增量法在深基坑围护结构变形预测中的应用

第34卷第29期西建筑 Vol.34No.29 山2008年10月Oct. 2008SHANXI ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2008)2920134203

增量法在深基坑围护结构变形预测中的应用

于少辉 屈兴兵

摘 要:介绍了增量法的计算原理及方法,以某地下车站基坑施工为例,对基坑开挖施工进行了模拟分析,预测了基坑围

护结构的变形,通过与实测数据的比较,可较为准确的预测基坑围护结构的变形模式及位移值,从而检验了计算预测的可行性。

关键词:基坑工程,围护结构,变形预测,增量法,数值模拟中图分类号:TU463

文献标识码:A

0 引言

基坑工程主要包括基坑围护体系设计与施工和土方开挖,是一项综合性很强的系统工程。在城市建筑物和市政设施密集区进行深基坑开挖,由于挡土结构变形不能有效控制在允许范围内,将给周围环境造成恶劣影响,导致巨大的经济损失和社会影响。本文通过应用增量法原理,在工程设计阶段,模拟施工过程,预测围护结构的变形模式及幅度。并将实测数据与计算结果进行比较,以检验模拟预测的准确性。

混凝土时,壁厚不小于250mm。规范规定:设备基础底板中受拉钢筋最小配筋率不应小于0.15%;基础厚度大于2m时,除应沿上下表面布置纵、横方向的钢筋外,尚宜沿厚度方向间距不超过1m设与板面平行的构造钢筋网片,直径不宜小于12mm,间距不宜大于200mm。为避免设备基础的不均匀沉降,规范规定:长度大于6m小于11m的基础顶、底面;基础内坑、槽、洞口的边缘或基础断面变化悬殊部位;支承点较少,集中力较大的部位;基础受力不均匀或局部受冲击力的部位,宜配置直径8mm~14mm,间距150mm~250mm的钢筋网。设备基础钢筋的混凝土保护层厚度一般为40mm,当基础底无垫层时,应为70mm。地脚螺栓分为死螺栓和活螺栓两大类。死螺栓的3种锚固形式,可根据不同需要进行选择:一次埋入法、预留孔法、钻孔锚固法。活螺栓的构造是螺杆穿过埋设于基础中的套管,下端固定。螺栓孔边到基础边的净距不应小于4d(d为地脚螺栓直径),且最小不应小于150mm,否则应采用附加钢筋加强。受力较大的地脚螺栓孔,宜设计成口小底大的楔形孔。地脚螺栓下端或预留孔底距基础底面不应小于100mm。设备底座边缘至基础边缘的距离一般不应小于100mm。

1 计算原理及方法1.1 计算模式

增量法计算,即在施工过程中某个阶段的外荷载相当于前一个施工阶段完成后的荷载增量,支承由支撑弹性作用和地层弹性作用组成,以此来模拟基坑开挖的全过程。求得的围护结构位移和内力相当于前一个施工阶段完成后的增量,当墙体刚度不发生变化时,与前一个施工阶段完成后的墙体已产生的位移和内力叠加,可得到当前施工阶段完成后体系的实际位移和内力。的混凝土要振捣密实。地脚螺栓预留孔,特别是较深的预留孔,必须解决拆模困难的问题,例如采用预制水泥模板等。预留孔在施工过程中,上口应设法封闭,防止垃圾或混凝土进入。混凝土在浇筑时下料口距离所浇筑的混凝土表面高度不得超过2m,如超过2m应采用串桶或溜槽。混凝土的浇筑应分层连续进行,分层厚度一般为振捣器作用部分长度的1.25倍,且不超过50cm。混凝土不能连续进行浇筑时,超过2h以上,应按设计及施工规范要求留置施工缝。混凝土浇筑搓平后,还要注意其养护,养护期一般不少于7昼夜。对大型设备或差异沉降敏感的设备,应在其基础上设置沉降观测点,并按阶段进行监测,发现问题及时采取措施。

5 结语

在工业飞速发展的今天,设备基础已成为工业工程中的一项重要组成部分。设备基础是保证设备正常运行的重要保证,如何设计经济、安全的设备基础,还需要我们不断地实践,积累更丰富的经验。参考文献:

[1] GB5004021996,动力机器基础设计规范[S].[2] GB5000722002,建筑地基基础设计规范[S].

[3] GB5001022002,混凝土结构设计规范[S].

[4] 刘军亮.浅谈设备基础[J].山西建筑,2007,33(6):1362137.

