软土场地（共3篇）
软土场地 篇1
软土在我国分布十分广泛,软土是指在滨海、湖沼、谷地、河滩等区域近代沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。软土由于其低抗剪强度、高压缩性和弱透水性,工程力学性质很差,直接影响结构工程的稳定性和耐久性。软基处理不当,会严重影响工程质量和使用功能,甚至造成工程事故,损失惨重,教训很多。软土地区地基基础方案的选择是一个复杂的问题,应该在安全—工期—经济的思想指导下考虑软土地区地基基础方案。常用的地基基础方案有:1)直接采用原土地基——结构物基础采用浅基础。2)加固原土地基——结构物基础利用加固的地基做持力层。3)结构物基础采用桩基础。
1 工程概况
1)地理概况。
某开发区位于广州东南部珠江出海口,拟建建筑物10层。场地地质上处于珠江河口三角洲与剥蚀残丘交界。
2)场地工程地质概况。
根据该开发区规划勘察时,对其工程地质分区,属于工程地质条件差,地基条件复杂一级场地。场地广泛分布着第四系Q4和Q3两层淤泥和淤泥质软土层,软土层厚度为15 m～43.9 m,总平均厚度达30 m。特别是顶部新近沉积的5 m～8 m淤泥,为第四系全新世海陆交替相约2500年前新沉积的淤泥层,含水率高,孔隙比大,强度低,欠固结,压缩性高,高灵敏度,易触变。当地质环境改变时,可能受到强烈的破坏,属不良地质现象发育阶段。从垂直与水平固结和渗透试验结果分析,具有明显的各向异性。
2 地基基础方案的讨论
2.1 浅基础
该地区软土层较厚,工程地质条件差,因此采用浅基础无法满足地基承载力和变形的要求,从工程的安全角度考虑,不采用浅基础。
2.2 加固地基或采用复合地基
2.2.1 真空—堆载预压法
结合本场地的情况,淤泥层较厚,含水率高,孔隙比大,压缩性高,强度低,无侧限抗压强度qu<30 kPa,欠固结,可用真空—堆载预压法处理。
采用真空—堆载预压法处理软土地基,必须考虑软土次固结沉降。软土地基在荷载的作用下发生的沉降主要由三部分组成,即瞬时沉降sd,主固结沉降sc和次固结沉降ss。加荷的瞬间主要按弹性模式发生沉降,然后按主固结沉降发展,最后主要按次固结沉降模式(土骨架的蠕动变形等形成的沉降)。次固结沉降是一个时间很长的过程,往往被一些工程技术人员忽略。经验表明,珠江三角洲地区的软土次固结沉降占最终沉降的10%左右[1]。
通过对工程实践研究表明,次固结系数有以下特点:
1)软土的次固结系数随时间的增加有较大减小。2)次固结系数与压缩指数之比基本是一个常数。3)超载预压可减小软土的次固结系数,减小程度与超固结比有关。
通过加大堆载和加长堆载的持荷时间,可降低次固结系数并加快次固结沉降的发生,且通过超载预压可减少使用荷载下的次固结沉降[3]。真空—堆载预压这一方案时间较长,若工期允许的话可采用此方案。
2.2.2 搅拌桩
通过搅拌机械将胶结材料与地基的软土搅拌成桩柱体,这种桩柱体称为水泥搅拌桩,石灰黏土桩或某些胶结物黏土桩,它具有一定的强度和稳定性。由搅拌桩体与四周软土组成复合地基,可以提高地基承载力,减小地基沉降,阻止水体流动,增强地基的稳定性,阻止地下水的渗透。
本地区花斑状粉质黏土层,其顶面埋深一般小于18 m,最大不超过20 m,其标准贯入试验结果统计分析如表1所示。
