沉降标准（通用6篇）
沉降标准 篇1
摘要：随着中国现代化经济飞速的发展, 地下交通领域也逐渐成为发展的重要环节, 特别是地铁工程, 俨然成为衡量一个城市发达程度的重要标准, 也是未来交通不可或缺的组成部分。我国地铁工程已经进入了一个突飞猛进的发展阶段, 地铁工程施工技术, 也成为当下需要研究的重要领域。在地铁施工过程当中, 通常要考虑施工影响之下, 地下建筑物的安全和周围岩体结构的稳定。针对地表沉降这一部分, 本文浅要提出了控制标准, 供施工监测作为参考。
关键词：地铁施工,地下建筑物,地表沉降,控制标准
1 地表沉降形成原因及对房屋结构的影响
伴随着我们西安地铁工程二号线的运营, 一号线、二号线南延段、三号线全线及四号线试验段的建设, 随之而来也产生了一些有待解决的难题, 其中之一就是在地铁工程施工过程中带来的地表沉降和对上层建筑物结构稳定性的影响。地铁工程受自身工程特点的限制, 多存在于人口密集、建筑物存在紧密的经济发达区域, 又因为施工强度较大, 在岩土开发过程中, 对土体本身造成一定的影响是不可避免的。这就会引起洞室周围的地表产生形变, 当这种形变累计到一个特定的限度时, 就会对周围建筑物、道路、管线产生安全威胁。这其中影响最为严重的就是对房屋结构, 总结归纳下来大体可以分为三个方面:第一是对房屋上部结构的损坏。在地下开挖过程中产生的不规则沉降对结构内力产生影响, 可能导致房屋建筑物开裂, 严重的甚至会造成结构失稳而坍塌;第二就是对建筑物地下结构的损害, 尤其是基础部分。地下作业导致的土体变形不仅仅体现在沉降一个方面, 同时还会在水平方向产生拉压应力, 如果不加以控制, 可能对基础的稳定性产生不可估量的危害。第三则是由于对土体的扰动破坏, 可能会导致土体松弛, 大大减少地基承载力。因此在城市地铁规划方面, 应该做好事先的调查工作, 尽量避免土体开挖对周围造成干扰, 有效控制沉降。根据以往地铁建设经验来看, 目前的地铁施工技术还有待进一步完善, 地表沉降造成的大小事故仍然屡见不鲜, 一旦发生了建筑物开裂、倾斜、管道破裂等事故, 就会对市民的正常生活造成影响, 甚至威胁生命财产安全, 这就与地铁工程服务百姓的目的背道而驰。事故产生所造成的经济影响和工期拖延则会增加地铁施工的成本, 所以一定要对地表沉降提高重视程度, 把沉降控制在标准的安全范围之内。
2 地表沉降的控制标准
2.1 按照地表环境的基本要求分析沉降的控制标准
地层的不均匀沉降地下建筑物的影响, 主要体现在对结构的影响方面, 土体的横向拉压应力会对地下建筑内部的应力造成影响, 引发建筑物的倾斜、失稳、或者坍塌。根据我国相关规范对建筑物倾斜度的限制, 砌体结构的建筑承重基础的局部倾斜应控制在百分之三以内, 多层和高层民用建筑的基础局部倾斜程度要控制在百分之一到百分之四之间, 根据高度不同严格进行规范。依据这些规范所给出的倾斜标准, 加上实际工程施工中的测量结出的沉降宽度, 就可以通过计算, 得出地表沉降最大的下沉允许值。根据以往的施工经验, 地表的横向沉降规律可以近似于著名的peck曲线来进行计算, 公式:距离隧道中心的轴线为x处的地表沉降值S (x) 等于Smaxexp[-x2/ (2i2) ]。m, i是地表沉降槽的宽度大小。它的曲线为沉陷槽形状, 类似于概率论中的正态分布曲线。
假设地下建筑物相邻梁和柱之间的间距, 小于或者等于沉降槽拐点, 因为地下建筑的下部产生的倾斜值应该小于或者等于有关规范的允许倾斜值, 所以差异沉降值ΔS与地下建筑相邻梁和柱的距离L的比值, 应该小于或者等于地下建筑物规范中允许的倾斜值。根据peck的曲线走势可知, 在拐点处的曲线斜率应该最大, 在这种极限条件约束下的坡值应该小于或者等于相应可允许倾斜值。可根据极限条件得出地表能允许的最大沉降值为:S等于拐点的最大斜率i比0.61, 再乘以地下建筑允许倾斜值。
另一种情况, 当建筑物临近的柱间距很大, 达到或者超过地表沉降槽的宽度i的两倍时, 沉降对于地下建筑物的影响就不仅仅局限在倾斜这一个方面, 随之而来的还有承载受力的梁和柱的弯曲形变。当沉降量超于一个极限值的时候, 可能会导致地下建筑物的梁和柱因承担不了弯曲形变而产生断裂, 或者底板结构因挤压而产生裂缝, 影响结构安全。若根据地下建筑物结构的允许应变作为计算极限的控制基准, 则地下结构的梁、柱、板所能承受的应变[ε]等于梁板的极限抗拉强度[σ]与所用材料弹性模量E的比值。这种情况下, 沉降量在地下建筑物梁。板与隧道纵向成90度时, 取值最小。
2.2 在地表环境条件约束下分析地表沉降控制标准
2.2.1 根据拱顶的下沉最大极限来推算地表沉降标准值。
经过多年的施工现场经验和累计的理论分析表明, 决定浅层地下工程稳定程度的条件, 拱顶下沉极限值起到的作用一般比水平收敛极限值起到的作用要更为明显。梳理好拱顶位移大小和地表中线位移大小的换算关系以后, 就可以将拱顶的控制标准, 经过计算, 换算成地下沉降标准来使用。
2.2.2 根据地层极限变形推算地表沉降标准值。
