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        某深基坑懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力研究

        2022-11-08 04:58:02肖詢亮
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2022年15期
        關(guān)鍵詞:單排擋墻懸臂

        肖詢亮

        (吉安市水利水電規(guī)劃設(shè)計院,江西 吉安 343000)

        0 引言

        目前,城市建筑工程一方面向著提升建筑高度的方向發(fā)展,另一方面向著地下進(jìn)一步發(fā)展。隨著基坑工程的深度增加,深基坑的深度隨之增加,使開挖基坑的工程量、面積、規(guī)模、分布等急劇增加。加上周邊設(shè)施的環(huán)境、土層特性、地下水條件等加大了深基坑現(xiàn)場施工的難度,在理論和技術(shù)方面給深基坑工程的設(shè)計與施工帶來更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此類項目由于設(shè)備工藝的要求和必須滿足在永久工況條件下施工的特殊性,常規(guī)的支護(hù)結(jié)構(gòu)很難維持其深基坑的穩(wěn)定性,且在永久工況條件下,支護(hù)結(jié)構(gòu)很難設(shè)置上部支撐或樓板,設(shè)計一種擋土結(jié)構(gòu)來滿足永久工況條件的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)成為這類特殊項目亟待解決的問題。擋土結(jié)構(gòu)很少應(yīng)用于在市政基坑工程中,尤其是一些特別難處理的深基坑工程。對這類基坑工程來說,深入研究擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)有深遠(yuǎn)的意義。

        該文結(jié)合實(shí)際工程項目案例對懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行研究,應(yīng)用Midas GTS軟件對懸臂式擋墻出現(xiàn)的單排樁和雙排樁模式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析。判斷懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法的可行性。

        1 工程項目背景

        該工程為吉安市某污水處理廠污泥處理工程,基坑開挖最大深度為13.6m。擬建場地現(xiàn)狀主要為草坪,地勢較為平坦。擬建場區(qū)地貌類型屬于區(qū)潮坪地貌類型。經(jīng)過勘探揭示,在勘探深度范圍內(nèi),地基土分布較穩(wěn)定,土層自上而下可分為6大層,若干亞層。其中①層填土主要由沖填土(粉性土夾黏性土)組成,局部地段上部為雜填土;②3層~⑤32層為全新世Q4沉積層;⑧1層~⑧2層為上更新世Q3沉積層。實(shí)測勘探孔內(nèi)潛水水位埋深為0.80m~3.30m(標(biāo)高2.61m~3.86m),主要補(bǔ)給來源為大氣降水、地表徑流。微承壓水賦存在⑤32層粉質(zhì)黏土夾粉砂中,根據(jù)勘察報告顯示,含水層層面埋深約55.00m~58.90 m。地面下普遍分布厚層軟黏性土,其具有含水量高、孔隙比大、強(qiáng)度低、壓縮性高、靈敏度高等不良工程地質(zhì)特性,受擾動易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞,導(dǎo)致強(qiáng)度降低,進(jìn)而誘發(fā)地表變形;而且軟土還有低滲透性、觸變性和流變性等特點(diǎn),應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變時會產(chǎn)生流變,對工程開挖施工影響較大。

        對不同剖面的懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力和位移的有限元計算?;又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的計算采用豎向彈性地基梁法,地基土的黏聚力和內(nèi)摩擦角的取值采用勘察報告提供的固結(jié)快剪峰值指標(biāo),地面超載按實(shí)際情況考慮。

        如圖1(a)所示,剖面a-a'地下水位埋深為1.5m,承壓水頂板埋深34.85m,承壓水頭埋深3m,距離地面0.4m、5.0m和8.6m處設(shè)計三道支撐,支撐剛度分別為615.4 (N/m)/m,393.6 (N/m)/m和393.6 (N/m)/m。剖面b-b'地下水位埋深為1.5m,承壓水頂板埋深39.97m,承壓水頭埋深3m,距離地面0.4m和5.0m處設(shè)計兩道支撐,支撐剛度分別為640.0(N/m)/m和472.3(N/m)/m,如圖1(b)所示。剖面c-c'前排樁間距1.2m,后排樁間距2.4m,前后樁排距3.2m,地下水位1.5m,工作荷載為20kPa,如圖1(c)所示。剖面f-f'前排樁間距1.2m,后排樁間距3.6m,前后樁排距3.5m,地下水位1.5m,工作荷載為20kPa,如圖1(d)所示。剖面a-a'地下連續(xù)墻主要穿過的土層分別為1-1、1-3、2-3、3;剖面b-b'地下連續(xù)墻主要穿過的土層分別為1-1、1-3、2-3、3、4、5-1;剖面c-c'雙排樁主要穿過的土層分別為1-1、1-3、2-3、3、4、5-1、5-31;剖面f-f'穿過的土層為1-3、2-3、3、4、5-1。不同土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1。C30混凝土的計算參數(shù)如下:容重=25kN/m,凝聚力=3.162×10kPa,摩擦角=54.9°,變形模量=3.0×10kPa,泊松比=0.167。

