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        深基坑護坡樁土壓力工程測試分析

        2021-08-13 01:27:06安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責(zé)任公司
        門窗 2021年4期
        關(guān)鍵詞:護坡樁模型試驗土體

        王 崇 安徽省建設(shè)工程測試研究院有限責(zé)任公司

        1 引言

        對于土壓力問題來講,難以借助理論來進行精準(zhǔn)解答的。在支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面,對于郎肯土壓力理論來說,由于易于進行計算,再加上力學(xué)概念較為清晰,由此得到了廣泛的應(yīng)用,然而因為巖土工程頗為復(fù)雜,無論實施何種計算方法,均難以獲取可觀的計算結(jié)果,當(dāng)對粘土層進行設(shè)計時,常常較為保守,通常情況下應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗,來進行相應(yīng)的修正。一般而言,有很多因素會降低鋼筋應(yīng)力,尤其是土壓力計算誤差。基于土壓力的作用,為有效探究護坡樁破壞機理,并為了更好弄清土體變形、樁位移改變情況等,本文不但開展了工程測試,也進行了模型試驗。

        2 原體工程實測內(nèi)容與模型試驗

        2.1 原體工程實測內(nèi)容

        對于實測內(nèi)容而言,主要包含以下幾點,也就是護坡樁內(nèi)力、土壓力、護坡樁位移、土體位移以及樁的傾斜。(1)護坡樁內(nèi)力。針對基坑開挖進行測試,基于土壓力的作用,進一步測試鋼筋的受力狀況。需要使用的儀器設(shè)備是鋼弦式應(yīng)力計,將其同受力主筋進行連接,其自身也會承受一定的拉力,就接收儀器而言,它屬于一種頻率測定儀。(2)土壓力。借助鋼弦式土壓力盒以及相應(yīng)的接收儀器來實現(xiàn),對于護坡樁來說,主要是通過大直徑人工挖孔的方式來完成,直徑介于90cm~110cm之間,是由人將元件帶到孔內(nèi),根據(jù)不一樣的深度來處理元件,將其埋到孔壁中,當(dāng)進行基坑挖土施工時,對處在不同深度的土壓力值進行測試。(3)護坡樁位移。對于位移觀測點來說,應(yīng)盡可能地設(shè)置于護坡樁,這樣當(dāng)對基坑進行開挖作業(yè)時,就可以對水平位移進行實時觀測。(4)土體位移。對于基坑來說,在不一樣的距離地方都應(yīng)埋設(shè)測斜管,借助測斜儀對挖土?xí)r的土體水平位移進行測量。(5)樁的傾斜。在樁體的內(nèi)部埋設(shè)相應(yīng)的測斜管,當(dāng)開展基坑開挖作業(yè)時,通過對測斜儀的使用,進一步來測量側(cè)向位移,從而針對不一樣深度地方的樁身,可以獲取相應(yīng)的水平位移值。

        2.2 模型試驗

        對于模型試驗而言,本文主要從模型樁、土料與土的制備、附加荷載、開挖以及土壓力測試等方面進行探討。

        (1)模型樁。對于模型樁的運用,一般都需要借助黃銅管,建議直徑為40mm左右,樁長為1.9m,同時還應(yīng)在黃銅管的外壁加裝電阻片,并實行反復(fù)檢驗、認真篩選,以便能夠挑選出精度和穩(wěn)定性都較好的黃銅管,將其當(dāng)作模型樁。要求模型樁之間的距離在7cm左右,同時對于樁的上端,還應(yīng)使用連梁進行連接,其中連梁主要是由扁鋼合成,借助螺栓實現(xiàn)連梁同護坡樁的連接。

        (2)土料與土的制備。對于試坑內(nèi)的土料而言,可以進一步將其分成兩種:一種是粘性土,另一種就是砂土。土料的制備:結(jié)合一定的含水量,對土料進行配制操作,在完成對樁的組裝時,吊進試坑之后,接下來進行分層回填,鋪上適當(dāng)厚度的土料,借助木夯的作用進行夯實處理,充分把握其容重,針對每一次試驗土,促使其兩個指標(biāo)差不多相似,一個是物理指標(biāo),另一個是力學(xué)指標(biāo)。在試驗結(jié)束之后,選擇不一樣深度的土樣,對有關(guān)的參數(shù)進行測試,比如土樣容重以及含水量等,并針對于以上兩項指標(biāo),檢驗其能否符合試驗要求。

