專利名稱：基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種飽和軟弱土地基工程。
背景技術(shù)：
飽和軟弱土地基，當(dāng)前設(shè)計(jì)中往往采用例如排水固結(jié)加固法提升承 載力、或采用深樁基礎(chǔ)處理方案通過樁周土的摩擦力和樁端土的承載 力來實(shí)現(xiàn)地基承載的目的。固結(jié)排水法存在諸如施工周期長、工后沉 降時(shí)間長、沉降量大等諸多問題。樁基礎(chǔ)處理方案在極軟土上的施工 成本高，并存在地震液化引起的承載力降低等問題。
現(xiàn)有軟土地基工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法主要是采用建筑規(guī)范中基于地基 承載力的設(shè)計(jì)方法，該方法采用深度和寬度修正來確定地基的特征承 載力。在無附加應(yīng)力設(shè)計(jì)方面沒有簡單有效的設(shè)計(jì)理論和方法。
存在的缺陷1、設(shè)計(jì)方法復(fù)雜；2、缺乏對(duì)地基附加應(yīng)力的關(guān)注， 容易產(chǎn)生基礎(chǔ)持續(xù)沉降問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服己有的建筑基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法復(fù)雜、容易產(chǎn)生持續(xù)沉降問 題的不足，本發(fā)明提供一種簡化設(shè)計(jì)方法，完全浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)可 有效避免產(chǎn)生基礎(chǔ)持續(xù)沉降問題的基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；部分采用 浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)亦可以有效減少這種由附加應(yīng)力產(chǎn)生的固結(jié)沉降。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)的自重G，所述基礎(chǔ)的上
部載荷P，所述基礎(chǔ)所占位的各個(gè)土層的體積分別為V,、V2、V3.…Vn，各個(gè)土層的天然容重為^、 Y2、 其中n為自然數(shù)；
依照浮力法設(shè)計(jì)的原則，由浮力產(chǎn)生的承載力F的計(jì)算公式為
(1) :
F二力xV! +Y2xV2+y3xV3 +. +ynxVn ( 1 )
部分或全部上部載荷及基礎(chǔ)本身的自重由通過(1)式計(jì)算獲得的 浮力F承擔(dān)。
作為優(yōu)選的一種方案完全采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)需要滿足下式
(2) 的要求
P+G=F (2)。 或者是部分采用基礎(chǔ)底部摩擦承載力和側(cè)向摩擦承載力，部分 采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可依照公式(3)的條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì) P+G《F+kJ底+k2f側(cè) (3) 并滿足F《P+G
其中F為由浮力產(chǎn)生的承載力由(1)式計(jì)算； f底為地基承載力特征值和基礎(chǔ)底面積的乘積； f側(cè)為地基側(cè)摩擦力特征值和基礎(chǔ)側(cè)面面積的乘積； h、 k2為考慮安全需要的小于1的系數(shù)。 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為根據(jù)飽和軟弱土地基含水量高，承載力低，
靈敏度高，易液化等特點(diǎn)，當(dāng)前設(shè)計(jì)中往往采用例如排水固結(jié)加固法 提升承載力、或采用深樁基礎(chǔ)處理方案通過樁周土的摩擦力和樁端土 的承載力來實(shí)現(xiàn)地基承載的目的。固結(jié)排水法存在諸如施工周期長、 工后沉降時(shí)間長、沉降量大等諸多問題。樁基礎(chǔ)處理方案在極軟土上 的施工成本高，并存在地震液化引起的承載力降低等問題。浮力法設(shè)計(jì)引入液體中物體浮力學(xué)概念，認(rèn)為當(dāng)?shù)鼗林邢鄳?yīng)的 土體被置換成其他材料后，地基土將對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生相當(dāng)于被置換土體總 重量的浮力，當(dāng)置換體(基礎(chǔ))的總重量小于被置換土體的總重量時(shí), 將產(chǎn)生大小相當(dāng)于這兩者重量之差的有效浮力?；诟×ΨㄔO(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)即為基于上述理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 完全使用浮力法的基礎(chǔ)情形
