CN102251532B - 底面为曲面基础优化施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种建筑工程技术领域的底面为曲面基础优化施工方法，通过地质资料以及试验资料，确定工作区的土体参数，通过确定安全系数公式，求出底面为曲面基础地基极限承载力，并作出曲面基础稳定性的判断，通过调整曲面基础底部宽度，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层，在垫层上进行钢筋绑扎，根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装，采用气泵将模板上的杂物清理干净，最后浇筑混凝土。本发明具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了底面为曲面基础的稳定性，具有较强的实用性。

Description

底面为曲面基础优化施工方法
技术领域
本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种底面为曲面基础优化施工方法。
背景技术
地基是因为建筑物的载荷作用而产生的应力和变形的岩体和土体，而把建筑物的载荷传递给地基的地下土体部分就是基础。建筑物的基础是地下隐蔽工程，工程竣工验收时已经埋在地下，无法检验。地基基础事故的预兆不易察觉，一旦失事，难以补救。在地下工程中，很多基础的表面为曲面，如顶管工程中的圆形工作井等。目前迫切需要一种针对曲面基础用以控制周围土体稳定的工法。
经对现有国内外技术文献的检索，郑大同编写的《地基极限承载力的计算》(1979)，介绍了太沙基公式、梅耶霍夫公式确定地基承载力的方法。都是应用极限分析理论，假设机构满足速度边界条件及应变与速度相容条件的变形模式，根据外功率等于所消耗的内功率而得到的荷载，不会小于实际破坏的荷载，从而求出底面为平面基础的地基极限承载力。
目前还没发现用极限分析理论研究底面为曲面基础地基极限承载力的文献，本发明利用极限分析理论，得出了底面为曲面基础的地基极限承载力确定方法，从而确定曲面基础稳定性、宽度的大小，在此基础上，进一步提出了优化曲面基础施工方法。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种底面为曲面基础优化施工方法，具有确定精度高和分析效率高等优点，大大提高的了底面为曲面基础的稳定性，具有较强的实用性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过地质资料以及试验资料，确定工作区的土体参数，通过确定安全系数公式，求出底面为曲面基础地基极限承载力，并作出曲面基础稳定性的判断，通过调整曲面基础底部宽度，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层，在垫层上进行钢筋绑扎，根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装，采用气泵将模板上的杂物清理干净，最后浇筑混凝土。
本发明具体包括以下步骤：
第一步，充分收集工作区已有地质资料，掌握场地土体参数，包括：确定土质的粘聚力c、内摩擦角
Figure BDA0000056355940000011
容重γ，根据施工方案，确定地基表面荷载q，曲面基础上实际作用压力p，并初步假设曲面基础的宽度b；
第二步，把第一步得到的土体参数代入到确定安全系数公式，确定地基的极限承载力：根据地基极限承载力大小，通过与曲面基础上实际作用压力p的比较，判断曲面基础的稳定性，当地基极限承载力小于实际作用在曲面基础上的压力p，说明曲面基础不稳定，增加曲面基础宽度b，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力；
第三步，进行曲面基础施工：根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层，根据配合比制作混凝土，控制水量，搅拌均匀，并进行振捣和养护；
第四步，按施工现场平面图规定的位置，在垫层上进行钢筋绑扎：标明的钢筋间距，算出底板实际需用的钢筋根数，在底板上弹出钢筋位置线，并进行绑底板、梁钢筋、绑墙钢筋；
第五步，根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装：由下至上逐层向上安装模板，先安装底层模板，用斜撑和水平撑钉稳撑牢，最后检查斜撑及拉杆是否稳固；
第六步，搅拌混凝土，并进行浇筑：采用气泵将模板上的杂物清理干净，浇筑前应对模板浇水湿润，搅拌混凝土，浆泵管接到作业面上，浇筑混凝土。
所述的土体参数通过以下方式确定：通过充分收集工作区地质资料，分析资料的可利用程度，重点对钻孔资料进行分类整理和分析研究，重视对钻孔资料的分层和岩性描述研究。通过取样试验或原位试验，测定出土的内摩擦角
Figure BDA0000056355940000021
和粘聚力c，通过环刀法等测定土容重试验，测定出土的容重γ。根据施工设计方案，确定出曲面基础上实际作用压力p，根据施工场地工况，确定出地基表面荷载q，初步假设曲面基础的宽度b。
所述的确定安全系数公式为其中：pU为地基极限承载力(kPa)；c为土体粘聚力(kPa)；φ为土体内摩擦角；q为表面荷载(kN/m2)；γ为土体容重(kN/m3)；b为曲面基础底面的宽度(m)；承载力系数NC、Nq、Nγ通过以下方式得到：