4 施工要求

设备基础施工必须严格遵守施工验收规范。对重要的设备基础,在浇灌混凝土过程中,应经常检查模板、支架、地脚螺栓、管道和预留孔等位置的准确性,并特别注意地脚螺栓和预埋件四周

Theanalysisanddiscussiononthevibratoryequipmentfoundation

YANJi

Abstract:Aimingattheequipmentfoundationdesignproblemfacedinevitablyasdesigningindustrialbuilding,thedesignprincipleanddesignpointsofvibratoryequipmentfoundationwerediscussed,constructionalfacilityandconstructionrequirementofequipmentfoundationwereprovided,anditpointedoutthatequipmentfoundationhadbiginfluenceonthesmoothrunningofequipmentfittingandutilization.Keywords:equipmentfoundation,vibratory,settlement,constructionmeasurement,constructionrequirement

收稿日期:2008205219

作者简介:于少辉(19792),男,工程师,中铁隧道集团科研所,河南洛阳 471009

屈兴兵(19832),男,助理工程师,中铁隧道集团科研所,河南洛阳 471009

第34卷第29期

于少辉等:增量法在深基坑围护结构变形预测中的应用2008年10月

#135#

1.2 新增荷载计算

每一步工况都只考虑当前工况新增的荷载,新增加的荷载包括:开挖过程:荷载增量为主动侧土压力的增量、被动侧土体弹

性作用由于开挖而造成的刚度损失以及主动侧土体弹性作用卸载后的土反力;支承由支撑弹性作用和开挖面以下的土体弹性作用组成。

加撑过程:荷载增量为加在该支撑上的预加力,支承由其他支撑弹性作用、开挖面以下土体弹性作用以及主动侧土体弹性作用组成。

拆撑过程:荷载增量为与该支撑受力方向相反,大小相等的力。加楼板(刚性铰)过程:没有荷载增量,但加刚性铰处的位移在以后的工况中将不再变化。

1.3 内力、位移计算

当前工况的位移、弯矩、剪力和支撑反力可以通过前面工况每一步的位移、弯矩、剪力以及支撑反力值进行累加后得到。

2 实例分析2.1 工程概况

某地铁地下车站,结构形式为双层三跨钢筋混凝土矩形框架结构,采用明挖顺作法施工,基坑深17m~18m。车站主体及风道围护结构均采用钻孔灌注桩加钢管内支撑施工。降水采用基坑外管井降水,水位降至结构基底面以下0.5m。车站地层情况从上到下主要有杂填土、粉质黏土、中粗砂、砂砾、粉质黏土、中粗砂、粉质黏土、砂砾地层。

2.2 计算模型

根据上述地质条件及施工情况,共分四步计算模拟施工开挖,其中第一步施工:开挖第一层土;第二步施工:施作第一道横撑,同时开挖下一层土;第三步施工:施作第二道横撑,同时开挖下一层土;第四步施工:施作第三道横撑,同时开挖下一层土。计算模型如图1所示。

3 结语

在地下工程设计阶段,由于地层纵横向变化、地层物理力学参数取值的经验性、地下水位的变化、施工条件、环境变化以及设计计算模型的局限性等因素的影响,很难对地下结构进行精确分析。故通过原位测试和施工监测数据对计算参数进行持续修正非常必要。从本文的分析结果可以看出,应用增量法原理,通过计算y实测y修正y计算,对基坑开挖施工进行模拟分析,可以较为准确地预测基坑围护结构的变形模式及位移值,为设计及施工提供有效的参考数据。参考文献:

2.3 支护结构位移分析

根据工程的施工组织,将基坑开挖过程分成7个工况进行模拟计算(见图1:¹~¿),并将支护结构位移计算结果与实测数据进行对比。部分对比结果如图2所示。

通过计算结果与实测结果的对比分析可以看出,应用增量法的计算结果与施工实测结果基本吻合,围护结构位移模式基本相同。在预测计算过程中也可能出现计算结果与实测结果相差较大的情况。故建议在应用增量法进行预测计算过程中,要根据施工的现场情况及施工监测的数据及时修正计算参数进行反分析,使预测结果趋于精确。

[1] 黄运飞.深基坑工程实用技术[M].北京:兵器工业出版社,

2001.[2] 夏明耀,曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建

筑工业出版社,2003.[3] 徐 伟.土木工程施工手册[M].北京:中国计划出版社,

2001.[4] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工

业出版社,2003.[5] 李克先,肖 勤,冯 云.复杂工况下基坑支护结构内力的

增量法分析[J].山西建筑,2008,34(10):97298.