考虑到花斑状粉质黏土层桩端阻力建议值为950 kPa,而且本场地软土层较厚,可以采用水泥深层搅拌桩复合地基基础方案,但应查明水、土的酸碱度可能对水泥强度造成的影响。
2.3 桩基础
桩基础在软土地基上是常用的基础形式。就端承桩和摩擦桩作比较,端承桩尖落在基岩上,沉降可忽略不计,但长度(约55 m)和承受的负摩阻力均比摩擦桩大。
当采用预应力管桩(PHC)基础方案时,以全、强、中风化花岗岩或密实粗砂、砾砂层作为桩端持力层,从将来建筑物沉降变形讲,无疑比较小,安全度大。有以下问题必须注意。
桩基的沉降(考虑负摩阻力)由四部分组成:1)桩尖以下土层在地面荷载作用下的沉降;2)桩在桩顶荷载作用下的沉降;3)桩在负摩阻力作用下的沉降;4)桩身的压缩变形。
由于场地还需要排水固结,完全可能出现桩周土的沉降超过桩基沉降,设计时应考虑桩侧的负摩阻力作为附加荷载进行桩的承载力和变形设计。
负摩阻力在丹麦等国的设计规范里面已经具体规定,单桩负摩阻力有下列算法:
1)根据土的竖向有效应力:
其中,β为负摩擦力系数,饱和软土为0.15～0.25,黏土为0.2～0.25,粉土为0.25～0.35,砂土为0.35～0.50;σ′v为地基中的有效垂直应力为负摩阻力
2)可由无侧限抗压强度计算5:
其中,qu为无侧限抗压强度;fn为负摩阻力。
求得负摩擦力标准值后,由下式就可以求出作用于桩身的下拉荷载Fn:
其中,fn为中性点以上n层土侧负摩阻力强度的标准值,kPa;U为桩的周长,m;ln为地面至中性点n层土厚度。
由qu=13.7 kPa,软土层厚30 m左右,可得中性点深度ln=18 m,管桩直径500 mm左右,可以计算出:Fn=194 kN。
由此可以看出,本区软土对桩的负摩阻力不可忽视,设计时必须作为附加下拉荷载考虑。
3结语
通过以上分析讨论,以点带面,对珠江三角洲深层软土地区基础方案的选择有以下几点体会:1)控制地基基础的沉降和不均匀沉降是设计的主要问题。2)对于第四纪软土层较厚的软土地基,采用复合地基或桩基础是比较经济、安全的基础方案。3)软土地区必须考虑次固结沉降的影响,次固结沉降一般占总沉降10%左右。4)对软土厚度大的建筑物场地,桩基础设计时要考虑桩的负摩擦力,作为附加下拉荷载进行桩的承载力和变形设计。
摘要：以某开发区工程为例,结合该工程地质概况,对软土场地地基基础方案进行了探讨,分别对浅基础,复合地基,桩基础三种常用的地基方案进行了阐述,通过计算分析,提出了关于珠江三角洲地区软土场地基础方案的合理建议,以指导实践。
关键词：软土,地基基础,桩基础,复合地基,摩阻力
参考文献
[1]刘开元,王洋.路堤荷载作用下次固结沉降分析[J].岩土工程技术,2004(4):192-194.
[2]张晓青.浅谈几种软土地基处理的方法[J].山西建筑,2009,35(6):153-154.
[3]《地基处理手册》编委会.地基处理手册[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2000:59-60.
[4]江苏沪宁高速公路股份有限公司,河海大学.交通土建软土地基工程手册[M].北京:人民交通出版社,2001:44.
[5]史佩栋.桩基工程手册[M].北京:人民交通出版社,2008:179-180.