由浮力來承擔(dān)基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)的重量，需滿足(2)式要求
P+G二F (2) 其中，P為基礎(chǔ)的上部載荷； G為基礎(chǔ)的自重； F為通過(1)式計(jì)算的浮力。 單純采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)由于上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的總重量等于浮 力，此時(shí)地基土中由結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力為0?？梢赃_(dá)到基本無沉降 的設(shè)計(jì)。
根據(jù)上式要獲得較大的有效承載力則必須降低占位體(基礎(chǔ))的 重量，其重量體積比應(yīng)小于被占位土體的體積加權(quán)平均容重。 部分使用浮力法的基礎(chǔ)情形
當(dāng)考慮基礎(chǔ)底部和側(cè)向摩擦承載力時(shí)可以由滿足式(3)的條件進(jìn) 行設(shè)計(jì)
P+G^F+kJ底+k2f側(cè) (3) 并滿足F5P+G
其中F為由浮力產(chǎn)生的承載力由(1)式計(jì)算； fis為地基承載力特征值和基礎(chǔ)底面積的乘積；fii為地基側(cè)摩擦力特征值和基礎(chǔ)側(cè)面面積的乘積；
&、 k2為考慮安全需要的小于1的系數(shù)。 計(jì)算f s， f 的地基承載力特征值和地基側(cè)摩擦力特征值取用遵循 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2002)的相關(guān)規(guī)定。 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在
1、 軟土一般靈敏度較高，易受施工擾動(dòng)等產(chǎn)生承載力降低，基于 浮力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)由于此類擾動(dòng)不會(huì)對(duì)地基土容重造成明顯降低，可以 不考慮這方面的影響。
2、 本法為地基無附加應(yīng)力設(shè)計(jì)提供了可能，無附加應(yīng)力設(shè)計(jì)的基 礎(chǔ)將可以避開軟土在附加應(yīng)力作用下長時(shí)間固結(jié)而產(chǎn)生的持續(xù)沉降問 題。
3、 本設(shè)計(jì)方法理論假設(shè)明確，計(jì)算方法簡便，有實(shí)際應(yīng)用前景。


圖1是基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)的受力分析示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1， 一種基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)的自重G，所 述基礎(chǔ)的上部載荷P,所述基礎(chǔ)所占位的各個(gè)土層的體積分別為 v2、 v3....vn，各個(gè)土層的天然容重為l、 y2、 Y3…Yn，其中n為自然 數(shù)；
依照浮力法設(shè)計(jì)的原則，由浮力產(chǎn)生的承載力F的計(jì)算公式為 (1):
<formula>formula see original document page 6</formula>部分或全部上部載荷及基礎(chǔ)本身的自重由通過(1 )式計(jì)算獲得的
浮力F承擔(dān)。
作為優(yōu)選的一種方案完全采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)需要滿足下式 (2)的要求
P+G=F (2)。 或者是部分采用基礎(chǔ)底部摩擦承載力和側(cè)向摩擦承載力，部分 采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可依照公式(3)的條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì) P+G《F+k!f底+k2f側(cè) (3)
并滿足F《P + G
其中F為由浮力產(chǎn)生的承載力由(1)式計(jì)算；
f底為地基承載力特征值和基礎(chǔ)底面積的乘積；
f側(cè)為地基側(cè)摩擦力特征值和基礎(chǔ)側(cè)面面積的乘積；
kp k2為考慮安全需要的小于1的系數(shù)。 實(shí)例l:浮力法毛竹樁設(shè)計(jì)