地层终极破坏极限状态的最大沉降量Smax应该等于曲线拐点到中心的距离比0.61, 乘以周围岩体的极限剪性应变γp, 或者乘以经验系数K和弱面走向和水平面夹角β的乘积。
2.2.3 根据车站的安全运营系数来确定地表沉降标准值。
根据铁路部门相关的维修规则规定:若存在两股钢轨顶面水平偏差, 正线的偏差不得大于4毫米, 其他的站线不得大于5毫米。但是如果有水平差大于等于4毫米的三角坑存在于延长不足18米的距离之内时, 则有可能会地铁较少荷载或者轨道悬空, 会产生地铁出轨的可能。按照曲线的发展趋势, 由于轨道高低不平所得出的地表沉降允许值Smax等于铁路的轨道允许10m弘量的最大值[δ]与测量弦长L的比值的二倍。
由以上几方面可以得出的几个地表沉降标准值中, 在建筑物允许的沉降值和地层允许的沉降值之间, 选择比较小的一个作为沉降控制标准值, 然后再考虑轨道上有车辆运行的时候, 根据实际情况再次修改沉降标准。
结语
地铁隧道开挖导致的土体形变以及地面沉降现在看来是无法避免的, 当地表沉降达到一定的程度时, 就会对上层建筑或下层基础造成影响, 所以地铁隧道的施工对于沉降的控制就显得尤为重要。在发展施工技术水平的同时, 要做好人为可避免的工程事故, 从而确保在建筑物结构整体安全的情况下, 完整有序的进行施工。
参考文献
[1]阳军生, 刘宝琛.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].北京:中国铁道出版社.2002.
[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社.2004.
沉降标准 篇2
关键词：超载预压,沉降观测,次固结沉降量,次固结系数
0前言
大面积软基的主要问题是工后沉降[1], 即排水固结处理后软基仍可能发生较大的后期沉降而对上部结构物造成较大影响, 危害建筑安全性或影响其正常使用功能。因此, 对于预压排水加固软弱地基的工程, 通常都会提出工后沉降限值要求。
由于长期沉降观测资料较难获得, 迄今为止对次固结沉降的估算方法、影响评估均缺乏足够的资料验证。大面积软基处理计算时关注的重点基本还是主固结沉降, 而对主固结完成后的次固结沉降量的估算往往与实际相差较大。
本文基于深圳地区一个软基处理项目长达4年多的实测沉降资料, 获得了深厚淤泥的次固结沉降量, 探讨了淤泥层的总沉降量、主固结沉降量和次固结沉降量之间的关系, 分析了次固结沉降占总沉降量的比例, 推算了区域软土的次固结系数。通过数据分析揭示了次固结沉降在量值上不可忽视, 有时会对后续工程产生重大影响;推算的次固结系数可供该地区软基处理工后沉降计算提供参数。
1工程概况
本工程位于深圳蛇口港, 加固面积为7万平方米, 天然状态下的地层大致为:表层淤泥, 层厚平均约为17.4m, 泥面低于最低潮位;其下为性质良好的粘土层、粘土含砂砾层, 各土层的物理力学性质指标见表1。
采用排水板预压加固淤泥层。加固前先以中粗砂铺填覆盖出水面, 再打设塑料排水板堆载预压。排水板正方形布置, 板间距1.1m×1.1m。插板施工持续4个多月, 插板完工4个月后开始填砂, 堆填砂施工持续约6个月。由于其它原因, 堆填的压载砂在堆填完成后4年多才开始卸载, 卸载前的压载砂面标高为黄海高程5.1～7.3m, 比设计竣工面高出1.2～3.2m。施工期在加固区设置20多个沉降观测点进行沉降观测, 满载后继续观测11个月, 在卸载前夕进行了最后一次观测, 观测持续时间长达1700多天。
2沉降观测资料分析
本文选取位于加固区腹部的5个沉降观测点资料进行分析, 资料较完整, 基本可以代表淤泥层加固的总体情况。图1分别为P2、P6、P11、P18和P21沉降观测点的荷载-沉降关系曲线。
从图1中可以看出, 随着荷载的增加, 沉降开始增加较快;当加载稳定后, 沉降继续发展, 在很长一段时间内持续发生。
3沉降计算分析
3.1 最终沉降量估算
根据实测曲线变化趋势, 采用指数曲线拟合法对曲线后段进行拟合, 估算软基的最终沉降量, 其相应的推算公式为:
加荷初期的瞬时沉降采用下式[3]计算:
依据上述公式和沉降曲线计算得到表2所示最终沉降估算值和瞬时沉降估算值。
3.2 主固结沉降计算
应用弹性理论计算地基中的竖向附加应力, 采用一维压缩试验确定的压缩模量, 采用单向压缩分层总和法得到土层的固结沉降量为:
3.3 次固结沉降计算
地基的最终沉降量可表示为:
则次固结量沉降为:
根据式 (7) 计算得到各个沉降观测点的次固结沉降量结果, 见表3, 次固结沉降量与总沉降量之间的比值在4.7%～8.8%, 平均约为7.3%。
3.4 次固结系数计算
根据固结沉降计算得到不同预压时间的固结和沉降量, 见表4。
从表4中可以看出P2、P6、P11和P18、P21分别在时间745d和716d后, 固结度均达到99.9%, 在工程应用中可以认为主固结沉降已经完成[4], 其后发生的沉降应以次固结沉降为主。
次固结系数的定义为:
式中Δe可表示为:Δe=Δs (1+e0) /H1 (9)
将式 (9) 代入式 (8) 得:
而前述图1中次固结段对数曲线的斜率可表示为:
将式 (11) 代入式 (10) 得:
对各沉降观测点实测资料的次固结段进行曲线拟合如图2, 可获得次固结段对数曲线的斜率Cαh, 利用式 (12) 计算得到不同测点的次固结系数见表5。
本工程根据实测资料获得的次固结系数的平均值约为0.045, 比深圳地区前湾填海工程和深圳西部通道一线口岸工程室内试验得到的次固结系数稍大。
4结语
(1) 本预压加固工程沉降监测数据历时1700多天, 各沉降观测点数据规律基本一致, 监测数据完整可靠, 能客观反映地基工后沉降的发展规律;
(2) 本工程厚层淤泥在排水板预压荷载作用下, 次固结沉降量达0.141～0.352m, 约占估算总沉降量的4.7%～8.8%, 其绝对沉降量值超过了一般建筑物对地基的沉降控制要求, 可见对于此类软弱土地基, 加固设计时只考虑主固结沉降将偏于不安全;
(3) 通过对本工程实测沉降数据次固结段的分析, 推算出该区淤泥土层次固结系数平均值约为0.045, 可供该区软基处理设计估算工后沉降量计算参考。
参考文献
[1]赵维炳, 唐彤芝, 高长胜等.控制工后沉降处理深厚软土地基[M].北京:人民交通出版社, 2006.
[2]林本义.对由实测沉降过程线推算固结参量法的探讨[J].水运工程, 1992, (1) .
[3]龚晓南.地基处理手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.
沉降标准 篇3
1 试验及评价指标
1.1 试验仪器与药剂
主要试验仪器有:D/Max-RA型转靶X射线衍射仪、WGZ-1A型光电浊度仪、二分器、恒温烘干箱、标准套筛、顶击式标准振筛机、金属盆、真空过滤机、制样机、马弗炉、电子天平、磁力搅拌器、烧杯、量筒、秒表等。
试验药剂分凝聚剂和絮凝剂两种。凝聚剂有氯化钙(Ca Cl2)、三氯化铁(Fe Cl3)、硫酸铝(Al2(SO4)3);絮凝剂有非离子型聚丙烯酰胺(PAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(PHP)、淀粉接枝共聚物。
1.2 试验方案
试验所用煤泥水取自该选煤厂浓缩机入料,并采用二分器缩分出试验所需的煤泥水样。采用过滤烘干法测定煤泥水的浓度;参照GB/T19093-2003《煤粉筛分试验方法》分析煤泥水样品的固体颗粒粒度组成;参照GB/T212-2008《煤的工业分析方法》测定煤泥水固体灰分;缩分出适量筛分后的小于0.045 mm粒级样品,采用D/Max-RA型转靶X射线衍射仪分析煤泥的矿物组成;参照GB/T 18712-2002《选煤用絮凝剂性能试验方法》进行煤泥水凝聚、絮凝沉降试验,并采用WGZ-1A型光电浊度仪测定煤泥水的上清液浊度。
1.3 评价指标
在选煤厂对煤泥水沉降的考察指标中,首先要关注浓缩机溢流澄清程度能否达到再循环的要求,并保证一定的清水层厚度;其次要关注浓缩机底流浓度是否合适。由于沉降后的煤泥大多要经过压滤作业,底流浓度过小会造成输送和过滤环节的动力浪费,浓度过大则可能导致浓缩机压耙。而浓缩机底流浓度与沉降速度有关,沉降速度越大,底流浓度也越大;同时,沉降速度还直接影响到浓缩机的处理能力。因此,本研究选用上清液浊度和煤泥水沉降速度作为煤泥水沉降试验的评价指标。
1.3.1 上清液浊度
药剂沉降5 min后,用移液管移取液面下50mm处上清液,采用WGZ-1A型浊度计,快速测定各澄清煤泥水样上清液的悬浮物含量。该浊度计的单位为NTU,1 NTU相当于1 L水中含有1 mg的Si OR2R(或1 mg白陶土、硅藻土)时所产生的浑浊程度。
1.3.2 沉降速度
煤泥水沉降速度评价指标选用初始沉降速度,参考GB/T 18712—2002《选煤用絮凝剂性能试验方法》规定计算。
2 煤泥水性质
2.1 粒度组成分析
煤泥的粒度组成对煤泥水的沉降效果起决定作用。实验表明,煤泥水中大于0.07 mm的颗粒沉降速度较大,可自然沉降;0.07~0.010 mm的颗粒沉降速度较慢,需在凝聚或絮凝状态下沉降;小于0.010 mm的颗粒是造成选煤厂“细泥”积聚的主要组分,必须在快速凝聚条件下进行絮凝沉降[1]。某选煤厂煤泥粒度组成见表1。
注:样品浓度为37.72 g/L。
由表1可以看出:样品粒度较细,以高灰细泥居多。样品中大于0.074 mm粒级含量22.18%,灰分65.25%,该粒级含量较低,主要以矸石粗颗粒为主,易于沉降;样品中小于0.045 mm粒级含量74.13%,灰分48.75%,含量较高,细泥表面所带电荷较高,彼此斥力较大,阻碍了颗粒的沉降,是煤泥水不能自然澄清的直接原因。样品中各个粒级的灰分都很高,且随着粒度的减小先降低后升高,可见煤易碎而矸石不易碎,矸石存在一定泥化现象。
2.2 矿物组成分析
细粒级煤泥的矿物种类和含量对煤泥水的沉降特性具有重要影响。采用D/Max-3B型X射线衍射仪分析小于0.045 mm粒级煤泥的物质组成,煤泥的X射线衍射图谱如图1所示。