软土场地 篇2
软土场地常分布深厚的填土、淤泥质土、粉土、细砂等土层, 场地类别为Ⅲ~Ⅳ类, 在地震作用下易使场地土产生液化或震陷影响, 加剧结构地震作用效应。软土场地使基础变形引起上部结构柔度变大, 侧向位移和框架的剪力、弯矩均比底部嵌固时有所增大。对于桩基础, 同一基础随上部结构刚度增大, 基础作用效应亦增大, 加剧地基基础变形, 引起内力重分布, 甚至不满足要求。软土场地无地下室的框-剪结构、框架结构可通过“等效地下层”法计算上、下部结构相互作用。“等效地下层”指地梁层视为半弹性楼面层, 桩基替代框架柱, 考虑地基土的弹性抗力作用, 各桩身宽度之和视为地下室外边线, 且满足抵抗上部结构底部总水平力, 层高根据基础和上部结构最不利作用效应确定。当等效地下层层高不大于桩基入土换算深度时, 上部框架的剪力、弯矩为最不利情况;等效地下层层高为桩身压曲计算长度范围内时, 上部结构对桩基的作用力为最不利情况。若将承台顶面或底面假定为嵌固端, 未考虑基础变形对上、下部结构协同工作, 在外力作用下, 结构存在安全隐患, 易引起“楼歪歪”等质量事故。
1 上、下部结构及桩土协同工作理论
1.1 上、下部结构连接协同工作条件
根据文献[1]可知:上部结构和下部结构连续条件为上、下位移连续, 内力平衡。
1) 位移连续条件:
式中: (vi) 1、 (v'i) 1分别为第i品结构1层侧向位移和转角, m, °;vio、v'io为第i品基础的侧向位移和转角, m、°。
2) 内力平衡条件
对于欠固结的填土、淤泥质土等软土, 上部结构水平位移较均衡时, 偏安全不考虑土对承台、地梁的抗力作用, 故弯矩和剪力平衡时, 即当z=0, 由文献[1]提供公式简化为:
式中:Vioy, Mi0θ分别为第i品桩基础的水平力和弯矩, k N、k N.m;Ki0y、Ki0θ分别为第i品桩基础的水平和转动刚度系数, k N/m、k N.m/°;Iio为第i品结构中桩基截面惯性矩之和, m4;Eo为桩的弹性模量, N/mm2;β为弹性地基梁的弹性特征。
由式 (1) 、 (2) 可知, 对于软土场地的框-剪结构、框架结构无地下室时, 上、下部结构内力、位移与基础、结构的刚度、地基土的特性密切关系, 考虑基础变形后比不考虑基础变形时, 整个结构的柔度变大, 上部结构的侧向位移和内力均有相当程度的改变, 其中底部转动产生的影响要比底部平移产生的影响要大得多。当框架结构增设抗震墙的层数、数量增多, 结构刚度增强, 上部结构侧向位移、结构内力随之逐渐减小。同时, 抗震墙下的桩基内力亦相当程度的改变, 其中抗震墙下桩基的水平力、弯矩要比未设置抗震墙大得多, 且随抗震墙增设层数增多, 刚度增大, 桩基作用力影响范围也逐渐增大, 抗震墙下桩基作用力要比其他框架柱下桩基大得多, 故桩基设计时应计入上部结构传递来的水平、竖向力、弯矩作用、位移的影响及桩土共同作用, 以保工程质量。
1.2 桩土协同工作与水平承载力计算
1) 桩基底地基土竖向抗力系数C0与水平抗力H0i
根据文献[2]提供公式整理得:
当桩基直径d≤1m时, b0=0.9 (1.5d+0.5) , 当直径d>1m时,
2) 单桩水平承载力估算
根据文献[2]、[3], 当桩身配筋率ρg≥0.65%时:
式中参数含义见文献[2]、[3]。
3) 单桩水平承载力重分布验算
由式 (4) ~ (6) 估算的桩顶水平承载力是以水平位移值限制为前提, 当上部框架结构增设抗震墙时, 墙下桩顶水平作用力为最不利或水平位移大于上部结构作用效应的平均位移时, 式 (1) 位移不再连续, 引起桩基、地梁内力重分布, 使抗震墙下桩基作用力减小, 框架柱下桩基作用力增大, 参照文献[4]提供公式验算桩基水平承载力为:
式中:Qi为桩基水平剪力, k N;ki为桩基侧移刚度系数;P为各桩顶水平承载力之和, k N。
2工程情况与实例分析
2.1 工程情况