Figure BDA0000056355940000023
Figure BDA0000056355940000024
Figure BDA0000056355940000025
Figure BDA0000056355940000027
Figure BDA0000056355940000031
Figure BDA0000056355940000032
Figure BDA0000056355940000033
Figure BDA0000056355940000034
Figure BDA0000056355940000035
Figure BDA0000056355940000036
当地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，说明地基处于稳定状态，不会发生失稳现象，当地基极限承载力小于实际作用在曲面基础上的压力，说明曲面基础处于不稳定状态，会发生失稳现象，增加曲面基础底部宽度，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，从而确定曲面基础底部的宽度。
所述的铺设混凝土垫层是指：根据配合比制作混凝土，控制水量，搅拌均匀，搅拌时间大于等于90秒，垫层厚度大于等于60mm，对于已浇筑完的混土垫层，应在12小时覆盖和浇水，一般养护不得少于7天。
所述的在垫层上进行钢筋绑扎是指：标明的钢筋间距，算出底板实际需用的钢筋根数，一般让靠近底板模板边的那根钢筋离模板边为5cm，在底板上弹出钢筋位置线。按弹出的钢筋位置线，先铺底板下层钢筋。钢筋绑扎时，靠近外围两行的相交点每点都绑扎，中间部分的相交点可相隔交错绑扎，双向受力的钢筋必须将钢筋交叉点全部绑扎。
所述的对模板进行安装是指：根据图纸尺寸制作曲面模板，支模顺序由下至上逐层向上安装，先安装底层模板，用斜撑和水平撑钉稳撑牢，最后检查斜撑及拉杆是否稳固。
所述的浇筑混凝土是指：搅拌混凝土，并进行浇筑。浇筑前应对模板浇水湿润，混凝土的自由倾落高度不得超过2m，移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍。
附图说明
图1为本发明滑动机构示意图。
图2为本发明当
Figure BDA0000056355940000037
c＝20kPa，q＝5kPa，γ＝17.06kN/m3时，地基承载力pU随曲面基础宽度b变化关系曲线。
图3为本发明地基承载力系数NC随内摩擦角变化曲线。
图4为本发明地基承载力系数Nq随内摩擦角变化曲线。
图5为本发明地基承载力系数Nγ随内摩擦角变化曲线。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
某工程地基表面作用有均布荷载q＝5kPa，实际作用在曲面基础上的压力为p＝255kPa。为检验曲面基础的稳定性以及确定曲面基础的宽度，优化曲面基础施工方法，，采用如图1所示的滑动模型。具体方法及步骤如下：
1)通过取样试验或原位试验，测定出土的内摩擦角
Figure BDA0000056355940000041
粘聚力c＝9.8kPa，土的容重γ＝17.06kN/m3。通过施工设计方案，确定出曲面基础上实际作用压力p＝255kPa，根据施工场地工况，确定出地基表面荷载q＝5kPa，初步假设曲面基础宽度b＝0.71m。
2)把各参数代入到底面为曲面基础地基极限承载力公式(1)，确定地基极限承载力系数为250.729kPa。通过与实际作用压力p比较，由于地基极限承载力小于实际作用在曲面基础上的压力，说明曲面基础将发生失稳现象，增加曲面基础底面宽度b＝0.8m，重复第二步，确定地基极限承载力系数为257.449kPa，由于地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，说明地基处于稳定状态，不会发生失稳现象，所以，曲面基础底面宽度为0.8m。
3)进行曲面基础施工，根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层。
4)按施工现场平面图规定的位置，进行钢筋绑扎。
5)根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装。
6)搅拌混凝土，并进行浇筑。
为便于进行结果的对比和分析，分别制作图2、图3、图4、图5。图2为地基承载力pU随曲面基础宽度b变化关系曲线，由图可以看出，pU随着曲面基础宽度的变化呈递增关系。
如图3、4、5所示，为曲面基础与平面基础的NC、Nq、Nγ对比图，上面曲线是埋深为b/2底面为平面基础的地基承载力系数曲线，中间曲线为底面为曲面基础的地基承载力系数曲线，下面是底面为平面基础的地基承载力系数曲线。
由实施例可以看出，通过优化了曲面基础施工，大大提高的了底面为曲面基础的稳定性，具有较强的实用性。本发明方法工程应用方便，结果可靠，应用前景广泛。

Claims (7)

1.一种曲面基础优化施工方法，其特征在于，通过地质资料以及试验资料，确定工作区的土体参数，通过确定安全系数公式，求出底面为曲面基础地基极限承载力，并作出曲面基础稳定性的判断，通过调整曲面基础底部宽度，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层，在垫层上进行钢筋绑扎，根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装，采用气泵将模板上的杂物清理干净，最后浇筑混凝土；