#136#

第34卷第29期西建筑 Vol.34No.29 山2008年10月Oct. 2008SHANXI ARCHITECTURE

文章编号:100926825(2008)2920136202

素混凝土夯扩桩与素土挤密桩复合地基的应用

沈军 张鹏

摘 要:通过工程实例对沉管素混凝土夯扩桩与土挤密桩双重复合地基处理在强湿陷地区的设计、施工与检测进行了全

面分析,阐述了该种混合型复合地基在强湿陷地区的应用效果及存在的问题。关键词:沉管素混凝土夯扩体桩,土挤密桩,双重复合地基,湿陷性地区中图分类号:TU473.1文献标识码:A

复合地基是指天然地基在地基处理中,通过在地基中设置竖

向增强体而形成的桩土共同作用的人工地基。在黄土强湿陷区,当以消除地基土的湿陷性为主要目的时,选用土挤密桩法复合地基较为适宜。但对咸阳某研究所拟建的高层住宅楼,采取单一的土挤密桩复合地基处理方法无法解决建筑物的要求与场地的岩土工程问题,在这种情况下,就需要对两种复合地基处理方法进行组合。本文所介绍的工程实例就是采用沉管素混凝土夯扩体桩与素土挤密桩的双重复合,解决了地基承载力强度不足与地基土的湿陷性问题。

比一般灰土挤密桩承载力高);地基处理后应消除地基土湿陷性。

3 复合地基的设计3.1 素土挤密桩

素土挤密桩桩径为400mm,有效桩长12.0m,桩距0.933m,排距0.8m,呈正三角形布置。根据GB5002522004湿陷性黄土地区建筑规范第6.4.2式:

S=0.95

22GcQ󰈌dmaxD-Qdod

。

GcQdmax-Qdo

1 工程概况及地质条件

陕西咸阳某研究所拟建的高层住宅楼群场地,建筑物每栋占

地面积约849.97m2,总长26.52m,宽11.70m,地上12层,地下1层,总高度30.8m。基础为筏板基础,框架结构,基础埋深-3.84m。场地地基条件如表1所示。地下水位埋深大于45.0m,基础设计施工可不予考虑地下水。

表1 场地地基土情况

土层名称¹新近堆积黄土º黑垆土»21黄土

»22黄土¼古土壤

½黄土状粉质黏土

¾粉质黏土¿含砾中砂À粉质黏土Á含砾中砂

状态硬塑可塑可塑硬塑可塑可塑密实可塑密实

层厚/m0.5~1.30.4~1.63.4~4.64.1~5.24.3~5.43.3~4.83.5~9.36.6~10.14.2~5.5未穿透

地基土承载力特征值fk/kPa

160150140190180200350200350

计算桩距,桩距取小值0.933m。

根据JGJ7922002建筑地基处理技术规范第14.2.8条,取单桩复合后的地基承载力特征值为230kPa。

3.2 素混凝土夯扩体桩

素混凝土夯扩体桩桩径为430mm,有效桩长13.50m,下部为不小于700mm的扩径头体,桩间距为1.60m,排距为1.40m,呈三角形布置。

根据JGJ94294建筑桩基技术规范,JGJ7922002建筑地基处理技术规范有关公式:

Quk=u

siqsiLsi+EW

WpqpkAp,

fspk=mRa/Ap+B(1-m)fsk,m=d/de。

经计算设计:Quk=850kN;fspk=280kPa。即经沉管素混凝土夯扩体桩与土挤密桩双重复合的地基承载力特征值为280kPa,满足上部结构不小于280kPa的要求。

根据上述设计方案,咸阳某研究所高层住宅楼进行了沉管素混凝土夯扩体桩与素土挤密桩双重复合的地基处理试桩,试桩结果黄土湿陷性已消除,单桩及单桩复合地基承载力特征值基本满足设计要求,桩的其他设计参数亦满足设计要求。

2 上部结构设计对地基处理的要求

根据勘察单位提供的勘察报告,上部结构设计对地基处理的要求为:素土挤密桩处理后地基承载力特征值不小于230kPa;沉管素混凝土夯扩桩处理后地基承载力特征值不小于280kPa(注:

4 复合地基的施工4.1 素土挤密桩

Applicationoftheincrementmethodinthedeformationpredictionoftheenclosurestructureofthedeepfoundationpit

YUShao2hui QUXing2bing

Abstract:Thepaperintroducesthecalculationprincipleandthemethodoftheincrementmethod,carriesoutthesimulationanalysisofthe

foundationpitexcavationconstructiontakingthefoundationpitconstructionoftheundergroundstationasanexample,predictsthedeforma2tionofthefoundationpitenclosurestructure,andcanpredictaccuratelythedeformationmodeandthedisplacementvalueofthefoundationpitenclosurestructurethroughcomparingwiththemeasureddata,totestthefeasibilityofthecomputationalprediction.Keywords:foundationpitengineering,enclosurestructure,deformationprediction,incrementmethod,numericalsimulation

收稿日期:2008205214

作者简介:沈 军(19602),男,工程师,煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安 710054

张 鹏(19752),男,工程师,煤炭科学研究总院西安研究院,陕西西安 710054