        (3)附加荷載。在進行模型試驗時,想要針對樁的一側(cè)開展挖土作業(yè),對其失穩(wěn)破壞進行測試,在開展挖土作業(yè)之前,應(yīng)先在樁后預(yù)加較大面積的荷載,建議其荷載強度是28MPa,由此能夠提升基坑深度。

        (4)開挖。當(dāng)均布荷載和測試工作完成之后,需要結(jié)合多種試驗要求,將其劃分成5~10層進行開挖,每一層的開挖作業(yè)都要等到樁頂位移平穩(wěn)之后,才能再進行下一層的開挖作業(yè)。從開挖之后直到平穩(wěn)這一過程中,都需要根據(jù)時間間隔來記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。若是護坡樁失去平衡,或者是樁位移較大,也就是高于50mm時應(yīng)該停止試驗。

        (5)土壓力測試。針對護坡樁側(cè)壁的土壓力進行測試時,需要借助應(yīng)變式土壓力盒實現(xiàn),通常其直徑是26mm,厚度是8mm。

        (6)樁頂、樁體位移的測量。應(yīng)在樁身的多個位置加裝位移傳感器,對不同階段的樁頂以及樁身位移進行測量。

        3 土壓力實測分析

        以模型試驗來分析,因為是先將樁就位之后才進行填土夯實處理,對于成樁過程來講,與具體工程是不同的,當(dāng)進行填土夯實時會形成一定的摩擦力,從而促使土壓力變小,在進行開挖施工之后伴隨深度越來越深,會導(dǎo)致土壓力隨之降低,并且和郎肯土壓力進行比較時,這一壓力相對較小,另外對于樁頂土壓力來講,其數(shù)值基本上為零,隨著挖深的增加,會促使土壓力更加趨于零。

        在開挖面一側(cè),與郎肯土壓力進行比較,嵌固段土壓力也是不一樣的。相比于被動土壓力,對于嵌固段土壓力而言,其下半段較小而上半段較大,需要注意的是,即便是失穩(wěn)狀態(tài),也難以實現(xiàn)被動土壓力狀態(tài),甚至以樁根位置來看,土壓力有著降低的趨勢。

        對于實測以及郎肯壓力來講,兩者存在的不同,主要是由于粘聚性土體在開挖施工的過程中促使樁形成了位移,就樁位移以及土變形來分析,兩者缺乏一定的協(xié)調(diào)性,與土位移進行比較,上部樁位移較大,基于這樣的情況導(dǎo)致樁土彼此脫離,從而形成一定的向下裂縫,因為土有著粘聚性,所以土體不會出現(xiàn)坍落的現(xiàn)象,土壓力并沒有發(fā)生改變。另一方面,對于不存在裂縫的區(qū)段,因為位移量有著差異,所以在土壓力降低幅度方面,與樁下部進行比較,樁上部的相對較大。

        在產(chǎn)生樁位移的基礎(chǔ)上,使得土壓力分布形式得以產(chǎn)生,因此開挖面一側(cè)有著最高的表面位移,促使土體被擠壓,從而先實現(xiàn)極限強度,然而以樁根部來分析,因為位移并不大,所以即便處于失穩(wěn)狀態(tài),也難以實現(xiàn)被動土壓力值。

        在超過極限挖土深度之后會致使樁傾覆,從而導(dǎo)致土體失去穩(wěn)定,隨之荷載塊慢慢沉陷,并且產(chǎn)生一定的滑動位移,因此無論是分布形態(tài)還是數(shù)值,與失穩(wěn)之前的進行比較,此時的土壓力都發(fā)生了較大的改變,圖1所示為失穩(wěn)前后的比較。與郎肯土壓力進行比較,主動土壓力相對較大,而且以合力作用點來分析,表現(xiàn)出下移的趨勢,故而相比于郎肯土壓力,結(jié)構(gòu)土壓力是不一樣的。

