灌注桩围护结构内力场观测与分析的.pdf

第 l 9卷第 l 0期 1 9 9 8年 l 0月 上 薄 链 道 大 学 学 报 0F S H ANGH AI T I E I AO t l N r vl 雎 J TY t f 灌注桩 围护结构 内力 毕湘利廖全燕周顺华 五 吾 学 岩土 工 程 研 究 所，上 悔2 0 0 3 3 1)的 场观测 与分 析-7 -U+7 3,4 凌国石吴a-q-摘要以上海市某地铁 车站 太型基坑的 目护结构 为例，用“竖向弹性地基 梁 法 计 算 了钻孔灌 注桩基 坑 围护结构在三种迎界处理条件下所得的弯矩厦位移值，并与现场实际测量的结果进行 了比较。m l r,q 粗-基 坑 姚，盟 围 考 希 句 雾 矩，哆 主 移位 分 类 号_I 1 J 1 A4 7 3 1 4 一 0 引言 随着国民经济的迅猛发展以及城市土地利用对提高容积率 的需求，无论是 民用建筑还是市政交通工 程，都朝着向地下索取空间的趋势发展。如城市高层建筑地下空问的开发和利用，市政交通中的地下铁道 工程以及地下变电站、地下停车场等。而在软土地区进行地下工程基坑开挖和基础施工，势必会对周围环 境产生一定影响，如在施工中要考虑开挖对地下煤气管道、上水管道、下水管道、电讯、电缆等管线的影响。若临近地面有建筑物，还应考虑开挖引起的坑周土体的不均匀沉降对构筑物的影响。为减小基坑开挖施 工对上述设施的破坏性影响，必须采用技术可靠、经济可行 的支护结构来确保施工安全。一般说来，对开挖深度大于 4 m的软土地区基坑须采取适当支护措施。常用的支护形式可分为加固 型支护和支挡型支护，如工程中常用的水泥搅拌桩属加固型支护，钢筋混凝土桩排、地下连续墙等属于支 挡型支护。对每一具体基坑施工，无论是采用加固型支护还是支挡型支护，又往往通过止水防渗、支撑拉 锚、降水排水、挖土卸载等技术措施因地制宜地确定某种支护方式，使基坑支护工程达到整体最优效果。在众多的支护方式中，钻孔灌注桩因其施工时振动小，对周 围临近建筑 物、道路及地 下管线影响较少 而应用较为广泛。特别是在建筑物 比较密集的城市中心区进行中等深度基坑开挖时，由于该支护方法的 机械 台班费低、造价便宜而更显示出优势。1 计算方法 计算挡土结构 目前的解析方法主要有山肩邦男法、弹性法和弹塑性法三种 因上述方法在计算中不能 有效地计人基坑开挖时挡土结构及支撑轴力的变化过程，因此计算结果与实际测量 的误差往往很大。“竖 向平面弹性地基梁法”由于使用方便，而且概念明确而被工程界广泛采用，目前已与有限元法共 同成为处 理挡土结构计算时的主要方法 以两步开挖的钻孔灌注桩挡土结构的情况为例，在各个施工阶段挡土结构 的变形状态如图 1 所示，由图可知，支撑架设后 A点的变形量与架设前其变形量相 比很小，即该点在支撑 架设之前已经发生 了较大的变形。所以，在计算时要与该种挡土结构在各个施工阶段的变形特性作相应的 计算，其计算简图如图2 所示。地层抗力系数()在5m范围内按线性取值，大于5m的范围取定值；根据 上海地区的土层性质 一般取为：0 1 0 0 0 0K N m 3 0 5m内线性增加 一 【1 0 0 0 0 k N m 3 大 于 5 m范围 51 ，维普资讯 上 海 铁 道 大 学 学 报 第 l 9卷 在 施工过程中，有时经常要控制地层的位移，这要通过对支撑施加轴力的工艺来达到控制整个挡土 结构发生过大变形的 目的。把钻孔灌注桩作为粱单元计算 时，与常规的弹性力学有限元法相似，首先对整 个结构进行离散化分析，如图 3 所示。把钻孔灌注桩排根据计算精度要求划分单元，支撑点处在各个开挖 阶段作相应的结点处理，弹簧任意作用在开挖面 下的挡土结构结点 上。每 一单元均是具 有 3个 自由度(u，0)的“梁单元”，支撑作为单 自由度 的“二力杆单元”处理，基本方程为：瞄=R 其中：为总刚矩阵，6为位移矩阵，为荷载矩阵。事 圈 1 挡土结构变形状态图 图 2计算简 图 圈 3离散化分析图 总刚矩阵 形成后，可根据各施工阶段的计算 简图将地层弹性系数 值叠加到总刚相应位置中。在 分析时，还必须根据施工阶段预加轴力及支撑安装的影响通过修正 杆系边界条件来修正基 本方 程式。当 然，考虑各种施工条件及施工工艺的差异可对边界条件作相对灵活的处理。以下工程实例就 三种边界处 理形式来分别计算其变形及内力，并与现场实测结果进行了比较 2 工程 实例分析 上海市某地铁车站基坑围护采用钻孔灌注桩加设钢筋混凝土围图支撑挡土，深层搅拌桩加压密注浆 止水，坑内采 用深层搅拌桩辅 以深井降水加固。围护混凝土搅拌桩桩长 1 9 5 m，桩径 8 0 0 m m，桩 中心距 9 O O m m，混凝土标号 C 3 0。上道钢筋混凝土围图8 0 0m ml 0 0 0mm。钢筋混凝土支撑 1 0 0 0m ml 0 0 0 r n n l，坑内 沿纵向每隔 l 3 m设置一道厚度为 1 2 m的深层搅拌桩。另设计 1 0口喷射深井管降水，基坑分两步进行开 挖，工程及地质概况及水土压力如图4所示。