(K:高岭土;Q:石英;I:伊利石;I/S:伊蒙混层;S:蒙皂石;C:方解石;P:黄铁矿;F:长石;D:白云石;O:其它)
由图1可以看出:小于0.045 mm粒级煤泥中主要矿物为高岭石,其次为石英,还含有少量的伊利石、伊蒙混层、蒙皂石、方解石、长石、黄铁矿、白云石和其它矿物。高岭石、伊利石、伊蒙混层、蒙皂石属粘土矿物,由于粘土矿物的特殊结构,其不仅能使煤泥水分散体系稳定存在,而且具有自身强化机制是选煤厂“细泥”积聚的主要成分和形成高泥化煤泥水的主要原因[2];石英、方解石、长石、白云石性质稳定,在水中易沉降,对煤泥水沉降过程影响不大;黄铁矿易使溶液产生酸性,能促进盐类矿物在水中的溶解,有助于微细颗粒的沉降[3]。可见粘土矿物含量高是选煤厂煤泥水难沉降的主要原因,该选煤厂煤泥水需要在快速凝聚条件下进行絮凝沉降。
3 药剂沉降试验
3.1 凝聚剂试验
为考察各种药剂的优劣,找到适合该选煤厂煤泥水沉降的凝聚剂,本试验选用了三氯化铁、硫酸铝和氯化钙三种药剂进行凝聚沉降试验。通过前期探索试验,确定凝聚剂最佳用量的大致范围后,进行三种药剂的凝聚沉降试验,结果如表2所示。
从表2可以看出:
(1)单独添加凝聚剂,煤泥水的沉降速度较慢,但上清液浊度较低,这是由其凝聚机理决定的。煤泥颗粒表面一般荷负电,凝聚剂电离出带正电的离子中和颗粒表面的负电,使其双电层压缩,电动电位降低,斥力减小,促使凝聚发生,生成凝聚体小颗粒;虽然煤泥水体系中颗粒数量减少,但凝聚体小颗粒沉降速度仍然较慢[4]。
(2)氯化铁和硫酸铝的最佳用量为300 mg/L,氯化钙的最佳用量为1 100 mg/L,超过最佳用量沉降效果变差。这主要是由于添加量过大,药剂在矿浆中不容易分散。在最佳用量下,氯化钙和氯化铁的凝聚沉降效果较好,其中,三氯化铁的优点是用量较少,氯化钙的优点在于沉降速度快且价格低廉,所以综合考虑选择氯化钙作为本试验中的凝聚剂。
3.2 絮凝剂试验
为找出适合于该选煤厂煤泥水沉降的絮凝剂,本试验中选用非离子型聚丙烯酰胺(PAM)、阴离子型聚丙烯酰胺(PHP)和淀粉接枝共聚物三种药剂进行絮凝沉降试验研究。通过前期探索试验,确定不同絮凝剂最佳用量的大致范围后,进行三种药剂的絮凝沉降试验,结果如表3所示。
从表3可以看出:
(1)单独添加絮凝剂,煤泥水的沉降速度较快,但上清液浊度较高。高分子絮凝剂能够通过桥联作用,吸附多个微粒,形成絮团,加快沉降速度;但絮凝剂一般不改变或很少改变颗粒表面的电性质,煤泥水体系中颗粒数量并未减少,部分微粒不能被絮凝剂分子吸附,悬浮于上清液中,所以浓度较高[4]。
(2)PAM的最佳用量为9.0 mg/L,PHP和淀粉接枝共聚物最佳用量为1.6 mg/L。对于该选煤厂煤泥水,淀粉接枝共聚物的絮凝沉降效果最好,用量也较少,实验观测所形成的絮团大且密实。PHP作用下的沉降效果差于淀粉接枝共聚物,PAM药剂用量较大。研究表明:淀粉接枝共聚物带有阳离子支链,在水中不但具有普通絮凝剂吸附架桥、形成氢键的作用,还能水解出阳离子与水中的胶体颗粒发生吸附、架桥和电中和作用;此外,淀粉接枝的半刚性多支链型结构还可以增加卷扫作用,从而提高絮凝效果[5]。因此,选择淀粉接枝共聚物作为本试验中的絮凝剂。
3.3 凝聚—絮凝试验
选用Ca Cl2、淀粉接枝共聚物分别作为凝聚剂和絮凝剂,先用凝聚剂将煤泥水中微粒凝聚成较大颗粒,再加入絮凝剂通过架桥作用,使煤泥水快速沉降。凝聚—絮凝联合沉降试验结果如表4所示。
由表4可以看出,Ca Cl2和淀粉接枝共聚物联合使用时,药剂产生了协同作用,沉降效果优于两药剂单独使用时的效果。Ca Cl2最佳药剂用量为800 g/L,淀粉接枝共聚物最佳用量为1.6mg/L,此时,初始沉降速度为33.85 cm/min,上清液浊度为50.3 NTU,煤泥水的沉降效果可以满足生产要求。
4 结论
经过对该选煤厂煤泥水性质分析,选用几种常用凝聚剂和絮凝剂进行用量和种类筛选试验,选用最佳药剂进行凝聚—絮凝试验,可以得到以下结论:
(1)根据分析,煤泥水样品中的煤泥粒度较细,以高灰细泥居多,矸石存在一定泥化现象,是煤泥水不能自然澄清的直接原因。粘土矿物含量高,是该选煤厂煤泥水难沉降的主要原因,需要在快速凝聚条件下进行絮凝沉降。
(2)单独使用凝聚剂和絮凝剂达不到良好的沉降效果。单独使用凝聚剂,煤泥水沉降速度较慢;单独使用絮凝剂,煤泥水上清液浊度较高。最佳凝聚剂为氯化钙,最佳絮凝剂为淀粉接枝共聚物。
(3)联合使用氯化钙和淀粉接枝共聚物进行凝聚—絮凝试验,两种药剂的最佳用量分别为800 g/L和1.6 mg/L,此时,初始沉降速度为33.85 cm/min,上清液浊度为50.3 NTU,沉降效果能满足生产要求。
参考文献
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[4]王立成,董宪姝.东河矿选煤厂高泥化煤泥水沉降特性研究[J].选煤技术,2009(5):17-20.