所述的确定安全系数公式为
Figure FDA00001681958100011
其中：pU为地基极限承载力(kPa)；
c为土体粘聚力(kPa)；φ为土体内摩擦角；q为表面荷载(kN/m2)；γ为土体容重(kN/m3)；b为曲面基础底面的宽度(m)；承载力系数NC、Nq、Nγ通过以下方式得到：
Figure FDA00001681958100012
Figure FDA00001681958100013
Figure FDA00001681958100014
Figure FDA00001681958100015
Figure FDA00001681958100016
Figure FDA00001681958100018
Figure FDA00001681958100019
Figure FDA000016819581000110
Figure FDA00001681958100021
当地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，说明地基处于稳定状态，不会发生失稳现象，当地基极限承载力小于实际作用在曲面基础上的压力，说明曲面基础处于不稳定状态，会发生失稳现象，增加曲面基础底部宽度，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力，从而确定曲面基础底部的宽度。
2.根据权利要求1所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述优化施工方法包括以下步骤：
第一步，充分收集工作区已有地质资料，掌握场地土体参数，包括：确定土质的粘聚力c、内摩擦角
Figure FDA00001681958100023
容重γ，根据施工方案，确定地基表面荷载q，曲面基础上实际作用压力p，并初步假设曲面基础的宽度b；
第二步，把第一步得到的土体参数代入到确定安全系数公式，确定地基的极限承载力：根据地基极限承载力大小，通过与曲面基础上实际作用压力p的比较，判断曲面基础的稳定性，当地基极限承载力小于实际作用在曲面基础上的压力p，说明曲面基础不稳定，增加曲面基础宽度b，直至地基极限承载力大于实际作用在曲面基础上的压力；
第三步，进行曲面基础施工：根据曲面基础形状尺寸测量放样，开挖后铺设混凝土垫层，根据配合比制作混凝土，控制水量，搅拌均匀，并进行振捣和养护；
第四步，按施工现场平面图规定的位置，在垫层上进行钢筋绑扎：标明的钢筋间距，算出底板实际需用的钢筋根数，在底板上弹出钢筋位置线，并进行绑底板、梁钢筋、绑墙钢筋；
第五步，根据图纸尺寸制作模板，对模板进行安装：由下至上逐层向上安装模板，先安装底层模板，用斜撑和水平撑钉稳撑牢，最后检查斜撑及拉杆是否稳固；
第六步，搅拌混凝土，并进行浇筑：采用气泵将模板上的杂物清理干净，浇筑前应对模板浇水湿润，搅拌混凝土，浆泵管接到作业面上，浇筑混凝土。
3.根据权利要求1或2所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述的土体参数通过以下方式确定：通过充分收集工作区地质资料，分析资料的可利用程度，重点对钻孔资料进行分类整理和分析研究，重视对钻孔资料的分层和岩性描述研究，通过取样试验或原位试验，测定出土的内摩擦角
Figure FDA00001681958100024
和粘聚力c，通过环刀法测定土容重试验，测定出土的容重γ，根据施工设计方案，确定出曲面基础上实际作用压力p，根据施工场地工况，确定出地基表面荷载q，初步假设曲面基础的宽度b。
4.根据权利要求1或2所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述的铺设混凝土垫层是指：根据配合比制作混凝土，控制水量，搅拌均匀，搅拌时间大于等于90秒，垫层厚度大于等于60mm，对于已浇筑完的混土垫层，应在12小时覆盖和浇水，一般养护不得少于7天。
5.根据权利要求1或2所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述的在垫层上进行钢筋绑扎是指：标明的钢筋间距，算出底板实际需用的钢筋根数，一般让靠近底板模板边的那根钢筋离模板边为5cm，在底板上弹出钢筋位置线，按弹出的钢筋位置线，先铺底板下层钢筋，钢筋绑扎时，靠近外围两行的相交点每点都绑扎，中间部分的相交点相隔交错绑扎，双向受力的钢筋必须将钢筋交叉点全部绑扎。
6.根据权利要求1或2所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述的对模板进行安装是指：根据图纸尺寸制作曲面模板，支模顺序由下至上逐层向上安装，先安装底层模板，用斜撑和水平撑钉稳撑牢，最后检查斜撑及拉杆是否稳固。
7.根据权利要求1或2所述的曲面基础优化施工方法，其特征是，所述的浇筑混凝土是指：搅拌混凝土，并进行浇筑，浇筑前应对模板浇水湿润，混凝土的自由倾落高度不得超过2m，移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍。
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