基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)變局部化理論的應(yīng)用

摘 要：在傳統(tǒng)的基坑檢測過程中，衡量基坑安全性的尺度一般是按照規(guī)范里的報(bào)警值來確定，因而相關(guān)的理論依據(jù)并不充分。本文進(jìn)行了平面應(yīng)變不排水的試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和土體應(yīng)變局部化的影響，在基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)用剪切帶開始形成時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)。在經(jīng)過了一系列的計(jì)算實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)采用局部化的強(qiáng)度指標(biāo)能夠?qū)拥陌踩赃M(jìn)行更好地檢測和控制。

關(guān)鍵詞：基坑設(shè)計(jì)；應(yīng)變局部化；應(yīng)用

基坑工程的設(shè)計(jì)和施工聯(lián)系的相當(dāng)緊密，基坑工作的安全性不光要在施工中體現(xiàn)出來，在設(shè)計(jì)時(shí)也要進(jìn)行充分的考慮。目前基坑檢測主要是依據(jù)國家相關(guān)的規(guī)范和地方規(guī)范來確定標(biāo)準(zhǔn)的，但是相關(guān)規(guī)定中的報(bào)警值只是以往工程的一些經(jīng)驗(yàn)值，并沒有可靠地理論依據(jù)作為支撐。因此如果能夠具備相應(yīng)的理論依據(jù)來作為基坑監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)，那么基坑設(shè)計(jì)時(shí)就可以綜合考慮各方面的因素，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

在進(jìn)行土體應(yīng)變局部化問題的研究時(shí)，土體應(yīng)變局部化的過程是通過平面應(yīng)變實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的，這個(gè)研究過程可以分為以下幾個(gè)階段：初始損傷、剪切帶開始形成、峰值偏應(yīng)力、剪切帶完全形成和殘余偏應(yīng)力，而且在實(shí)驗(yàn)中將剪切帶的開始形成點(diǎn)直接看成是側(cè)向應(yīng)變的分叉點(diǎn)。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出：深基坑或者高路堤的穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)該采用的地基土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，而這種指標(biāo)的確定是依靠剪切帶開始形成這個(gè)特征點(diǎn)對應(yīng)的偏應(yīng)力進(jìn)行的。

1 平面應(yīng)變實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過固結(jié)不排水平面應(yīng)變試驗(yàn)對上海褐黃色粉質(zhì)粘土和暗綠色粘性土進(jìn)行了測試后，對其產(chǎn)生的局部變形進(jìn)行了準(zhǔn)確的測量，通過相關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)其中的數(shù)據(jù)可以看到，褐黃色粉質(zhì)粘土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)峰值為？準(zhǔn)=18.65°，c=9.06kPa，而剪切帶開始形成點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)峰值為？準(zhǔn)0=8.71°，c0=20.72kPa，而暗綠色粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)峰值則為？準(zhǔn)=29°，c=5.2kPa，剪切帶開始形成點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)峰值為？準(zhǔn)0=24°，c0=15.7kPa。

另外還對上海淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土進(jìn)行了平面應(yīng)變不排水試驗(yàn)，從而得出它的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)峰值為？準(zhǔn)=12.8°，c=21.6kPa，剪切帶開始形成點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為？準(zhǔn)0=6°，c0=16.7kPa。

2 工程實(shí)例分析

文章以圣和圣廣場為例，簡單的介紹基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)變局部化理論的應(yīng)用情況。

2.1 工程簡介

圣和圣廣場工程位于上海閘北區(qū)海寧路南側(cè)，河南北路西側(cè)，塘沽路北側(cè)，擬建山西北路的東側(cè)。其中面積最大的是3號基坑，占地面積超過了4000m2，周長緊300m左右，而且橫切面呈現(xiàn)出不規(guī)則的多變形狀，如圖1?；庸こ趟诘氐闹苓叚h(huán)境比較復(fù)雜，而且周圍道路下地下管線分布較為密集。

用樁徑為1000mm和900mm的鉆孔灌注樁和樁徑為850mm、水泥摻入量為20%的三軸攪拌樁作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，形成止水圍護(hù)的形式，用一道鋼來進(jìn)行支撐?；拥耐谏罴s為9.25m，而電梯井超挖則確定為1.8m，集水井超挖則是1.4m。從前文的計(jì)算式可以進(jìn)行不同圍壓下應(yīng)力峰值的計(jì)算，然后再根據(jù)相關(guān)的計(jì)算式來計(jì)算剪切帶開始形成時(shí)的應(yīng)力情況，從而得出剪切帶開始形成點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度應(yīng)力。

2.2 基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算

在得出了相關(guān)的數(shù)據(jù)后就可以開始進(jìn)行基坑的相關(guān)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中基坑的施工工況如圖2所示，根據(jù)施工的具體情況來判斷基坑施工的安全性，可以得到相關(guān)的計(jì)算結(jié)果，如表1。

從表1可以看到，在考慮了應(yīng)變局部化之后，如果利用剪切帶開始形成時(shí)的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行基坑的安全度驗(yàn)算，和采用應(yīng)力峰值進(jìn)行的安全度驗(yàn)算相比，安全系數(shù)要低得多。墻體抗隆起的安全系數(shù)在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，如果利用利用剪切帶開始形成時(shí)的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，要比采用峰值進(jìn)行計(jì)算所得的結(jié)果小很多。而且基坑的抗傾覆安全系數(shù)已經(jīng)超過了二級基坑的要求，達(dá)到了1.05左右。根據(jù)上述結(jié)果數(shù)據(jù)可以得出一個(gè)結(jié)論：在利用應(yīng)力峰值抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行深基坑的設(shè)計(jì)時(shí)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此要格外小心謹(jǐn)慎。

3 關(guān)于基坑設(shè)計(jì)中應(yīng)變局部化理論應(yīng)有的一些思考

根據(jù)上文的一些數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過相關(guān)的公式計(jì)算后可以對上海圣和圣廣場的3號樓基坑進(jìn)行合理有效的分析，從中可以得到一些有助于設(shè)計(jì)的結(jié)論：

4 結(jié)束語

從文章中可以看出，在基坑設(shè)計(jì)中運(yùn)用應(yīng)變局部化理論可以對各種因素進(jìn)行有效地考慮，充分實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的問題。目前由于基坑設(shè)計(jì)的檢測標(biāo)準(zhǔn)缺乏相關(guān)理論支持和引導(dǎo)，僅僅采用以往的經(jīng)驗(yàn)值來作為指導(dǎo)，使得基坑設(shè)計(jì)在施工時(shí)面臨著諸多難題，很有可能給施工企業(yè)造成大量財(cái)力人力物力的浪費(fèi)，而且嚴(yán)重影響工程的質(zhì)量，對基坑設(shè)計(jì)進(jìn)一步的發(fā)展也有著嚴(yán)重的阻礙。通過應(yīng)變局部化理論分析和試驗(yàn)，將基坑設(shè)計(jì)的指標(biāo)引導(dǎo)向規(guī)范化和理論化的道路，是目前該行業(yè)需要著重思考和探索研究的重要問題。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：齊廣周（1981-），男，漢族，研究生，工程師。