沉降标准 篇4
随着经济的飞速发展, 世界各国已进入高度现代城市化阶段, 土地资源与人口增长之间的矛盾日益突出, 高层及超高层建筑物已从纵向及横向两方面呈直线上涨, 其发展不断为整个建筑业注入了新的活力, 也使得人类不断从地表走向更深的地下空间及更高的地上空间。为保证建筑物的正常使用寿命和安全性, 高层建筑沉降监测及最终沉降量预估的必要性和重要性愈加明显。
1 高层建筑沉降的主要来源
1.1 建筑物自身荷载引起变形
(1) 合理形变
建筑物荷载置于土体之上, 使土体产生附加应力, 导致持力土层形变并伴随瞬时沉降, 其一般在施工阶段瞬时完成。在使用阶段, 土体的超静水压力迫使土中水外流, 土空隙比发生改变, 随着时间的推移, 土的应力应变关系不断改变, 土的固结逐渐趋向于稳定, 这种变形一般小于允许变形值。
其计算公式为:
(2) 不合理变形
由于施工方的技术、相关措施及责任心不到位, 导致施工速率及误差超过允许范围, 以至建筑物的荷载未按设计分布, 产生巨大的不均匀沉降, 局部地基产生剪切破坏, 从而导致无法挽回的损失。
1.2 其它因素引起的地基变形
由于基础的地质构造复杂, 季节性、周期性的温度和地下水位变化导致土体干缩或浸水饱和湿陷、软化、膨胀、冻融等, 还有地下洞穴冲刷, 生物化学腐蚀、矿井、地下管道坍塌、偶然性的地震灾害导致土粒重新排列、沙土液化等对建筑物的沉降均将产生巨大的影响。
2 沉降监测实施要求及过程
为尽可能的得到准确的沉降资料, 观测过程必须严格按照行业相关规定执行。具体方法和要求如下。
2.1 仪器设备、人员素质要求
根据沉降观测精度要求高的特点, 规定观测应使用高精密水准仪 (S1或S05级) , 水准尺也应使用受环境及温差变化影响极小的高精度铟刚合金水准尺。因高精度GPS静态网受卫星截止角限制, 容易被建筑物阻挡难以接受到理想的卫星颗数以及信噪比, 其所接受的L1、L2波段多经过多路途效应或反射, 故无法应用于观测地基变形。但高精度的GPS静态网对于观测建筑物与地基组成的整体水平及竖向位移, 以及基坑及地壳的水平与竖向移动有着无可估量的前景, 未来必将成为岩土工作者从事研究的重要手段。至于人员素质方面, 必须熟练掌握仪器的操作规程, 熟悉测量理论、观测方法及观测程序。
2.2 点位布设及观测时间
根据建筑物结构外型, 荷载分布、土层地质状况分布及特性, 须埋设三个以上基准点。基准点应选建在基岩上或冻土层以下, 便于长期稳定地保存。观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。如建筑物四角、大转角、主承重柱、建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处、沿外墙每10-15米处或2-3根柱基上。埋设测点时, 要特别考虑装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点, 不能让连续观测终止。一般高层建筑物施工阶段的沉降观测按一定的时间段为一观测周期 (如:次/30天) 或按建筑物的加荷情况每升高一层 (或数层) 为一观测周期。在使用阶段, 其观测周期可以根据沉降量适当延长, 直至趋与稳定。无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。沉降观测自始至终要遵循基准点、观测点、仪器设备、观测人员、观测环境稳定原则。
2.3 沉降观测精度
依据建筑物的特性和建设、设计单位的要求, 选择沉降观测精度的等级。在未有特殊要求情况下, 一般性的高层建筑物, 采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。
3 沉降量预测
地基沉降计算一直以来就是地基基础工程中的三大难题之一[2]。上百年来, 国内外学者为此前仆后继, 已提出许多计算理论及本构模型, 但至今未有一套完全解决方案。其比较成熟的计算方法有:早期的弹性理论法, 不考虑侧向变形的单向压缩沉降法[3], Skempton与Bjerrum提出的三向效应法, 中国学者黄文熙先生提出的三向压缩法[4], Lambe于1964年提出的应力路径法, 考虑应力状态与物态边界面关系的剑桥模型推导出来的物态界面法, 按现场观测资料推算的曲线拟合法, 现场试验法, 数值计算法, 以人工神经网络为研究手段的BP模型法[5]等。
