專利名稱：一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止結(jié)構(gòu)沉降的方法，尤其是涉及一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法。
背景技術(shù)：
大型深埋地下結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行超深基坑開挖施工，同時也需要采用大規(guī)模群樁來承受結(jié)構(gòu)荷載與地下水浮力的作用?；娱_挖坑內(nèi)土體卸荷、回彈，引起樁周土體應(yīng)力場和位移場發(fā)生改變，進(jìn)而影響正常工作狀態(tài)下的樁基承載特性和結(jié)構(gòu)物的沉降變形。目前基坑開挖對坑內(nèi)樁基工作特性影響的研究很少，只有少量學(xué)者采用數(shù)值模擬對單樁極限承載力進(jìn)行了分析，數(shù)值分析精度依賴于對樁-土相互作用、土體特性等因素模擬的準(zhǔn)確性和合理性，同時數(shù)值模擬也無法反映土體超固結(jié)的影響，沒有根本解決結(jié)構(gòu)沉降的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法。一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法，包括以下步驟1)首先對土體剪切蠕變特性進(jìn)行分析，并對樁土界面剪切蠕變特性進(jìn)行試驗，2)采用有限元數(shù)值模擬的方法，不考慮開挖卸荷引起的土體超固結(jié)的影響，假定土體水平應(yīng)力與豎向應(yīng)力力的比值在開挖過程中保持不變，分析土體卸荷回彈對單樁承載特性的影響，幻分析樁頂上拔荷載作用下樁身側(cè)摩阻力的分布規(guī)律及開挖卸荷對抗浮樁的承載特性的影響，4)通過常規(guī)物理模型試驗與離心機試驗，驗證考慮基坑開挖影響的抗拔樁承載特性是否合理，5)基于土體和土結(jié)界面的蠕變試驗成果，分析抗浮樁承載特性的時間效應(yīng)；采用有限元分析方法計算抗浮樁的群樁效應(yīng)系數(shù)；與樁-土 -筏共同作用分析方法相結(jié)合，得到深厚軟土地基深埋地下結(jié)構(gòu)抗浮樁工作性狀及結(jié)構(gòu)長期豎向變形數(shù)據(jù)并進(jìn)行防沉降處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明研究了卸荷引起的土體超固結(jié)效應(yīng)及其對單樁抗拔特性的影響，提出了考慮卸荷回彈與超固結(jié)的單樁抗拔特性分析方法，并通過離心機模型試驗得到了驗證；研究了軟土剪切蠕變特性及其對單樁抗拔特性的影響，并與樁-土-筏共同作用分析方法相結(jié)合，提出了抗拔群樁變形計算方法，研發(fā)了相應(yīng)的程序；揭示了深厚軟土地基深埋地下結(jié)構(gòu)抗浮樁工作性狀及結(jié)構(gòu)長期豎向變形規(guī)律，從而有效解決了地下結(jié)構(gòu)沉降的現(xiàn)象。
具體實施例方式下面以上海500kv世博變地下工程為例，對防止地下結(jié)構(gòu)沉降方法詳細(xì)說明(1) 土體剪切蠕變特性試驗結(jié)果表明剪應(yīng)力水平越大，初始剪應(yīng)變越大，剪切蠕變特性越顯著；當(dāng)剪應(yīng)力水平較低時(R = 25%)，剪切變形穩(wěn)定時間較短，一般可以忽略其蠕變影響；當(dāng)R = 50%和75%時，蠕變出現(xiàn)衰減蠕變階段和穩(wěn)定流動階段，蠕變呈亞穩(wěn)定型，蠕變變形隨時間的增長逐漸增大；上海地區(qū)典型粉土的蠕變特性可采用Prony級數(shù)模型進(jìn)行描述，采用四參數(shù)ftxmy級數(shù)模型模擬合得到的結(jié)果與實測結(jié)果較為吻合；樁土界面剪切蠕變特性與土的剪切蠕變特性基本一致，樁土界面初始剪應(yīng)變與蠕變變形量均要小于土體的剪切變形。(2)基坑開挖坑底回彈及其對單樁承載特性影響的分析結(jié)果表明深基坑開挖坑底土體會產(chǎn)生較大的豎向變形，坑內(nèi)工程樁與土體之間存在相互作用，群樁對坑內(nèi)土體回彈有一定的限制作用，反過來，坑內(nèi)土體對樁也施加了作用；土體對樁的作用表現(xiàn)為樁身上部承受正摩擦阻力、下部承受負(fù)摩擦阻力作用，樁身內(nèi)存在拉力，隨著開挖深度的增加，樁身拉力也逐漸增大；基坑開挖后，單樁承載力與豎向剛度均下降；開挖深度越大，樁承載力與剛度下降越顯著；抗拔樁受開挖的影響要大于受壓樁。