        圖1 失穩(wěn)前后的比較

        通過模型土壓力規(guī)律,為了更好體現(xiàn)支護土壓力的狀況,本文以某工程的土壓力實測開展對比,實際上對于護坡樁結(jié)構(gòu)來講,因為其屬于使用狀態(tài),所以僅能獲取該狀態(tài)的實測值,并不能獲取極限值,這一點不同于模型試驗。在開挖施工過程中土壓力呈現(xiàn)降低的趨勢,以土壓力降低幅度來分析,與樁下部進行對比,樁頂?shù)妮^大,針對朗普土壓力而言,土壓力值大概為其三分之一,在開挖面一側(cè),伴隨開挖深度變大,促使嵌固段土壓力隨之提高,因此未處于極限狀態(tài),即便土壓力得到一定的增加,也沒有超過被動土壓力,與計算值進行對比,實測值大概為其二分之一。

        4 裂縫分析

        通過觀察能夠得知,無論是具體工程還是模型試驗,在形成樁頂位移的情況下,均會存在一定的裂縫,而且朝著向下的方向延伸,與此同時伴隨位移的變大,會促使裂縫變得更深。

        針對模型試驗,在其處于極限狀態(tài)之后(如圖2所示,為模型樁裂縫圖),側(cè)面土體出現(xiàn)錯裂,對于錯裂面來講,其高差大概能夠達到5cm,寬度處于1cm~3cm的范圍,地面有著明顯的沉陷,而以外沉陷量來分析,出現(xiàn)了逐漸降低的趨勢,當(dāng)與樁之間的距離達到0.8m時,沉陷不再減小,基于這樣的范圍有著一定的微裂縫,并且和基坑有著平行關(guān)系,以裂寬來分析,其并沒有超過3mm。

        圖2 模型樁裂縫圖

        在試驗之后,將土體斷面挖出來,對裂縫變化情況進行分析,針對開挖深度而言,在達到其四分之三的地方,裂縫才慢慢消失,由此可以得知其有著很深的裂縫,以裂縫上部來分析,與樁位移進行比較,因為土體位移相對較小,在樁以及土體之間存在彼此脫離的現(xiàn)象,故而導(dǎo)致裂縫的延伸,因此以樁上土壓力來分析,其數(shù)值為零,而對于裂縫下部來講,是屬于閉合狀態(tài)的,裂縫周圍土體存在剪切力。

        5 粘聚力對土壓力的影響

        針對一組粘性土以及砂土,基于兩者的比較試驗來展開相應(yīng)的研究,通過試驗得知:對于郎肯土以及實測土,引發(fā)兩者壓力不同的因素有很多,尤其是土體粘聚力。

        表1所示為關(guān)鍵的土性參數(shù),其中編號1的粘聚力達到6.8kPa,相比之下,砂土的粘聚力基本上為零。

        表1 粘性土和砂土對比試驗的參數(shù)

        圖3所示為樁頂位移、彎矩以及土壓力的比較。從破壞出現(xiàn)的時間來看,與粘性土試驗進行比較,砂性土表現(xiàn)得較早,在開挖深度達到1.1m時,以砂土試驗B來分析,樁長達到1.8m,而對于嵌固以及樁長來講,兩者的比例為0.39,換句話來講,已經(jīng)處于極限狀態(tài),以試驗A來分析,在開挖深度達到1.4m時,樁長達到1.8m,而對于嵌固以及樁長來講,兩者的比例為0.22,故而才處于極限狀態(tài)。在土壓力方面,與砂土進行比較粘性土的相對較小,另外以合力作用點位置來看,粘性土的位置較低,由此會促使下樁彎矩變得更小,總之由于土體粘聚力的存在,會導(dǎo)致樁的彎矩變小。

        圖3 樁頂位移、彎矩以及土壓力的比較

        6 結(jié)論

        基于粘性土的支護工程,對于某些護坡樁鋼筋強度來講,并沒有得到徹底的發(fā)揮,與鋼筋設(shè)置強度進行比較,鋼筋應(yīng)力相對較小,從而導(dǎo)致了大量的浪費,面對這樣的情況,有必要對計算方法進行優(yōu)化,引發(fā)鋼筋應(yīng)力不高的因素有很多,尤其是土壓力。通過測試以及試驗得知,對于土體變形以及樁位移,兩者間缺乏一定的協(xié)調(diào)性,故而產(chǎn)生朝下的裂縫,另外與主動土壓力進行比較,由于護坡樁的較小,從而導(dǎo)致作用點呈現(xiàn)降低的趨勢,隨之也會減小樁的內(nèi)力。

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