黄土填方地基不均匀沉降及降雨入渗对桩筏基础的影响研究

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在黄土填方场地中,由于原状土体与填筑土体所受应力历史的差异性,常导致不均匀沉降发生,致使上部建筑结构及基础因地基差异沉降而引起变形破坏。为了分析黄土填方地基不均匀沉降和降雨入渗引起地基增湿变形对挖填交界部位桩筏基础的变形影响特征,以明确填方场地建筑结构及基础设计要点及监测重点,做好基础沉降变形风险识别和预警,减小填方场地不均匀沉降对桩筏基础的危害,真正做到沉降可防可控可治。因此本文以延安康家沟黄土填方场地试验区为研究对象并结合场地内某一建筑工程实例,采用数值分析方法模拟该场地的填方工程建设,分析填方场地在自重作用下的沉降变形,并将研究结果用于考虑在填方区不均匀沉降和降雨入渗作用下,黄土填方场地桩筏基础及地基的受力变形特征分析,评价桩筏基础在应对不均匀沉降时的调控能力和水流入渗对地基土体增湿变形的影响特征,提出黄土填方场地桩筏基础风险薄弱部位沉降变形监测方案、基础安全设计方案、建筑结构设计注意事项及增湿变形预防措施。根据对以上内容研究分析,主要成果如下:(1)土体位移及应力变化特征。黄土填方场地竖向位移随着填筑高度的增高而逐渐增大,呈中间大,两侧小的“U”形分布特征。当填方区不均匀沉降发生后,桩筏基础地基土体的竖向位移随着填方区沉降的增大而增大,最大竖向位移从地基中心部位向填方沉降区一侧偏移,而土体应力分布由于填方区土体沉降对挖方交界处产生水平挤压作用而呈现远离填方侧大而靠近填方侧小的特征;(2)桩筏基础位移、应力及内力变化特征。随着填方区沉降量的增大,桩筏基础竖向及水平位移在靠近填方侧部位均显著增大,填方侧中间桩体将承担更大的竖向及水平荷载,桩身上部0~5m范围内弯矩变化很大,桩身下部弯矩变化较小,并逐渐趋于0;筏板应力分布呈现角点>边缘>中间的特征,并当沉降达到200mm时已非常接近基础倾斜容许值,故填方区沉降应控制在200mm以内;(3)降雨对地基及基础的影响特征。随着降雨强度的增大,原状土和填筑土的饱和度、孔隙水压力和入渗速度都逐渐增大,但随着入渗深度的增加都逐渐减小,增幅最终趋于0;当降雨强度小于或接近40mm/d时,水流入渗方向竖直向下,大于40mm/d时,水流向基础方向流动;雨水入渗过程只发生在浅表层土体,原状土的入渗深度一般为2m,最大不超过4m;填筑土的入渗深度一般为1.5m,最大不超过2.2m;强降雨作用下对于桩筏基础的受力变形特征影响很小,同时地基土体在稳定且没有优势流的情况下,仅由雨水入渗引起的浸水增湿变形问题在桩筏基础建筑工程中可以不予考虑;(4)安全监测体系建立及桩筏基础设计。位于黄土填方区域内的桩筏基础及土体应建立安全监测体系,监测基础和土体的受力变形及差异沉降,做好沉降变形风险识别和风险管控;在填方沉降区一侧基础风险薄弱部位可进行不等桩长、桩距、桩径设计,桩筏受拉端及薄弱部位配筋加强加密设计,桩端扩底设计,桩身负摩阻力消除设计及双向偏心受压设计等,以减小地基不均匀沉降带来的影响。
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