 2500

900 ~ 2000

注:

1. K = (0.6 ~ 0.8)K0

2. 同《滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ 0219-2006)》表C.3。

3.《铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2019》附录L的规定类似,如下表。

表B.0.2 抗滑桩地基系数K(K法)及地层物理力学指标(铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2006(2009局部修订版))

地层种类

内摩擦角

地基系数K(MN/m3)

弹性模量E0(kPa)

泊松比ν

细粒花岗岩、正长岩

辉绿岩、玢岩

80°以上

2000 ~ 2500

2500

5430 ~ 6900

6700 ~ 7870

0.25 ~ 0.30

0.28

中粒花岗岩

粗粒正长岩、坚硬白云岩

80°以上

1800 ~ 2000

5430 ~ 6500

6560 ~ 7000

0.25

坚硬石灰岩

坚硬砂岩、大理岩

粗粒花岗岩、花岗片麻岩

80°

1200 ~ 2000

4400 ~ 10 000

4600 ~ 5430

5430 ~ 6000

0.25 ~ 0.30

较坚硬石灰岩

较坚硬砂岩不坚硬花岗岩

75°~ 80°

800 ~ 1200

4400 ~ 9000

4460 ~ 5000

5430 ~ 6000

0.25 ~ 0.30

坚硬页岩

普通石灰岩

普通砂岩

70°~ 75°

400 ~ 800

2000 ~ 5500

4400 ~ 8000

4600 ~ 5000

0.15 ~ 0.30

0.25 ~ 0.30

0.25 ~ 0.30

坚硬泥灰岩

较坚硬页岩

不坚硬石灰岩

不坚硬砂岩

70°

300 ~ 400

800 ~ 1200

1980 ~ 3600

4400 ~ 6000

1000 ~ 2780

0.29 ~ 0.38

0.25 ~ 0.30

0.25 ~ 0.30

0.25 ~ 0.30

较坚硬泥灰岩

普通页岩

软石灰岩

65°

200 ~ 300

700 ~ 900

1900 ~ 3000

4400 ~ 5000

0.29 ~ 0.38

0.15 ~ 0.20

0.25

不坚硬泥灰岩

硬化黏土

软片岩

硬煤

45°

60 ~ 120

30 ~ 500

10 ~ 300

500 ~ 700

50 ~ 300

0.29 ~ 0.38

0.30 ~ 0.37

0.15 ~ 0.18

0.30 ~ 0.40

密实黏土

普通煤

胶结卵石

掺石土

30° ~ 45°

30 ~ 60

10 ~ 300

50 ~ 300

50 ~ 100

50 ~ 100

0.30 ~ 0.37

0.30 ~ 0.40

注:此表同《建筑边坡工程技术规范(GB 50330-2012)》条文说明13.2.5表1;同《公路路基设计规范(JTG D30-2015)》条文说明5.7.5表5-5;同《滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ 0219-2006)》表C.1。

《铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2019》附录L的规定类似,如下表。

表B.0.3 抗滑桩随深度增加的土质地基系数m(m法)(铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2006(2009局部修订版))

土的名称

竖直方向地基系数m0(MN/m4)

水平方向地基系数m(MN/m4)

0.75L<1.0的软塑黏土及粉土;淤泥

1 ~ 2

0.5 ~ 1.4

0.5L<0.75的软塑粉质黏土及黏土

2 ~ 4

1 ~ 2.8

硬塑粉质黏土及黏土;细砂和中砂

4 ~ 6

2 ~ 4.2

坚硬的粉质黏土及黏土;粗砂

6 ~ 10

3 ~ 7

砾砂;碎石土、卵石土

10 ~ 20

5 ~ 14

密实的大漂石

80 ~ 120

40 ~ 84

注:

1. IL为土的液性指数,其土质地基系数m0和m的值,相应于桩顶位移0.6 ~ 1.0cm。

2. 此表同《公路路基设计规范(JTG D30-2015)》条文说明5.7.5表5-4;同《滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ 0219-2006)》表C.2。

3.《铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2019》附录L的规定有所不同,按水平位移6~10mm和<=6mm区分,详见规范表L.0.2。

表 5.7.5 地基水平抗力系数的比例系数m值(建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008)

地基土类别

预制桩、刚桩m

(MN/m4)

相应单桩在地面处水平位移(mm)

灌注桩m

(MN/m4)

相应单桩

在地面处

水平位移

(mm)

淤泥;淤泥质土;饱和湿陷性黄土

2 ~ 4.5

10

2.5 ~ 6

6 ~ 12

流塑(IL>1)、软塑(0.75L≤1)状黏性土;e>0.9粉土;松散粉细砂;松散、稍密填土

4.5 ~ 6.0

10

6 ~ 14

4 ~ 8

可塑(0.25L≤0.75)状黏性土、湿陷性黄土;e=0.75~0.9粉土;中密填土;稍密细砂

6.0 ~ 10

10

14 ~ 35

3 ~ 6

硬塑(0L≤0.25)、坚硬(IL≤0)状黏性土、湿陷性黄土;e<0.75粉土;中密的中粗砂;密实老填土

10 ~ 22

10

35~100

2 ~ 5

中密、密实的砂砾、碎石类土

100~300

1.5 ~ 3

注:

1. 当桩顶水平位移大于表列数值或灌注桩配筋率较高(≧0.65%)时,m值应适当降低;当预制桩的水平向位移小于10mm时,m值可适当提高;

2. 当水平荷载为长期或经常出现的荷载时,应将列表数值乘以0.4降低采用;

3. 当地基为可液化土层时,应将表列数值乘以下表5.3.12中相应的系数ψl。

表 5.3.12 土层液化影响折减系数ψl《建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008》

λN = N/Ncr

自地面算起的液化土层深度dL(m)

ψl

λN≤0.6

dL≤10

10< dL≤20

1/3

0.6< λN≤0.8

dL≤10

10< dL≤20

1/3

2/3

0.8< λN≤1.0

dL≤10

10< dL≤20

2/3

1.0

注:

1. N为饱和土标贯击数实测值;Ncr为液化判别标贯击数临界值。

2. 对于挤土桩当桩距不大于4d,且桩的排数不少于5排、总桩数不少于25根时,土层液化影响折减系数可按表列值提高一档取值;桩间土标贯击数达到Ncr时,取ψl = 1。

参考文献:

建筑基坑支护技术规程 JGJ 120-2012

建筑桩基技术规范 JGJ 94-2008

铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2006(2009局部修订版)

铁路路基支挡结构设计规范 TB 10025-2019

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