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[科普中国]-面积置换率

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简介

面积置换率是指竖向增强体复合地基中,竖向增强体的横断面积与其所对应的 (或所承担的)复合地基面积之比2。复合地基面积置换率在《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79—2012)中没有具体的定义,仅在复合地基的计算公式中出现,并解释了其计算公式,采用了等效圆直径的计算方法。但在复合地基设计中,面积置换率是一个比较重要的设计参数, 用以确定复合地基承载力特征值。采用等效圆直径的方法计算复合地基面积置换率的公式是一种舍近求远的方法, 在实际应用中对非正三角形布桩、 非正方形布桩带来许多麻烦。面积置换率可以用以下公式计算:

其中:m—桩土面积置换率;d—桩身平均直径(m);de一1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径;等边三角形布桩 de=1.05s;正方形布桩 de=1.13s;矩形布桩 de=1.13;s、s1、s2分别为桩间距、纵向桩间距、横向桩间距。

大面积规则布桩面积置换率计算大面积规则布桩主要形式有:正三角形布桩、 正方形布桩、 矩形布桩、 等腰三角形布桩等形式, 这些布桩形式, 面积置换率计算方发较多, 下面介绍一种比规范简单的计算方法。

大面积正三角形布桩正三角形布桩如图 1 所示, 三角形阴影部分所表示计算面积置换率的两种规律, 三角形为3个相邻复合桩中心连线所形成, 而且这种三角形可以有规律的布满整个处理场地, 它具有一定的代表性, 所以这种三角形就是一种规律, 其包含半个复合桩截面面积(注:一根桩为 360°, 而三角形为 180°)和半根桩所分担的桩间土的面积。桩截面面积为半根桩的面积:

半根桩所分担的面积:

面积置换率计算公式:

和 《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 79—2012)计算结果一致, 当需要单根桩所分担的处理面积时,取 2 倍即可, 即:

正方形如图 2 所示, 小正方形和大正方形均可有规律的布满整个场地, 所以这 2 种正方形也是一种计算规律。小正方形布桩面积置换率计算:

大正方性布桩面积置换率计算:

从结果可以看出, 同一场地虽然选取的计算正方形大小及所包含的桩及面积不同, 面积置换率的计算结果是一致的1。

复合地基复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设置加筋材料,加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类,又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。

地基承载力基承载力(subgrade bearing capacity)是地基土单位面积上随荷载增加所发挥的承载潜力,常用单位KPa,是评价地基稳定性的综合性用词。应该指出,地基承载力是针对地基基础设计提出的为方便评价地基强度和稳定的实用性专业术语,不是土的基本性质指标。土的抗剪强度理论是研究和确定地基承载力的理论基础。

在荷载作用下,地基要产生变形。随着荷载的增大,地基变形逐渐增大,初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态,具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时,该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态,土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区,称为塑性区(plastic zone)。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态,地基尚能趋于稳定,仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大,必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大,地基出现较大范围的塑性区时,将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。地基承载力的特征值:正常使用极限状态计算时的地基承载力。即在发挥正常使用功能时地基所允许采用抗力的设计值。它是以概率理论为基础,也是在保证地基稳定的条件下,使建筑物基础沉降计算值不超过允许值的地基承载力