由于土性指标 (如空隙比e, 弹性模量E) 等分散, 计算土特性指标与实际有所差异, 荷载大小分布不完全确定, 土的本构关系有诸多不定因素, 且计算模型均被简化, 故计算结果与实测值往往有不同程度差异。为避免使用诸如此类不确定因素, 结合一定的现场观测资料, 现有大量学者采用曲线拟合法预测沉降量大小。
3.1 常用曲线拟合法
目前, 国内外学者依据观测值利用曲线拟合的方法预测沉降量的常用曲线拟合法有:
(1) 由尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合法, 其方程为St=S*t/ (a+t) 。该法计算简单, 容易用计算机实现, 广泛应用于工程实际。
(2) 竹治新助结合实测S-t曲线和理论上Ur-Th曲线关系提出的时间对数拟合法。中国河海大学学者许永明等也提出抛物线形的时间对数法, 其方程为S=a (logt) 2+blogt+c。
(3) 基于太沙基一维渗透固结理论的指数函数拟合法S-Sd= (S∞-Sd) (1-a*e-βt) , 此法拥有理论基础, 似乎最合理, 但由于多种实际因素存在, 往往与实际相差甚远。
3.2 双曲线平移法预测沉降量的计算过程
依据笔者曾在东莞独立负责的数十栋高层建筑实测S-tP沉降曲线图, 在加载过程完成后, 其线形明显趋于双曲线的上曲线, 如图一所示。现将双曲线表达式y=1/ax进行x平移, y平移, 其式变为:y=c-1/ (kx+b) 。因多数高层建筑物加荷过程受施工条件、人为等因素影响较大, 并非按时间顺序线形加荷, 且加荷过程侧向位移较大。故笔者认为以稳定荷载加载后作为曲线起算零点较为合理。由已知条件y (0) =0, 可推出c=1/b, 结合y (x1) =y1, y (x2) =y2条件, 可求得:
其中:用i代表1、2….., 则xi为稳定荷载加载后的观测时间;yi为xi对应的相应位移。结合尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程St=S*t/ (a+t) , 可知s=1/b, a=b/k, 且由任何相邻两组数据可解算出k, b值, 即 (xi, yi) , (xi+1, yi+1) 推出 (ki, bi) , 即可推出 (si, ai) 。为使预测曲线逐渐逼近于后期沉降线, 经数值计算分析[6], a、s最终取值可按下式计算
4 实例分析
图一为东莞市长平镇某34层商住楼实测S-t-P曲线图, 此商住楼属框架剪力墙结构, 桩型采用预应力管桩, 单桩承载力分别为2500KN与3200KN, 其设计强度为C80, 长度15M—20M, 桩端持力层为中风化花岗片麻岩。
(P-荷载, S-沉降量)
利用VBA进行计算并生成拟合CAD曲线图, 程序代码如下:
经计算s=3.47, a=311.85, 其拟合图形如图二所示。
经比较, 拟合差值较小。笔者于2003年11月21日对此建筑物进行再次观测, 发现沉降量为5.44mm, 与拟合值相差0.1 mm, 从而证明此曲线基本按双曲线上线发展, 拟合过程效果较理想。
5 结束语
(1) 本文概略地阐述了引起建筑物沉降的各种因素, 包括建筑物自身因素, 持力土层以及各种内外部可能原因, 为研究建筑物沉降提供参考方向。
(2) 高精度的监测成果对于后期预测至关重要, 文中系统阐述了沉降监测的各项技术要求及实施步骤, 为获得理想的数据奠定基础。
(3) 本文利用双曲线平移理论, 结合计算程序与尼奇波罗维奇提出的双曲线拟合方程预测沉降量, 实践证明拥有较高的拟合效果, 可为高层建筑设计与施工提供一定的实践依据。
参考文献
[1]李广信.高等土力学[M].北京:清华大学出版社, 2006.
[2]陈祥福.沉降计算理论及工程实例[M].北京:科学出版社, 2005.
[3]陈希哲.土力学与地基基础[M].北京:清华大学出版社, 1997.
[4]许永明, 徐泽中.一种预测路基工后沉降量的方法[J].河海大学学报, 2000, (5) :110-113.