厦门某油库综合办公楼, 地上5层, 总建筑面积2649m2, 建筑高度19.2m。设计基本风压为0.8k N/m2, 地面粗糙度为B类。抗震设防烈度为7度, 设计地震分组为第二组, 抗震设计基本加速度为0.15g, Ⅲ类场地, 设计特征周期为0.55s[3]。抗震设防为乙类, 安全等级为一级, 框架及抗震墙的抗震等级为一级[3]。桩基设计等级为乙级, 冲孔灌注桩桩径为1 m、1.2m, 桩长约46m, 砼强度等级为C40, 持力层为碎块状强风化花岗岩。场地属海弯沉积, 从上往下土层分布:杂填土厚6.1~7.9m, 未压实处理、欠固结;淤泥质土厚21.7~22.5m, 欠固结;细砂厚6.2~9.8m, 淤泥质土厚0.9~3.6m, 中砂厚0.6~1.4m, 砂砾状强风化花岗岩顶板埋深38.6~40.8m, 碎块状强风化花岗岩顶板埋深43.4~47.0m。软土层厚约40m, 饱和软土淤泥质土可能产生震陷影响。
2.2 结构设计计算分析
1) 框架结构试算:框架梁柱尺寸见表1, 2层结构布置见图1, 砼强度等级为C30。
2) 增设抗震墙
由于Ⅲ类软土场地使地震效应增强, 以及2层开洞5.7m×14.4m, 使轴?~?/ (3) ~ (4) 处2道框架梁不能拉通, 单跨框架结构不能满足文献[3]要求, 梁柱尺寸、配筋出现异常, 2层及以上为开放式办公室, 故仅1层增设抗震墙。1、2层柱砼强度等级为C35, 其它梁、板、柱砼强度等级为C30。结构布置、主要构件尺寸见图1和表1, 由SATWE试算的结构性能见表1。
由表1知, 增设抗震墙后, 上部结构刚度增强, 框架梁柱截面、配筋显著减小, 层间位移角相近, 水平位移、位移比、周期、剪重比有所减小, 计算结果满足要求。X、Y向抗震墙占总地震倾覆力矩分别为28%、30%, 层间位移角限值按框架结构控制, 取抗震墙与框架结构的抗震等级相同。
3) 结构建模分析
情况1:不考虑地梁层, 将1层柱高计算至承台顶面, 在承台顶面假定为嵌固端。情况2:考虑地梁层, 将承台高度设为层高, 在承台底面假定为嵌固端。情况3:计算层间位移角、位移比、周期时在情况2基础上对所有楼层强制采用刚性楼板假定, 用侧刚法计算。情况4:考虑1层剪力墙刚度对基础影响:在地梁层处同1层布置抗震墙, 层高为承台高, 增加桩结构层, 在承台底面假定为嵌固端。4种情况的假定存在不合理, 均未考虑基础变形影响, 结构存在安全隐患。对于软土场地无地下室结构, 桩基层与1层框架柱、墙的刚度比小于2, 不能作为嵌固端, 以及场地回填土欠固结对基础约束差, 侧向位移增大, 需考虑基础变形对结构的不利影响。
3 基础变形对上部结构的影响分析
3.1 等效地下层层高hl的假定分析
情况1:按文献[2]考虑桩身压屈计算长度lc=0.5 (l0+4/α) =6m计算。情况2:按文献[2]换算深度ah=15m计算。情况3:按桩基实际入土深度h=46m计算。建模时按等效地下层设置, 考虑地基土水平抗力的比例系数m值作用。
因软土为欠固结, 不考虑承台、地梁作用, 仅考虑桩身压屈计算长度范围内土弹性抗力作用, 由式 (5) 计算得桩身受土压总面积lc∑b0=245.16m2>213.6m2, 即桩身压屈计算长度与桩身总宽度的受土压总面积大于地下室外边线的土压面积。当hl=6m, m=0 MN/m4时, 由SATWE计算得等效地下层X、Y向的平均位移分别为x0a≈6mm, x0a≈5mm, 则m=5MN/m4时, 由式 (2) 计算得土对桩基总水平抗力V0y=∑Vioy=3677k N>Vx=2756k N, V0y=3064k N>Vy=2727k N, 即桩身压屈计算长度范围内的土弹性抗力作用足以抵抗上部结构地震和水平风荷载作用总水平力。故桩身压屈计算长度可视为等效地下层固定端的最小合理高度。
