基坑设计中应变局部化理论的应用
2014-06-30齐广周
摘 要:在传统的基坑检测过程中,衡量基坑安全性的尺度一般是按照规范里的报警值来确定,因而相关的理论依据并不充分。本文进行了平面应变不排水的试验,并根据试验结果和土体应变局部化的影响,在基坑设计中应用剪切带开始形成时的强度指标。在经过了一系列的计算实验后,发现采用局部化的强度指标能够对基坑的安全性进行更好地检测和控制。
关键词:基坑设计;应变局部化;应用
基坑工程的设计和施工联系的相当紧密,基坑工作的安全性不光要在施工中体现出来,在设计时也要进行充分的考虑。目前基坑检测主要是依据国家相关的规范和地方规范来确定标准的,但是相关规定中的报警值只是以往工程的一些经验值,并没有可靠地理论依据作为支撑。因此如果能够具备相应的理论依据来作为基坑监测标准的指导,那么基坑设计时就可以综合考虑各方面的因素,以实现设计的安全性和经济性。
在进行土体应变局部化问题的研究时,土体应变局部化的过程是通过平面应变实验结果得到的,这个研究过程可以分为以下几个阶段:初始损伤、剪切带开始形成、峰值偏应力、剪切带完全形成和残余偏应力,而且在实验中将剪切带的开始形成点直接看成是侧向应变的分叉点。根据这些实验结果提出:深基坑或者高路堤的稳定性验算应该采用的地基土的抗剪强度指标,而这种指标的确定是依靠剪切带开始形成这个特征点对应的偏应力进行的。
1 平面应变实验结果分析
通过固结不排水平面应变试验对上海褐黄色粉质粘土和暗绿色粘性土进行了测试后,对其产生的局部变形进行了准确的测量,通过相关数据。根据其中的数据可以看到,褐黄色粉质粘土的抗剪强度指标峰值为?准=18.65°,c=9.06kPa,而剪切带开始形成点的抗剪强度指标峰值为?准0=8.71°,c0=20.72kPa,而暗绿色粘性土的抗剪强度指标峰值则为?准=29°,c=5.2kPa,剪切带开始形成点的抗剪强度指标峰值为?准0=24°,c0=15.7kPa。
另外还对上海淤泥质粉质粘土进行了平面应变不排水试验,从而得出它的抗剪强度指标峰值为?准=12.8°,c=21.6kPa,剪切带开始形成点的抗剪强度指标为?准0=6°,c0=16.7kPa。
2 工程实例分析
文章以圣和圣广场为例,简单的介绍基坑设计中应变局部化理论的应用情况。
2.1 工程简介
圣和圣广场工程位于上海闸北区海宁路南侧,河南北路西侧,塘沽路北侧,拟建山西北路的东侧。其中面积最大的是3号基坑,占地面积超过了4000m2,周长紧300m左右,而且横切面呈现出不规则的多变形状,如图1。基坑工程所在地的周边环境比较复杂,而且周围道路下地下管线分布较为密集。
用桩径为1000mm和900mm的钻孔灌注桩和桩径为850mm、水泥掺入量为20%的三轴搅拌桩作为基坑的围护结构,形成止水围护的形式,用一道钢来进行支撑。基坑的挖深约为9.25m,而电梯井超挖则确定为1.8m,集水井超挖则是1.4m。从前文的计算式可以进行不同围压下应力峰值的计算,然后再根据相关的计算式来计算剪切带开始形成时的应力情况,从而得出剪切带开始形成点的抗剪强度应力。
2.2 基坑稳定性验算
在得出了相关的数据后就可以开始进行基坑的相关设计,设计中基坑的施工工况如图2所示,根据施工的具体情况来判断基坑施工的安全性,可以得到相关的计算结果,如表1。
从表1可以看到,在考虑了应变局部化之后,如果利用剪切带开始形成时的抗剪强度进行基坑的安全度验算,和采用应力峰值进行的安全度验算相比,安全系数要低得多。墙体抗隆起的安全系数在进行计算时,如果利用利用剪切带开始形成时的抗剪强度进行计算,要比采用峰值进行计算所得的结果小很多。而且基坑的抗倾覆安全系数已经超过了二级基坑的要求,达到了1.05左右。根据上述结果数据可以得出一个结论:在利用应力峰值抗剪强度指标进行深基坑的设计时,存在一定的安全风险,因此要格外小心谨慎。
3 关于基坑设计中应变局部化理论应有的一些思考
根据上文的一些数据和实验结果,通过相关的公式计算后可以对上海圣和圣广场的3号楼基坑进行合理有效的分析,从中可以得到一些有助于设计的结论:
4 結束语
从文章中可以看出,在基坑设计中运用应变局部化理论可以对各种因素进行有效地考虑,充分实现设计安全性和经济性的问题。目前由于基坑设计的检测标准缺乏相关理论支持和引导,仅仅采用以往的经验值来作为指导,使得基坑设计在施工时面临着诸多难题,很有可能给施工企业造成大量财力人力物力的浪费,而且严重影响工程的质量,对基坑设计进一步的发展也有着严重的阻碍。通过应变局部化理论分析和试验,将基坑设计的指标引导向规范化和理论化的道路,是目前该行业需要着重思考和探索研究的重要问题。
参考文献
[1]叶朝汉,袁聚云,徐枫,董建国.应变局部化理论在基坑设计中的应用[J].岩土工程学报,2006,S1:1425~1427.
[2]张恒,袁聚云,董建国.考虑黏性土应变局部化的深基坑设计研究[J].岩土工程学报,2008,S1:198~202.
作者简介:齐广周(1981-),男,汉族,研究生,工程师。