沉降标准 篇5
压差沉降监测系统是一种新型沉降测量工具, 它是由静力水准仪优化而来, 二者均基于连通管原理开发, 但在每个监测点上, 压差沉降监测系统用体积更小的压差传感器代替静力水准仪较大体积的储液装置, 在保证了测量精度的同时, 使整个系统装置所占空间更小, 更利于在较为复杂的工程环境应用。
1 压差沉降监测系统介绍
1. 1 系统组成
压差沉降监测系统主要组成部件包含压差式变形测量传感器、综合采集仪、无线传输模块 ( Data Transfer Unit) 、PU管、储液容器等。
1. 2 系统监测原理
压差沉降监测系统是基于连通管的基本原理, 利用水、基准容器、水管及压差式变形测量传感器组成的一套装置 ( 见图1) 。让水箱中的液体通过水管自由流动, 当管中的水趋于稳定时, 各个测点的传感器会采集到一组初始压强值。基准容器和基点需远离沉降变形区, 且位于一个稳定的环境。当测点与基点之间的高程发生变化时, 将导致测点和基点传感器内的液位变化并采集到一组变化后的压强值, 再通过RS485 接口 ( 这种接口可以实现联网的点对点的通信方式) 将各传感器采集到的数据传输至云端上的云平台进行数据的处理计算与分析, 最终得出测点的沉降数据。
压差式变形测量传感器的沉降变化量计算式为
其中, ΔH为沉降变化量, mm; PR为基准点实际测得的值, k Pa; PR0为基准点测得的初始值, k Pa; Pi为测点实际测得的值, k Pa; Pi0为测点测得的初始值, k Pa; ρ 为液体介质密度, 通常取水的密度1 × 103kg / m3; g为重力加速度, 粗略计算时取10 m/s2。
2 南昌地铁二号线7 标辛家庵站基坑周边建筑物沉降监测工程实例
2. 1 工程概况
辛家庵站位于老城区上海路南段, 车站所在上海路路宽约26 m, 车站和围护结构占据大部分路宽, 车站两侧分布众多建筑物及管线。车站西侧建筑物大多为建于20 世纪80 年代的多层混合结构住宅, 多为浅基础, 距主体基坑距离约3. 5 m ~ 7. 5 m。辛家庵站为地下二层岛式车站, 标准段基坑深度15. 95 m ~ 17. 81 m, 端头井基坑深度为17. 20 m ~ 20. 11 m。车站长度为465. 0 m ( 内净) , 标准段主体结构宽度为17. 8 m, 端头井处主体结构宽度为21. 5 m。
本次监测项目的目标建筑物为南昌针织厂宿舍2 号楼, 该楼为一栋5 层砖混结构浅基础居民楼, 基础埋深2. 5 m, 距主体基坑最近处仅7. 3 m。
2. 2 建筑物沉降在线监测方案
1) 在线监测点的埋设与系统的搭建。
南昌针织厂宿舍2 号楼在线监测点的布设见图2, 其中03 号、04 号测点距离基坑主体最近处约7 m。
2) 监测方法及技术要求。
此监测项目采用压差式变形测量传感器, 设置系统数据采集时间为每30 min采集一次, 也可根据人工设置时间间隔进行实时采集, 传感器技术指标见表1。
2. 3 沉降监测系统的搭建
2. 3. 1 系统部件选型
为确保监测系统的精确、稳定, 对监测系统中各个主要部件的选型原则如下:
1) 压差传感器的量程选择。
按照JGJ 8—2007 建筑变形测量规范以及考虑到该建筑的建筑年限, 限定该建筑物沉降不大于3 mm/d, 累积沉降量不大于30 mm。辛家庵项目要求的变形监测等级为二级, 其监测容许误差不大于0. 5 mm, 为满足监测要求, 选择量程500 mm的FS-LTGY500 型压差式传感器进行监测。
2) 综合采集仪的选择。
考虑现场实际情况, 选择一个16位通道的采集仪。
3) 无线传输装置 (DTU) 的选择。
选择信号稳定且传输容量大的无线传输装置。
4) 储液容器的选择。
为了保持系统水压的长期稳定, 选用厚度为1 mm的薄钢片制作30 cm × 30 cm × 30 cm带液位计的水箱作为储液容器。
5) 液体介质的选择。
为了尽量减少液体介质中的气泡, 选择烧开后的水或蒸馏水, 并加入一定比例的防冻液, 最后在储液罐中加入一定量的硅油液封, 避免液体介质蒸发附着在储液罐上壁。
6) 连接水路的选择。
综合安装便利性、耐用性以及功能使用性等多方面考虑, 选择12 mm × 8 mm的PU ( 聚氨酯) 软管。
2. 3. 2 系统搭建
压差沉降系统的搭建主要遵循以下几个步骤:
1) 测点抄平。
现场安装传感器的测点应该用水准仪进行抄平, 尽可能使所有测点传感器都安装在同一水平线上。
2) 传感器固定支架的安装。
将传感器固定支架用膨胀螺栓固定在预先规划好的测点。
3) 传感器的安装。
根据设计要求或者结构物特点选择好安装点, 结合被测物实际情况, 将传感器安装到指定位置。
4) 储液罐的安装。
储液罐应安放在远离建筑物变形的区域, 且应保证测点传感器最高点与储液罐中液面的高度差不能超过传感器的量程范围, 最后将水管与储液罐连接, 完成水路的连通。
5) 线路的焊接。
根据布点及量测的管线长度裁剪通讯和电源线路线缆的长度。然后根据传感器的电源及通讯线焊接到总线, 最后将总线引入采集箱。
6) 连通水路。
传感器与储液罐之间水路的连通, 并用PVC管保护水管并连通至储液罐。在水路的连通过程中应把整个水路里面的气泡排净, 传感器应轻轻振捣, 直至不冒出气泡为止。
2. 4 压差沉降监测系统与人工监测对比
为了验证压差沉降监测系统的准确性和稳定性, 于2016 年在南昌针织厂宿舍2 号楼, 选择与测点传感器距离最近的5 个靠近地面的位置, 进行标高的人工观测, 在线监测布点图如图2 所示。图3 是测点01 ~ 05 的压差沉降监测系统沉降值与人工监测沉降值的对比。
由图3 可以看出, 在长达13 d的对比观测中, 在线监测系统和人工测量的结果基本吻合, 规律性一致, 多数点的偏差在1 mm以内。这说明压差沉降监测系统采集的数据能满足建筑物沉降监测的要求。
3 结语
1) 该压差沉降监测系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。但在部件选型、安装与验收方面有严格的要求。
2) 结合南昌地铁二号线辛家庵站监测项目, 对压差沉降监测系统各个设备的选择与安装工艺进行严格的实施。压差沉降监测系统与现场人工监测的结果对比验证了在线监测系统采集数据的可靠性与准确性。
摘要：介绍了压差沉降在线监测系统, 结合某地铁基坑施工期间周边建筑物沉降监测项目, 验证了该监测系统的可靠性, 结果表明, 该系统能够满足建筑物的实时沉降监测精度要求, 且能达到远程自动监测并预警的效果, 具有较高的工程应用价值。
关键词：建筑物,压差沉降,监测系统
参考文献
[1]常青.静力水准自动监测系统的研究[J].地质装备, 2014, 15 (1) :30-32.