如仅考虑承台和地梁侧面积Aio=92.02m2<213.6 m2, 则总水平力Voy=1563k N<Vy, 可见仅考虑承台和地梁侧面积是不能满足抵抗水平力作用, 尚需考虑桩基作用;同时桩基设计时应计入上部作用效应及桩土作用。故上部结构假定在承台顶、底面作为固定端是不合理的。
3.2 基础变形对上部结构影响分析
1) 纯框架结构:计算结果表明, 考虑基础变形后, 梁、柱内力增大, 1层框架柱截面、2层框架梁柱节点抗剪均不能满足要求, 随楼层增高影响逐渐减小。
2) 1层增设抗震墙:不考虑抗震墙刚度对承台影响, 等效地下层层高hl分别为1m、6m、15m、30m, 取Y向轴 (6) /?~?、X向轴?/ (4) ~ (6) 的1~3层计算结果见表2、3。
由表2、3知, 考虑基础变形后, 上部结构的侧向位移、内力均有相当程度的改变, 考虑基础变形后比不考虑基础变形时, 整个结构的柔度变大, 侧移增大, 框架的剪力、弯矩均比底部固定时增大: (1) 当等效地下层hl=lc时, 上部结构的侧向位移为最不利情况。 (2) 当hl≤ah时, 上部框架的剪力、弯矩基本上为最不利情况。 (3) 当hl>ah时, 上部框架结构侧向位移和框架的内力随等效地下层高度增高而递减。 (4) 若考虑抗震墙刚度对承台影响, 则上部框架结构内力有所增大。为确保结构安全, 设计结果取包络。
4 上部结构对基础作用效应分析
4.1 抗震墙对桩基作用分析
情况1:采用纯框架结构。情况2:1层增设抗震墙。情况3:1~5层布置抗震墙。等效地下层层高hl分别为1m、6m、15m、30m、46m, 取Y向抗震墙轴 (5) /?, X向抗震墙 (4) /?桩基内力的计算结果分别见表4、5。
注: (1) 情况2a:地梁层考虑1层抗震墙刚度对承台贡献影响。为考察上部结构对桩顶作用效应影响, 增设一层层高1m的桩结构层此时桩顶水平作用力为最不利情况。 (2) 情况2b:地梁层采用框支梁建模计算, 不考虑1层抗震墙对承台贡献作用。
由表4、5知, 上部结构刚度对桩基作用力影响相当大: (1) 纯框架结构, 单桩竖向力随等效地下层层高hl增高而增大, 水平力和弯矩在桩顶均为最不利情况, 随hl增高逐渐减少, X、Y向作用效应差异较小。 (2) 框架结构增设少量剪力墙或框-剪结构, 当hl≤lc时, 桩顶水平力为最不利情况, 随hl增高逐渐减小, 弯矩作用随hl增高而增大, X、Y向作用效应差异较大, 在lc处为最不利情况。当抗震墙分别沿X、Y向布置时, 抗震墙平面内桩基水平作用力为最大, 结构主受力方向的桩基受弯矩作用最大。 (3) 当hl>ah时, 桩基竖向力随hl增高而减小, 靠近桩端有所增大, 水平力和弯矩逐渐减小。 (4) 考虑抗震墙刚度对承台影响, 当hl≤lc时, 桩基受上部结构作用效应比不考虑刚度影响时有所增大, 抗震墙全高设置时对桩基作用效应影响更大些。故无地下室的框-剪结构或框架结构, 当hl≤lc时, 桩基受上部结构刚度影响大, 受力复杂, 为结构最不利部位。
4.2 桩基承载力计算分析
1) 抗震墙下桩基竖向承载力计算
X向抗震墙 (4) /?桩基竖向力最不利值, hl=46m竖向力标准值为4815k N。假设地梁层固定端为承台面时, 抗震墙总竖向力为6211k N, X向弯矩为395k N.m, 抗震墙端柱竖向力为2557k N, 则该端桩总竖向力NEkmax=4682k N<6019k N, 不安全。因深厚软土层的桩基负摩阻力大于正摩阻力, 根据文献[2]仅考虑桩端阻力qsk=3000MPa。ZH2桩端扩大头D=1.4m, 桩端总阻力特征值R=4290k N, 则1.25R=5362k N>4682k N, 单桩竖向承载力满足要求。当hl=6m桩基最不利竖向力为5930k N<1.5R=6435k N, 即考虑弯矩偏心影响单桩竖向承载力亦满足要求。
2) 桩基水平承载力计算
松散回填土为软弱状态k0=1×104k N/m3, m=5MN/m4, vio=x0a=10mm时, 由式 (2) ~ (6) 计算的结果见表6。