        表1 土體物理力學(xué)參數(shù)表

        圖1 不同計算剖面基坑支護(hù)示意圖 (長度單位:m;力單位:kPa)

        2 計算結(jié)果與分析

        2.1 位移

        利用Midas GTS有限元軟件進(jìn)行建模計算,如圖2所示,得到了樁身位移分布。不同位置剖面的位置變化情況略有不同。a-a'剖面的位移隨樁身位置增大,先增加后減少,最大位移為20.9mm。b-b'剖面的位移隨樁身位置增大,先增加后減少,最大位移為12.5mm。由于c-c'和f-f'剖面是雙排樁,其位移的變化略有不同。對c-c'剖面,雙排樁的最大位移出現(xiàn)在樁頂,隨著樁頂位置增加而減少,由于前后排樁的樁頂通過冠梁連接,因此兩者的樁頂位移相同,為32.7mm。最小水平位移均出現(xiàn)在樁底,分別為0.2m和6.2m。剖面f-f'的位移計算結(jié)果顯示雙排樁的最大位移出現(xiàn)在樁底,分別為6.2mm和11.5mm。隨著樁頂位置增加,位移逐漸增大。最小位移都出現(xiàn)在樁頂,為0.8mm。

        2.2 彎矩

        樁身彎矩分布如圖3所示。相比于位移的變化特征,彎矩的變化特征更復(fù)雜。具體來說,a-a'剖面的彎矩總體為先增大后減少,并在樁的頭部和尾部出現(xiàn)了負(fù)彎矩,最大正彎矩為938.2kNm。b-b'剖面的彎矩隨樁身位置增大,先增加后減少,在樁的頭部和尾部出現(xiàn)了負(fù)彎矩,最大正彎矩為573.2kN·m,出現(xiàn)在第二道支撐處。由于c-c'和f-f'剖面是雙排樁,其位移的變化略有不同。對c-c'剖面,前排樁的最大正彎矩出現(xiàn)在地表以下4.1m左右樁身處,為644.2kNm;最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在地面以下10.2m樁身處,為-254.7kNm。后排樁最大正彎矩出現(xiàn)在樁頂,為683.9kNm;最大負(fù)彎矩出現(xiàn)在地面以下12.5m處,為-19.4kNm。對f-f'剖面,前后排樁的最大正彎矩分別為324.4kNm和136.7kNm;最大負(fù)彎矩均出現(xiàn)在樁頂,分別為-444kNm和-554.9kNm。

        圖3 不同剖面彎矩計算結(jié)果

        2.3 剪力

        樁身剪力分布如圖4所示。在不同位置下的剪力變化特征略有不同。a-a'剖面的剪力隨著樁身位置的增加而呈現(xiàn)正負(fù)交替變化,其中最大剪力為-542.9kN,出現(xiàn)在第二道支撐處。b-b'剖面的剪力隨著樁身位置的增加呈現(xiàn)正負(fù)交替變化,最大剪力為-353.7kN,出現(xiàn)在第二道支撐處。由于c-c'和f-f'剖面是雙排樁,剪力的變化和單排樁略有不同。對c-c'剖面,前排樁最大剪力為242.9kN,后排樁的最大剪力為93.1kN,分別出現(xiàn)在-7.5m和-12.5m處。對f-f'剖面,前排樁最大剪力為182.9kN,后排樁的最大剪力為140.0kN,均出現(xiàn)在樁頂處。

        如圖2~圖4所示,根據(jù)Midas GTS 計算出來的不同位置剖面的位移、彎矩、剪力顯示,單排樁和雙排樁的力學(xué)響應(yīng)特征不同。和單排樁相比,雙排樁的內(nèi)力更復(fù)雜。單排樁的最大位移、最大彎矩、最大剪力均出現(xiàn)在樁身中部。由于前排樁和后排樁之間會相互影響,導(dǎo)致樁的內(nèi)力分布發(fā)生變化,相比于單排樁,其最大剪力和最大彎矩得到了一定程度的優(yōu)化,且其最大位移、最大彎矩、最大剪力主要分布在樁頂位置??傮w來說,由于前后排樁的相互影響,其內(nèi)力分布發(fā)生了一定程度的改變。

        圖2 不同剖面位移計算結(jié)果

        圖4 不同剖面剪力計算結(jié)果

        3 結(jié)論

        該文主要以吉安市某污水處理廠污泥處理工程基坑開挖為工程背景,通過有限元計算軟件Midas GTS對該基坑工程單排樁和雙排樁的支護(hù)方式進(jìn)行了二維建模,合理選擇了該模型的邊界條件、本構(gòu)關(guān)系、參數(shù)定義,計算了不同斷面(4個斷面)懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的樁身內(nèi)力分布,分析了水平位移、彎矩和剪力的最大值以及這些極值出現(xiàn)的位置??傮w來講,前后排樁的相互影響使雙排樁的內(nèi)力分布特征發(fā)生了改變。最大位移、最大彎矩、最大剪力得到了優(yōu)化,發(fā)生的位置主要為樁頂。該研究為懸臂式擋墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計提供了可靠依據(jù)。

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