[2]潘华.静力水准系统在监测工程中的应用[J].低温建筑技术, 2013 (12) :102-105.
搅拌桩沉降计算 篇6
关键词：地基,沉降,计算
1 双层地基法。
双层地基法即将搅拌桩复合地基的变形S等于复合土层的压缩变形S1和桩端以下未处理土层的压缩变形S2。1.1复合模量法。将复合地基加固区增强体连同地基土看作一整体, 采用置换率加权模量作为复合模量, 复合模量也可以根据试验确定, 并以此作为参数采用分层总和法求S1。1.2应力修正法。根据桩土模量比求出桩土各自分担的荷载, 忽略增强体的存在, 用弹性理论求出土中应力, 用分层总和法求出加固区土体的变形, 并以此作为S1。1.3桩身压缩量法。假定桩体不会产生刺入式变形, 通过模量比求出桩承担的荷载, 再假定桩侧摩阻力的分布形式, 则可通过材料力学中求压杆变形的积分方法求出桩体的变形, 将此作为S1。1.4应变修正法。在实际应用中, 先把加固区分层, 计算每层末加固时土的竖向应变εv0。及应变折减系数Rp和Rc值, 然后比较Rp和Rc值, 取其中大值可得到复合地基竖向应变值εv=εv0max (Rp, Rc) 。由每层的应变值可计算出每层的压缩量, 累加各层的压缩量可得整个加固区的压缩量S1。1.5经验值法。复合土层的压缩变形值可根据上部荷载、桩长、桩身强度等按经验取10～30mm, 或20～40mm。1.6叠加因子法。叠加因子方法应用也较多, 但传统桩间的叠加因子是运用象边界元等数值计算手段来分析两根桩间的情况而估计得到的。根据压入土体中的柔性桩的荷载与位移关系提出桩体位移表达式, 以及沉降与位移的半径关系即单桩沉降引起土体的位移场, 从而得到桩间的相互叠加因子。通过叠加桩体在自身荷载作用下的位移和其余桩体位移引起的附加位移从而计算加固区的沉降。S2的计算方法一般有以下几种:a.应力扩散法。此法实际上地基规范中验算下卧层承载力的借用, 即将复合地基视为双层地基, 通过一应力扩散角简单的求得未加固区定面应力的数值, 再按弹性理论法求得整个下卧层的应力分布, 分层总和法求S2。b.等效实体法。即地基基础规范中群桩 (刚性桩) 沉降的计算方法。假设加固体四周受均布摩阻力, 上部的压力扣除摩阻力后即得到未加固区定面应力的数值, 再按弹性理论求得整个下卧层的应力分布, 用分层总和法求S2。c.Mindlin-Geddes方法。按照模量比将上部荷载分配给桩土, 假定桩侧摩阻力的分布形式, 按Mindlin基本解积分求出桩对未加固区形成的应力分布;按弹性理论求得土分担的荷载对未加固区的应力, 再与前面积分求得的未加固区应力叠加, 以此应力按分层总和法求S2。
以上这些方法都有一个共同的问题即当桩长大于有效桩长的时候, 大于有效桩长部分的桩体是如何工作的或者说在这种情况下上部荷载又是如何通过加固体传到下卧层的。在分析这种情况下桩体的工作状态时, 提出了三层地基法。
2 三层地基法。
水泥土搅拌桩介于刚性桩与柔性桩之间, 桩身将发生一定的变形, 而且沿桩长的侧摩阻力不是均匀的, 呈现出上部摩阻力较大, 下部较小的规律。文献[18]将水泥土桩身长度范围内分两个工作区, 上段 (Lc) 为桩土塑性共同工作区, 在该区内, 桩土结点 (桩侧面与土接触面) 已经屈服, 桩与土非同步压缩, 压缩量取决于桩体压缩模量, 可将此段视为一层, 计算时采用桩体压缩模量Ep;在桩体弹性工作区 (L-Lc) , 桩与土几乎同步压缩, 则 (L-Lc) 深度范围内可视为第二层, 计算时采用复合地基模量Esp;桩尖以下看作第三层, 采用桩尖下土的压缩模量Ec。各层采用不同的计算公式进行求解, 并把各层的计算结果相加即得复合地基的总沉降。三层模量法的计算理论也比较符合水泥土搅拌桩复合地基的工作特性, 公式也比较简单, 但桩土体的弹塑性工作区的划分、计算的表达式等问题有待进一步完善。
参考文献
[1]GB50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].
[2]GB50003-2001, 建筑地基处理技术规范[S].