论文部分内容阅读
随着武汉顺应中部崛起的号召,大力发展基础建设,多条地铁线和轻轨延长线也在规划施工当中,随着这些轨道交通线路的修建,在已建成的轨道交通周围,建筑群落逐渐兴起。由于武汉人口密度大,所以城市的发展显现出寸土寸金的局面,在老城区重新开发的楼盘都会影响到周围交通和建筑物。在汉口江汉区,这一问题尤为突出。这一地区,都是软土地基,在拟建的开发场地周围,建筑林立,除新开发的深基础或轨道交通以外,基坑周围还常常会有对地面沉降极为敏感的浅基础建筑或砌体结构建筑。
本文以武商摩尔城深基坑开挖为研究对象,结合现场监测数据,研究了基坑开挖对轻轨桥墩的影响。基坑采用中心岛式施工,先开挖基坑中部,周围留土放坡开挖。基坑中部开挖至坑底(-15.5m),浇筑垫层,施工主体建筑,等主体建筑施工至地下一层底板(-6.00m),结合中间主体结构,施工第一道钢支撑,继续开挖至地下二层底板(-9.50m),施工第二道钢支撑,然后挖至底板(-15.50m),浇筑地下室底板,施工剩下主体结构,拆撑回填基坑,在严密的施工和监测支持下,顺利完成支护任务。
基坑开挖对轻轨桥墩造成影响的因素很多,经过逐一分析后认为,本次基坑工程对轻轨桥墩造成影响的有以下几个因素:
(1)轻轨运行动荷载。轻轨在基坑未施工前处于静力平衡状态,动荷载造成的影响也趋于稳定。在基坑施工以后,基坑降水或基坑支护结构变形导致坑外土体应力重分布,甚至部分土体颗粒重新排列。在临近轻轨基础周边的土体,在轻轨在动荷载的作用下,重新产生反复剪切破坏,导致轻轨桥墩产生微量变形。
(2)基坑内部坑底隆起。基坑在开挖过程中都会产生一定量的隆起变形,但是由于隆起变形对基坑支护结构的稳定性影响巨大,抗隆起安全系数大小也是判断基坑是否稳定的标准之一,因此在基坑支护设计的时候,就会进行抗隆起验算,通常基坑不会产生大的隆起变形,但是基坑开挖卸载和坑内外的应力差,会导致坑内土体出现一定的变形,按圆弧隆起理论,假设土体滑动时不被压缩,可用静力平衡条件SACOB*OF/2=x∫πoτxdθ+∫SEoFdr来求得基坑外一点处的沉降量。考虑压缩性,则需要在等式右边乘以压缩系数。
(3)基坑围护结构变形。基坑开挖过程中,由于坑内一侧土体的卸载,基坑支护结构会向基坑内一侧产生水平变形或沉降变形,随着基坑围护结构的变形,坑后土体在缺少支护结构有效的阻挡作用后,土体应力大量释放,土体产生松弛,在重力或者雨水的作用下,坑后土体就会产生一定量的沉降。根据国内外研究经验以及本工程土体性质,可以利用改进后的正态曲线预测沉降法,预测基坑外任意一点的沉降量为SX=2SMAX1(1/2-X/XMAX)+SMAX2e-π·AX2 S2MAX2。
(4)基坑降水。由于基坑处于地下水丰富的区域,基坑开挖深度揭穿承压含水层,为保证工程可以顺利施工,需要对基坑进行降水。降水过程中,影响范围内的饱水土体由于失水或者孔隙水压降低,土体颗粒之间有效应力增加,土体出现压缩变形,这种变形延伸至地表时,就表现为地面沉降。由于研究区域含水层多为砂质土,引入砂质土失水沉降计算公式S∞=△hγwH/E,其中只要计算出任意一点地下水降深△h=Sw(lgrn/R/lgrw/R),就能经验的计算出基坑外任意一点的沉降量。
以上四种影响因素之间,或多或少的存在内部关联,不能剥离出来单独进行研究,因此在讨论基坑开挖对轻轨桥墩的影响时,需要对它们进行耦合考虑。为了获得这些因素耦合作用的过程和结果,还需要对一系列的监测结果进行分析。
(1)支护桩顶监测数据分析。a,在对围护桩水平位移和垂直位移监测趋向进行对比分析后认为,两者之间具有一定的关联性,且变形趋势保持一致;b,2009.10.02基坑开始降水之前的开挖阶段都未出现沉降,在基坑开启降水井后,未进行土方开挖,但是也出现沉降,表明围护桩变形存在影响;c,分析不同阶段的沉降曲线S-t的斜率后,认为施工阶段不一样,围护结构变形的速度是不一样的d,对比ZW4,ZW5,ZW6的变形量,认为基坑中部ZW5变形量要大于两侧,基坑变形具有一定的空间效应。
(2)电缆沟槽及道路监测数据分析。a,监测数据不恒为0,证明基坑开挖对电缆槽和道路存在影响;b,分析沉降曲线斜率和最终沉降量,认为变形过程缓慢,变形量比较均匀;c,对比电缆槽和道路的监测数据后认为,线性浅埋构筑物受基坑开挖的影响作用要大于坡肩道路这种平面构筑物;d,对比电缆槽的监测数据(最终沉降量-2.9mm,距离基坑7.5m)和支护桩顶监测数据(最终沉降-4.0mm,距离基坑0.0m),构筑物离基坑的距离可以减少沉降;e,基坑开挖后坑外构筑物没有立即产生变形,变形滞后于基坑开挖过程。
(3)轻轨桥墩监测数据分析。a,最大沉降量为0.3mm,基坑施工对轻轨桥墩造成了轻微影响;b,对比多个桥墩的监测数据,沉降量0.3mm,平均沉降量0.1mm,桥墩变形属于均匀沉降,中部的桥墩沉降量大于坑角处的沉降量;c,对比电缆槽沉降监测数据后认为,深基础的桥墩(最大沉降量0.3mm),沉降量明显小于浅埋的电缆槽(最终沉降量2.9mm)。
监测结果反应出基坑施工对周围构建筑物产生了一定影响,而且坑外构建筑物基础埋深,垂直距离,建筑类型,开挖阶段的不同,受到的影响也会不同。本文前面只分析四种因素对坑外土体的影响,要分析这些因素对桥墩的影响,还需要借助数值模拟软件。运用数值模拟软件,耦合四种因素影响下情况下,模拟桥墩产生的变形。
在利用FALC3D建立了数值模型以后,对基坑开挖对轻轨桥墩产生的影响进行了分析:
(1)模拟结果显示,模拟桥墩沉降量为0.28mm(实际监测数据为0.3mm),模拟各因素耦合作用下的桥墩变形是成功的,
(2)模拟基坑周围土体竖直位移云图显示:a,基坑后土体沉降量最大位置,在基坑后面一定距离内,b,深基础的轻轨桥墩可以减小桥墩桩基周围土体沉降。
(3)模拟基坑周围土体水平位移云图显示:a,基坑土体水平位移最大位置,在紧邻基坑支护桩体后面;b,坑后土体水平位移呈圆弧状。
通过以上对影响因素分析,监测数据分析,数值模拟分析后认为,摩尔城基坑施工对轻轨造成了轻微影响,各影响因素存在耦合作用,建立合理的数值模拟模型可以预测轻轨桥墩变形量。