地下水位上漲對(duì)淺埋矩形框架結(jié)構(gòu)受力影響研究

摘 要：地下水位上漲造成土體水土壓力的變化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)合石家莊地鐵某工程實(shí)例，通過(guò)SP84軟件計(jì)算當(dāng)?shù)叵滤惶幱诘孛? m，-2 m，-4 m，-6 m和-8 m工況下，矩形框架結(jié)構(gòu)的受力情況，分析頂板跨中、端部和底板跨中、端部彎矩隨地下水位上漲的變化特征。計(jì)算結(jié)果表明，隨地下水位上升淺埋矩形框架結(jié)構(gòu)頂板跨中、底板跨中和頂板端部彎矩變化量均小于工程允許的變化范圍5%，底板端部彎矩增加量大于工程允許的誤差范圍5%，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做加強(qiáng)考慮。

關(guān)鍵詞：地下水位 淺埋 矩形框架 彎矩

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0045-01

隨著經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展，我國(guó)各大城市地下軌道交通建設(shè)正在如火如荼地進(jìn)行，因此關(guān)于地下結(jié)構(gòu)的安全性問(wèn)題一直倍受關(guān)注。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的城市，由于地下水的大量開(kāi)采，導(dǎo)致近幾十年地下水位急劇下降，以石家莊為例，20世紀(jì)60年代地下水水位埋深約6.00 m，現(xiàn)在已經(jīng)下降到40 m左右，目前修建的地下軌道結(jié)構(gòu)幾乎完全處于地下水位以上，從目前的使用情況來(lái)看基本不受地下水的影響。然而像城市地鐵工程這樣要求結(jié)構(gòu)耐久性長(zhǎng)達(dá)100年的公共基礎(chǔ)設(shè)施，研究地下水位回升對(duì)結(jié)構(gòu)受力安全性影響是很有必要的。

目前，已有部分學(xué)者針對(duì)地下水位變化對(duì)地下結(jié)構(gòu)安全性影響以及一些應(yīng)對(duì)策略做過(guò)一定程度的研究[1-4]。借鑒這些研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)石家莊地區(qū)地鐵工程區(qū)域地下水位和地鐵土建結(jié)構(gòu)具體情況，通過(guò)力學(xué)計(jì)算研究地下水位回升對(duì)矩形框架結(jié)構(gòu)受力影響。

1 工程概況

石家莊地鐵某車站出入口覆土3.5 m，自上而下依次為素填土，黃土狀粉質(zhì)黏土和細(xì)粉砂。出入口標(biāo)準(zhǔn)段矩形框架結(jié)構(gòu)寬7.7 m，高4.5 m，頂板厚0.6 m，底板厚0.7 m，側(cè)墻厚0.6 m，目前地下水位為-40 m。工程概況詳見(jiàn)圖 1。

人工素填土多為雜填土，成分復(fù)雜，土質(zhì)不均，結(jié)構(gòu)松散，工程性質(zhì)較差。黃土狀粉質(zhì)黏土具有濕陷性，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布于砂層之上，層位連續(xù)，濕陷系數(shù)δ=0.015～0.053。地下水主要接受大氣降水、地表水入滲及地下徑流補(bǔ)給，排泄方式以人工開(kāi)采為主。

2 計(jì)算模型

假設(shè)不考慮混凝土結(jié)構(gòu)因時(shí)間推移而產(chǎn)生的鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性破壞因素，不考慮地下水上漲對(duì)地層力學(xué)參數(shù)的影響，地下水位分別取-0m，-2 m，-4 m，-6 m和-8 m，其中-8m處為結(jié)構(gòu)下底面邊沿。采用抗壓彈簧模擬地層力學(xué)作用，水平基床系數(shù)取值KH=30000（MPa/m），垂直基床系數(shù)取值KH=25000（MPa/m）。采用水土分算的方法計(jì)算結(jié)構(gòu)受力，當(dāng)?shù)叵滤粸榻Y(jié)構(gòu)底面以下僅考慮土的力學(xué)作用，當(dāng)?shù)叵滤晃挥诮Y(jié)構(gòu)底面以上考慮水的浮力作用，同時(shí)計(jì)算土體對(duì)結(jié)構(gòu)的作用時(shí)減去自身的水浮力。

3 計(jì)算分析

采用SP84軟件對(duì)地下水位分別為-0m，-2m，-4m，-6m和-8m各工況進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)關(guān)鍵部位頂板跨中、頂板端部、底板跨中和底板端部計(jì)算結(jié)果如表1。

根據(jù)表中的計(jì)算數(shù)據(jù)，可知：

（1）隨著地下水位上升，頂板跨中、底板跨中受力逐漸減小，頂板端部、底板端部受力逐漸增大。

（2）當(dāng)?shù)叵滤挥山Y(jié)構(gòu)底面上升到地面時(shí)，頂板跨中彎矩減小3.5%，底板跨中彎矩減小3.4%，頂板端部彎矩增加3.7%，底板端部彎矩增加8.4%。其中頂板跨中、底板跨中和頂板端部彎矩變化量均小于工程允許的變化范圍5%，底板端部彎矩增加量大于工程允許的誤差范圍5%，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做加強(qiáng)考慮。

4 結(jié)論

從石家莊地鐵矩形框架結(jié)構(gòu)地下水位上升各工況的計(jì)算結(jié)果可知，地下水位上升對(duì)結(jié)構(gòu)受力效應(yīng)影響比較復(fù)雜，對(duì)頂、底板結(jié)構(gòu)跨中受力是有利的，減弱了受力效應(yīng)，對(duì)頂、底板結(jié)構(gòu)墻端受力是不利的，增強(qiáng)了受力效應(yīng)。當(dāng)?shù)叵滤挥删匦慰蚣芙Y(jié)構(gòu)底部上升到地面，結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)論如下。

（1）隨著地下水位從上升，頂板跨中、底板跨中受力呈逐漸減小趨勢(shì)，頂板端部、底板端部受力逐漸增大趨勢(shì)。

（2）頂板跨中、底板跨中和頂板端部彎矩變化量均小于工程允許的變化范圍5%，底板端部彎矩增加量大于工程允許的誤差范圍5%，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做加強(qiáng)考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]羅富榮，劉赪煒，韓煊.地下水水位上升對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的影響分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2011（1）：81-85.

[2]周書(shū)明.淺談隧道工程地下水的計(jì)算[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2000（2）：69-72.

[3]馮衛(wèi)星，景詩(shī)庭.地下水回升對(duì)淺埋地下結(jié)構(gòu)的影響及相應(yīng)對(duì)策[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1992（3）：12-17.

[4]袁治炳.地下工程防水的綜合治理技術(shù)[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，1991（1）：64-67+87.