(3)開挖卸荷土體超固結(jié)特性試驗結(jié)果表明加載過程中豎向與水平有效應(yīng)力 ο' v o' h保持線性關(guān)系，土壓力系數(shù)不變，卸載過程中σ ‘ v 0 ‘ h關(guān)系為非線性， 超固結(jié)土的靜止土壓力系數(shù)Ktlto)隨土體超固結(jié)比OCR的增大而增大；三段式Ktl加卸載模型可以很好地反映土體在加卸載過程中的應(yīng)力路徑，K0加卸載模型各個參數(shù)的取值應(yīng)通過 Ktl加卸載試驗獲得，在沒有試驗數(shù)據(jù)時，也可通過強度指標(biāo)V和c ‘進(jìn)行計算，本次試驗實測結(jié)果擬合得到的Ktl加卸載模型參數(shù)與按內(nèi)摩擦角壙計算得到的結(jié)果基本一致。(4) 土體超固結(jié)對抗拔樁承載力影響的樁單元體試驗結(jié)果表明超固結(jié)對抗拔樁極限承載力的影響很大，土體超固結(jié)比OCR越大，抗拔樁承載力越大；樁單元體極限承載力模型試驗結(jié)果也可以采用Ktl加卸載模型進(jìn)行描述，樁單元體模型試驗與土單元體試驗得到的結(jié)果基本一致；剛性樁單元體樁身剛度很大，只需要很小的樁頂位移即可達(dá)極限承載力， 砂土地基中的極限位移0. 03 0. 15mm ；粉土地基中的極限位移0. 20 0. 50mm。(5)在土單元體、樁土界面、樁單元體試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了考慮基坑開挖影響的抗拔樁承載特性一維分析方法；通過對土體Ktl加卸荷過程中應(yīng)力路徑分析，對有限元數(shù)值模擬方法進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)土體超固結(jié)的數(shù)值模擬，進(jìn)而實現(xiàn)考慮基坑開挖影響的單樁承載特性有限元分析；算例分析結(jié)果表明，這兩種方法均能很好地反映土體超固結(jié)的影響， 兩種方法的分析結(jié)果基本一致。(6)基坑開挖對抗拔樁承載特性影響的模型試驗結(jié)果表明，模型試驗驗證了基坑開挖坑內(nèi)土體超固結(jié)的影響受超固結(jié)因素的影響，開挖后土體的靜止土壓力系數(shù)Ktlto)大于Ktl0c)，土體水平向應(yīng)力大于正常固結(jié)狀態(tài)土體，因此抗拔樁極限承載力大于正常固結(jié)狀態(tài)；在開挖深度一定的條件下，模型樁樁長越小，開挖引起的樁承載力損失越大；開挖深度越大，坑底土體超固結(jié)比OCR值越大，樁周土體側(cè)壓力殘余值越大，開挖后抗拔樁極限承載力越大。(7)基坑開挖對抗拔樁承載特性影響的離心機試驗結(jié)果表明上海世博變工程抗拔樁的模型樁在開挖前的極限承載力為17038kN;開挖后的極限承載力為12285kN與 13510kN，開挖后極限承載力為開挖前的72%與79%，承載力損失了與21%;如果不考慮超固結(jié)的影響，開挖后的樁側(cè)土體側(cè)向應(yīng)力按正常固結(jié)狀態(tài)計算，極限承載力為開挖前的42% (7175kN) <試驗結(jié)果72% 79%，承載力將損失58%>試驗結(jié)果觀％ 21%。(8)采用考慮超固結(jié)影響的分析方法計算得到的結(jié)果與離心機試驗結(jié)果基本一致，離心機試驗結(jié)果表明開挖后樁的極限承載力損失比分別為、21 %，計算分析得到的樁的極限承載力損失比為32%，說明采用Ktl加卸荷應(yīng)力路徑模型能夠反映超固結(jié)對土體應(yīng)力狀態(tài)的影響，本報告提出的考慮基坑開挖影響的單樁承載特性分析方法得到了驗證。(9)本次分析的是大面積全開挖情況，根據(jù)同濟(jì)的分析結(jié)果，開挖寬度對承載力的損失也有影響，因此實際工程中，坑內(nèi)不同位置的抗拔樁承載力損失各不相同，基坑中心處樁承載力損失接近于全開挖情況，越靠近坑邊損失越小。