注: (1) ZH1桩Vi0y=747k N>Vkmax=232k N/m, 或Vi0y<1042k N, Mi0θ=1169k N.m>1014k N.m。即框架柱下桩基承载力满足要求, 抗震墙下桩水平承载力不能全满足要求。 (2) ZH2桩Vi0y=947k N<Vkmax=1168k N, 或Vi0y<Vkmax=1634k N, Mi0θ=1803k N.m<1886k N.m, 偏差4.6%<5%, 即抗震墙端柱下桩基水平承载力不满足要求, 抗弯承载力基本满足要求。
可见, 增设抗震墙时, 墙下桩基承载力大于未设置抗震墙的框架柱下桩基承载力, 抗震墙下桩基承载力为最不利情况或变形不能满足要求, 需增大桩径, 或对桩身压曲计算长度范围内的回填土进行压实处理。考虑等效地下层高为6m, 回填土最深为8m, 为了避免淤泥质土地震时产生震陷影响, 可采用水泥搅拌桩对回填土、淤泥质土层进行处理, 以消除场地震陷不利影响。当填土为稍密状态m=13MN/m4, k0=2.5×104k N/m3, vio=x0a=10mm时, 同理计算得ZH1、ZH2桩的承载力可满足要求。
3) 桩土的弹性抗力与水平承载力
由式 (6) 计算得抗震墙下桩顶的水平位移x0a大于上部结构平均位移, 即由表2、3知等效地下层承台顶面地震和风荷载作用组合平均位移分别为vio=4.27mm, 或vio=3mm<x0a=10mm, 引起桩基内力重分布。选取X向轴?、Y向轴 (5) 等效地下层见图4、5, 由式 (4) 、 (7) 计算得土的弹性抗力、桩基水平力见表7, 抗震墙下桩基作用力减小, 框架柱下桩基作用力增大。因Q1<Rha E, Q2<Rha E, 故桩顶承载力满足要求。
4) 抗震墙下承台梁计算分析
1层设置抗震墙, 未考虑基础变形, 采用JCCAD[5]计算抗震墙下1.4m×1.5m承台梁的配筋为22.5~26.72cm2, 计算结果偏不安全。考虑基础变形后, 抗震墙下承台梁实质上是转换梁构件, 与上部结构整体协同工作, 受力复杂, 按框支梁进行设计。经整体计算该承台梁的配筋为84cm2, 相差214%。另外轴?/ (1) ~ (6) , 轴 (2) /?~?, 轴 (5) /?~?地梁因抗震墙约束及抗震墙下桩顶水平位移大于上部结构平均位移, 引起桩基、地梁内力重分布, 内力、配筋量大幅度提高。
5 结语
软土场地无地下室的框-剪结构、框架结构, 将承台顶面或底面假设为嵌固端, 未考虑上、下部结构协同工作, 结构存在安全隐患。应用于软土场地抗震区的框架结构, 适量增设抗震墙, 加强上、下部结构协同工作验算及基础构件计算以保结构安全。对于桩基础, 一般情况下, 等效地下层层高采用桩基换算深度进行计算上部结构的内力值基本上为最不利情况, 采用桩身压屈计算长度计算上部结构对桩基的弯矩作用和上部结构位移为最不利情况;承台底时桩顶水平作用力为最不利情况。当抗震墙下桩基水平位移大于上部结构平均位移时, 引起桩基、地梁的内力重分布, 需重新验算桩基、地梁等承载力。故桩基设计时应计入上部结构传递来的水平、竖向力、弯矩作用、位移的影响及桩土共同作用, 以保工程质量。
摘要：基于基础与上部结构力学性质、桩土协同工作, 以“等效地下层”法分析了某软土场地综合办公楼基础变形、结构刚度变化对上、下部结构作用。结果表明, 无地下室软土场地的框-剪结构、框架结构考虑基础变形后, 上部结构作用效应比底部嵌固时有所增大;同一基础随上部结构刚度增大, 外力对基础的作用效应亦增大;如未考虑上、下部结构协同工作, 结构存在安全隐患;“等效地下层”法可便捷地实现上、下部结构及桩土协同工作验算, 计算结果满足工程精度, 以保工程质量。
关键词：软土场地,结构设计,抗震墙,基础变形,基础承载力,协同工作,结构效应
参考文献
[1]包世华, 张铜生.高层建筑结构设计和计算 (下册) [M].北京:清华大学出版社, 2007:101-110.