：扶 乜 砂 匝 耥 土 3 9-9 k N，趴色嚣视质 粉质牯十 扶色谢 质粘十 扳色粘士 一水泥土搅扑桩 圈 4 工程地质及 水土压力概况 水土压力按照水土分算考虑，不考虑不同土层 7的区别，井把 7的值取为 1 9 k N ,n 3，侧压力系数 取 为 0 6，取纵向 1 m进行计算 考虑到钻孔灌注桩两侧的加固效果，基坑 内侧基床系数 取为：r 02 0 0 0 0 k N m 3 05 E I 内线性增加【2 0 0 0 0 k N m 3 大于 5 m范围 把混凝土灌注桩在长度方向上每隔 0 5 m划一个单元，内支撑作为一个杆单元处理，整个挡土结构的 离散化模型见图 5所示 考虑上端围图的影响，在顶端预加支撑轴力的 1 0，即 6 O k N的力，按两步开挖施 5 2 十 _ T 一汁 盯 维普资讯 第 l O期 毕湘利等：灌注桩围护结构内力的现场观测与分析 工程序计算，现分为三种边界处理方法依上述弹性地基梁法分别计算钢筋混凝 土钻孔灌注桩在开挖过程 中的位移和内力情况(1)方 法 一 首先将桩底简化为滚轴支座，第一步开挖的计算图示及计算所得弯矩、位移如图 6所示。图 5 挡土结构离散化模 型图 图 6 第一 步开 挖的计算图示及弯矩 位移 图 第二步开挖的计算图示及计算所得弯矩、位移如图 7所示；支撑是在第二步 开挖前加上的，并且没有 预 加轴 力。(2)方法 二 若把灌注桩底部的边界条件简化成铰支座，且只考虑第二步开挖后 的情况，则计算简图以及所算得的 弯矩和位移见图 8所示。弯矩 位移 图 9 方 法三计算圈示及弯矩位移 圈 弯 位穆 图 l 0 现场测 点布置驶 实测 弯矩位移图 5 3 一 目目目懈 驯 十。十 -十 E E 维普资讯 上 海 铁 道 大 学 学 报 第 1 9 卷 以上三种计算方法所得的弯矩、位移数据以及实际测量数据的对比见表 1 表 1 计算结果与实测值的对比表 结 语 从上述基坑围护体系计算和实测结果看，在三种边界处理方法 中，方法一与实际测量结果吻台得很 好，而方法二和方法三差异较太。可见边界处理方法对计算结果影响很大。因此，在实际工程计算 中推荐采 用方法一。但是，在基坑实际开挖过程中，还应考虑每一步开挖的无支护暴露时间长短、由于土的流变性而 产生的被动区土体的水平基床系数(置)减小、主动区土压力减小 以及现场实测时的许多不确定因素等情 况，这些均会影 响实际测量的弯矩值及变形值。参考文献 I 刘建靛，侯 学渊 基坑工程手册 北京：中国建筑 工业出版社，1 9 9 5 ：1 6 8 Th e F i e l d S u r v e y a n d An a l y s i s o f E x t e r i o rP r o t e c t e d C o n s t r u c t i o n I n t e r n a l F o r c e o f B o r e d Co n c r e t e P n e s 威 x i a l l L i a o Q u a n y a a Z h o u S h u n h u a (o f G e o t e c h n i c a l E n g，s 1 1 a l g I l a i T i e d a oU fi v ，s lm 幛血 2 0 0 3 3 1)厶昭 G u o s h i耽Ha ip i n g (S h a n l#a d P u d o n g M e t r o P r o j e c t C o n s t ruc t i o n H e a d q u a r t e r s，S h a n g h a i 2 0 0 0 1 5)Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r，t h e n l o me n t o f fl e x i o n a n d d i s p l a c e me n t o f d r i l l i n g b o r e d c o n c r e t e p i l e s e x t e r i o r p m t e c tc d c o n s t r u c t i o n i n t h r e e k i n d s o f bou n d a r y t l e a t l n e n t c o n d i t i o n s b a s e d o l l a Me t r o s t a t i o n s h e a v y f o u n d a t i o n d i t c h i n S h a n g h a i，i s c a l c u la t e d u s i n g the me t h o d o f v e i c a l e l a s t i c f o t md a t i o n b e a m A l s o，t h e r esu l t o f e a l c u l a t i o n i s c o mp a r e dw i th tha t o f fi e l d a e ma I tr w 2 s u r e me n t Ke y wo r d s f o t md a t i o n c o n s t r u c t i o n，f o t md a t i o n d i t c h，b 0 m c o n c r e t e p i l e s，i n t e r n a l f o r c e s 5 4 (收稿 日期：1 9 9 8 0 3 2 0)维普资讯