(10)上海世博變樁基承載特性計算結(jié)果表明本工程開挖深度很大，開挖后樁土界面法向應(yīng)力較開挖前正常固結(jié)狀態(tài)(即Kciw狀態(tài))有大幅度的降低，但受超固結(jié)效應(yīng)的影響，開挖后樁土界面法向應(yīng)力大于土體處于正常固結(jié)狀態(tài)時的法向應(yīng)力；開挖卸荷將導(dǎo)致抗拔樁極限承載力和剛度降低，正常使用階段(3500kN)的單樁剛度由380kN/mm降低至 310kN/mm ；按40mm控制的抗拔樁極限承載力由8000kN降低至7000kN (全開挖情況)，按樁破壞對應(yīng)的極限承載力由15200kN降低至9850kN (全開挖情況)；本工程3 6倍樁徑的群樁效應(yīng)系數(shù)約為80% 90%，考慮群樁效應(yīng)，開挖后樁破壞對應(yīng)的抗拔樁極限承載力最小值為9850*0. 8 = 7880kN ；綜合離心機試驗結(jié)果、考慮開挖以及群樁效應(yīng)影響的計算結(jié)果、 工程樁配筋情況，開挖后單樁承載力極限值不小于7000kN、特征值不小于3500kN。(11)上海世博變長期變形計算結(jié)果表明受土體剪切蠕變的影響，IOOd以內(nèi)抗拔樁變形隨時間的變化較為明顯，200d以后抗拔樁變形基本穩(wěn)定，設(shè)計荷載Q = 3500kN對應(yīng)的單樁上拔剛度會由310kN/mm降低至207kN/mm ；群樁樁筏基礎(chǔ)變形量的決定性因素是樁端土層的卸荷回彈，單樁自身剛度的降低對群樁沉降的影響是有限的；本工程樁端為30m 厚中粗砂層，滲透性好，卸荷回彈變形發(fā)展很快，不會影響到工程的長期沉降；底板最大沉降只增加了 3. 4mm ；底板最大正彎矩基本保持不變，最大負(fù)彎矩隨時間的變化規(guī)律與底板變形類似。
權(quán)利要求
1. 一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法，其特征在于，包括以下步驟1)首先對土體剪切蠕變特性進(jìn)行分析，并對樁土界面剪切蠕變特性進(jìn)行試驗；2)采用有限元數(shù)值模擬的方法，不考慮開挖卸荷引起的土體超固結(jié)的影響，假定土體水平應(yīng)力與豎向應(yīng)力力的比值在開挖過程中保持不變，分析土體卸荷回彈對單樁承載特性的影響；3)分析樁頂上拔荷載作用下樁身側(cè)摩阻力的分布規(guī)律及開挖卸荷對抗浮樁的承載特性的影響；4)通過常規(guī)物理模型試驗與離心機試驗，驗證考慮基坑開挖影響的抗拔樁承載特性是否合理；5)基于土體和土結(jié)界面的蠕變試驗結(jié)果，分析抗浮樁承載特性的時間效應(yīng)，采用有限元分析方法計算抗浮樁的群樁效應(yīng)系數(shù)，與樁-土-筏共同作用分析方法相結(jié)合，得到深厚軟土地基深埋地下結(jié)構(gòu)抗浮樁工作性狀及結(jié)構(gòu)長期豎向變形數(shù)據(jù)并進(jìn)行防沉降處理。
全文摘要
一種防止地下結(jié)構(gòu)沉降的方法，包括以下步驟1)對土體剪切蠕變特性進(jìn)行分析，并對樁土界面剪切蠕變特性進(jìn)行試驗，2)采用有限元數(shù)值模擬的方法，分析土體卸荷回彈對單樁承載特性的影響，3)分析樁頂上拔荷載作用下樁身側(cè)摩阻力的分布規(guī)律及開挖卸荷對抗浮樁的承載特性的影響，4)通過常規(guī)物理模型試驗與離心機試驗，驗證考慮基坑開挖影響的抗拔樁承載特性是否合理，5)采用有限元分析方法計算抗浮樁的群樁效應(yīng)系數(shù)；與樁-土-筏共同作用分析方法相結(jié)合，得到地下結(jié)構(gòu)抗浮樁工作性狀及結(jié)構(gòu)長期豎向變形數(shù)據(jù)并進(jìn)行防沉降處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過檢測地下結(jié)構(gòu)抗浮樁工作性狀及結(jié)構(gòu)長期豎向變形規(guī)律，有效解決了地下結(jié)構(gòu)沉降的現(xiàn)象。
文檔編號E02D33/00GK102561411SQ201010596030
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者樂俊律, 凌道盛, 劉曉東, 徐勍, 朱偉林, 王衛(wèi)東, 王杰, 王滬生, 陳云敏, 陳崢, 陳祖元, 高倚山 申請人:上海久隆電力科技有限公司, 上海市電力公司