[2]中国建筑科学研究院.JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3]中国建筑科学研究院.GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
[4]龙驭球, 包世华.结构力学 (上册, 2版) [M].北京:高等教育出版社, 1994:477-500.
软土场地 篇3
一、软土的主要性质
我国软土主要在沿海地区分布, 从地理区域上进行划分主要分为以下几区[1]。首先是珠江三角洲地区软土, 其次是深圳地区软土, 再次是福建沿海软土, 最后是浙江沿海软土, 除此之外, 还有上海软土、天津软土以及连云港软土等。在浙江宁波的附近地区的软土区, 是比较有代表性的软土区域, 厚层软土在这一区域有着较大的覆盖面积。宁波的软土区有着较为典型的软土土质, 其中不仅有海绵结构, 同时还有层理结构, 厚层状软土有着极高的压缩性, 在天然含水量以及天然孔隙比等方面的参数都较为典型, 不仅压缩性较高, 同时还有着较高的灵敏度。在这样的土质环境中, 不仅强度不高, 而且还有着极强的透水性, 在这种情况下将会发生较为严重的地面沉降。这一地区的软土不仅厚度很大, 同时分布也十分广泛。在这种情况下进行地铁工程施工, 将会在岩土工程方面出现很多问题。
首先软土层的广泛分布, 将会引起严重的地面沉降[2]。这在宁波地区已经形成了大规模的地质灾害, 在这种情况下, 城市地下结构将会受到严重影响, 并且会发生持续性的沉降。如果任由这种沉降状态长期存在, 将会在一定程度上损害到地铁管线, 使得管片裂隙逐渐增加, 工程将会出现严重的渗水现象, 更严重的甚至有可能在透水的情况下出现灾害事故。
其次, 在针对深基坑工程进行具体开挖过程中, 需要使得基坑工程保持在稳定状态, 同时周边建筑物也不能够受到影响, 地下设施的安全也需要进行保证, 在这种情况下进行支护结构的设置将需要投入高成本的资金, 并且将会存在很大程度的风险。
再次, 在针对软土层的进行具体的盾构施工过程中, 施工将会产生一定程度的扰动, 使得土体呈现程度较大的沉降, 这样一来地下设施将会受到严重影响, 在此基础上还将会对地铁构成一定程度的安全威胁。
最后, 软土地区的土质, 不能够形成较大程度的摩擦阻力[3]。面对这种情况, 必须在进行支护结构设置过程中, 增加支护深度, 在这种情况下, 工程造价将会无形中增加。
二、地下连续墙支护体系设计
在针对地下连续墙进行具体的支护体系设计过程中, 有着常规的支护结构标准, 第一, 在针对基坑工程进行具体的开挖操作中, 需要维护地下结构的稳定, 使得支护结构系统能够在一定程度上保持坚固。第二, 在针对当下结构进行具体的开挖施工时, 使得基坑工程内部能够在含水量方面保持在标准参数范围内[4]。最后如果支护结构发生形变, 需要保证整个结构系统能够控制在标准范围内, 从而确保结构系统能够稳固安全。在以上条件都能够符合相关标准的情况下, 整个地下基坑工程才能够在具体施工过程中, 避免对周边环境造成一定程度的破坏, 从而保证相关设施和基坑能够不受到损害。
三、有限元基本理论
在有限元的理论体系中, 能够针对非线性问题以及复杂边界问题进行具体处理, 同时还能够将非均质问题进行有效解决。从专业角度来讲, 岩土工程存在着几个方面的结构特征:首先, 地应力场存在着一定的独立性, 不依托于结构体系存在, 即使不对工程进行具体的问题分析, 应力同样会在土层中存在, 并且土体不会发生位移。其次只有应力-应变本构之间才会在土体中存在着复杂的关系, 并且存在着极为明显的非线性特征。针对不同类型的土质条件, 或者更为复杂的岩土工程问题, 利用有限元理论都能够进行妥善解决。在这种情况下, 针对地铁工程的岩土工程问题利用有限元理论, 已经逐渐成为重要的手段。