毛竹為輕型的易得建筑材料，每根5m長稍徑為10cm的毛竹重約 15kg，體積約為40xl(T31113，取淤泥土容重17kN/mS則可產(chǎn)生的有效浮 承載力為40x17—15x9.8 = 533N
即當(dāng)單根毛竹上加荷533N時(shí)地基附加應(yīng)力為零。
實(shí)例2:浮力法占位基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
某工程采用某輕質(zhì)材料(容重5xl03N/m3)做占位在軟土 (容重 18xl03N/m3)上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求達(dá)到lOOOkN的承載力，采用無附 加應(yīng)力設(shè)計(jì)法計(jì)算基礎(chǔ)的體積。
V=1000/ (18-5) = 76.92m3
即當(dāng)基礎(chǔ)體積為76.92m3時(shí)上部加載lOOOkN不會(huì)對(duì)基礎(chǔ)的下部地基土產(chǎn)生附加應(yīng)力。
實(shí)例3:輕型浮力樁基礎(chǔ)浮力法計(jì)算承載力
基礎(chǔ)資料某工程采用鉆孔樁基礎(chǔ)，樁長30m，樁徑1.5m。樁體 采用輕型結(jié)構(gòu)浮力樁設(shè)計(jì)。參數(shù)地基土上部10m容重為16.8 kN/m3; 10m以下容重為18.5 kN/m3，樁結(jié)構(gòu)重量為5.3kN/m，由樁周摩擦力 和樁底反力產(chǎn)生的設(shè)計(jì)有效承載力kja+bf 為600kN，要求浮力法 計(jì)算該樁總有效承載力。
浮力F=10x3.14x1.5x1.5 / 4x16.8 + 20x3.14x1.5x1.5 / 4x18.5 = 950kN
總有效承載力p二F+kJ底+k2f側(cè)一G二950+600-30x5.3二1391kN。
權(quán)利要求
1、一種基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)的自重G，所述基礎(chǔ)的上部載荷P，其特征在于所述基礎(chǔ)所占位的各個(gè)土層的體積分別為V1、V2、V3....Vn，各個(gè)土層的天然容重分別為γ1、γ2、γ3...γn，其中n為自然數(shù)；依照浮力法設(shè)計(jì)的原則，由浮力產(chǎn)生的承載力F的計(jì)算公式為(1)F＝γ1×V1+γ2×V2+γ3×V3+...+γn×Vn(1)部分或全部上部載荷及基礎(chǔ)本身的自重由通過(1)式計(jì)算獲得的浮力F承擔(dān)。
2、 如權(quán)利要求1所述的基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其特征在于完全采 用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)需要滿足下式(2)的要求P+G=F (2)。
3、 如權(quán)利要求1所述的基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其特征在于部分采用基礎(chǔ)底部摩擦承載力和側(cè)向摩擦承載力，部分采用浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可依照公式(3)的條件進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)P+G《F+ldf底+k2f側(cè) (3) 并滿足F《P+G其中F為由浮力產(chǎn)生的承載力由(1)式計(jì)算； fg為地基承載力特征值和基礎(chǔ)底面積的乘積； fiM為地基側(cè)摩擦力特征值和基礎(chǔ)側(cè)面面積的乘積； b、 k2為考慮安全需要的小于1的系數(shù)。
全文摘要
一種基于浮力法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)的自重G，所述基礎(chǔ)的上部載荷P，所述基礎(chǔ)所占位的各個(gè)土層的體積分別為V₁、V₂、V₃....V_n，各個(gè)土層的天然容重為γ₁、γ₂、γ₃...γ_n，其中n為自然數(shù)；依照浮力法設(shè)計(jì)的原則，由浮力產(chǎn)生的承載力F的計(jì)算公式為(1)F＝γ₁×V₁+γ₂×V₂+γ₃×V₃+...+γ_n×V_n (1)。部分或全部上部載荷及基礎(chǔ)本身的自重由通過(1)式計(jì)算獲得的浮力F承擔(dān)。本發(fā)明簡化設(shè)計(jì)方法、有效避免產(chǎn)生基礎(chǔ)持續(xù)沉降問題。
文檔編號(hào)E02D27/00GK101581100SQ20091009896
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉正國, 孫伯永, 梅寒剛, 韓鳳梅 申請(qǐng)人:浙江廣川工程咨詢有限公司