可靠度分析在水泥土桩复合地基中的应用

可靠度分析在水泥土桩复合地基中的应用

黄渊常征

黄渊常征（河北工业职业技术学院）

摘要：本文采用J-C方法对工程采用的水泥土搅拌桩工程进行可靠度分析，并对工程的可靠度指标进行比较，得出目前采用的设计公式设计的工程基本能够满足实际工程的要求。

关键词：复合地基可靠度指标

水泥土搅拌法加固软土地基是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特殊的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和浆液或粉状的固化剂进行强制搅拌，经拌和后的混合物发生一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的加固体。由于这种方法施工简易，造价较底，其加固的效果良好，成为华北地区主流的地基处理的方法。传统的设计方法，采用安全系数法，设计理论上存在着没有考虑随机变量离散程度和其具体的分布情况，如果随机变量离散程度较大，虽然计算得到一个大于1的安全系数K，但对于实际工程而言仍然有较大的安全隐患[1]。因此，研究人员把可靠度理论引入到复合地基设计计算中，更为科学地评价复合地基地可靠度。本文基于概率极限状态设计法，对水泥土搅拌桩进行可靠度分析，得到了在规范采用安全系数条件下工程的可靠度。

1可靠度计算方法

1.1极限状态方程的建立[2]对于水泥土搅拌桩进行可靠度分析时，首先应确定极限状态方程及其基本变量。

1.2求解可靠度指标本文采用J－C法计算可靠度指标，设极限状态方程为g(x1，x2，x3…xn)=0，规一化处理后结构的抗力服从对数正太分布，活荷载服从极值Ⅰ型分布，在用J－C法计算时，首先要对非正太的统计量当量正太化处理，转换的条件是：①在设计验算点处当量正太变量与原非正太变量的概率分布函数相等（Fx’i(x*i)=Fxi(x*i)）；②在设计验算点处当量正太变量与原非正太变量的概率密度函数值相等（fx’i(x*i)=fxi(x*i)）。如图1：图中、Fx’i(x*i)、Fxi(x*i)分别表示当量正太化分布函数、非正太变量的概率分布函数，fx’i(x*i)、fxi(x*i)当量正太化分布函数、非正太变量的概率密度函数。

2.计算实例

按《建筑结构设计统一标准》[3]的规定，恒载λG的概率分布服从正太分布，而λQ则服从极值Ⅰ型分布，且给出了λG和λS的统计特征值如下：

λR：根据以前研究的成果和四处典型场地的统计规律分析，符合对数正态分布，统计结果如下：

采用公式（5）计算，取k=2，分布采用0.25，0.75，1，1.25进行计算比较

3结论

3.1根据计算场地在ρ等于0.25～1.25之间时，场地可靠度指标β分别为2.7486、2.7743、3.3042、2.9438，场地（1）、场地（2）、场地（4）的可靠度指标低于上部结构平均可靠度指标（柔性结构）β=3.3，场地（3）的可靠度指标β稍高于3.2，反映了地基的变异性较上部结构的变异性大，通过场地可靠度指标的均值为2.9425，设计时采用的设计公式基本可以满足工程实际的要求。

3.2从表2中可以看出β随ρ值的增大而增大，这说明在设计中荷载在外荷载中占的比例较大时，对结构的可靠性是有益的；相反活载占主要部分，结构的安全性就较差。

参考文献：

[1]谷志旺.竖向承载桩基的可靠性研究[D]南京理工大学.2006.

[2]姚耀武,杨柏华.用于结构可靠度分析的随机有限元法[J].水利学报，1995，(08).

[3]中国建筑科学研究院.GBJ68-84.建筑结构设计同一标准.北京：中国建筑工业出版社.2000.

个人简介：

黄渊：工程师，讲师，一级注册建造师。1996年毕业于西安建筑科技大学、1996年至2005年在河北省教育建筑设计研究院从事结构设计工作，2005年调入河北工业职业技术学院建筑工程系任教师，同时在基建处从事学校教学楼、办公楼、风雨操场等基建项目的现场技术管理工作。