从现实状况来看, 利用三维有限元将会花费太长的时间进行计算, 因此这种方式只有在进行特殊工程时, 才能够得到应用。然而通过二维有限元的方式, 将能够使得基坑工程的问题得到简化, 用处理平面问题的方式进行具体处理。但是二维有限元只有针对基坑中部才能够得到更加精确的结果, 在针对边缘部位时将会产生较大程度的误差。在三维模型中针对基坑工程需要对空间的尺寸效应进行充分考虑, 并且作出科学合理的选择。基坑工程中产生最大位移的位置, 通常情况下都处于基坑工程的中间部位, 在坑角附近的位置较少出现大幅度位移, 针对这种情况利用二维模型, 同样能够取得理想的精准效果。
四、两种模型结果差异产生原因以及验证
4.1土体沉降比较和验证
通过相关统计数据能够明确得知, 标准的最大沉降值与实测值之间存在着一定程度的误差, 实测值通常大于标准值, 在这种情况下, 模型才算是整体上趋于合理。但是在模型中各方面条件都过于标准化和理想化, 能够做出均匀的土层划分, 但是在实际情况中, 地下工程会与周边建筑之间产生一定程度的荷载或者动载作用, 在这种情况下, 实测值将会大于计算值。在这种情况下, 二维模型将会展现出一定的优势, 更接近真实沉降。
4.2基坑隆起比较和验证
在针对基坑隆起进行具体比较过程中, 两种模型之间相差无几, 最大隆起的计算值都小于实测值, 在这种情况下, 模型才算合理, 并且两种模型之间在计算结果上相差无几。这在一定程度上说明, 二维模型能够对实际工程起到很好的模拟效果。
4.3连续墙水平位移比较和验证
在针对地下连续墙进行水平位移方面的具体比较过程中, 实测数值要大于计算数值, 这样的模型才是合理的。但是在模型系统中, 地下连续墙是作为一项系统的整体存在着, 并没有将分解特性展现出来, 并且地下连续墙在模型中的刚度被假设在均匀状态, 忽视了施工过程中无可避免的误差, 在这种情况下针对工程刚度的计算值要大于工程刚度的实际值, 所以地下连续墙在模型中, 产生的变形更小。在地下连续墙的水平位移上, 二维模型的数值比三维模型的数值大, 这在一定程度上说明了在二维模型中, 忽视了地下连续墙的整体性, 但是在三维模型系统中, 关注到了这一点, 并且强调了连续墙的闭合整体性。在这种情况下, 三维模型能够表现出更加优越的承载性能, 并且产生的形变相对较小。
结语:在软土场地中进行地铁工程的具体开挖工作, 将会对周边环境造成一定程度的影响, 同时还将产生一定程度的地面沉降, 这将会对地下工程造成较为严重的结构破坏。在这种情况下, 通过地下支护的方式进行维护, 是一种较为有效的措施, 通过模型针对工程状况进行具体计算, 将能够得到精确客观的数据, 从而保证地铁工程能够在科学数据的指引下进行。在这种情况下, 就需要针对不同的工程情况, 选择针对性的模型进行计算。
摘要：在我国现代化城市建设的进程中, 地铁线路的规划建设已经曾为一项重要的工程项目, 地铁已经在一定程度上展示着一座城市的文明。但是随着工程建设的推进, 在一定程度上对软土环境造成了很大影响。本文通过对地铁工程的全面研究, 针对在基坑开挖过程中对周边地质环境造成的影响进行了系统探讨, 并针对其对地面沉降产生的影响进行了系统阐述。
关键词：软土场地,地铁工程,地面沉降
参考文献
[1]宋晓东.软土场地某地铁站明挖施工队地面沉降影响研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2012, 2 (12) :10-13.