軸力作用下軟土基坑力學(xué)場(chǎng)演化規(guī)律的原位試驗(yàn)研究*

孫九春,曹 虹,王 哲

(1.騰達(dá)建設(shè)集團(tuán)股份有限公司,上海 201204; 2.浙江工業(yè)大學(xué),浙江 杭州 310023)

0 引言

隨著地下空間的利用,特別是在城市中心城區(qū),住宅、商場(chǎng)或商務(wù)樓林立,地下管線密布,施工場(chǎng)地狹小(見(jiàn)圖1[1]),基坑明挖法施工因顯著改變了基坑所處區(qū)域地層的力學(xué)場(chǎng),勢(shì)必引起周圍土體應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)的變化,過(guò)大的位移則可能會(huì)超過(guò)基坑周邊地下管線或建筑物抵抗不均勻變形的能力,引起地下管線破壞及建筑物開(kāi)裂甚至倒塌[2]。

圖1 基坑周邊典型的環(huán)境條件Fig.1 Typical environmental conditions around the foundation excavation

由于基坑變形、自身安全風(fēng)險(xiǎn)和周邊環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出較強(qiáng)相關(guān)性,考慮到各種不確定性因素的耦合作用,又鑒于諸多基坑工程事故的教訓(xùn)[3-5],如何有效控制開(kāi)挖所引發(fā)的基坑及鄰近建筑物、管線的變形,成為基坑工程面臨的核心問(wèn)題之一?；谌找嫣岣叩沫h(huán)境保護(hù)要求,為減少軸力損失對(duì)圍護(hù)側(cè)向變形的影響,早期研制了軸力補(bǔ)償(伺服)系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償軸力損失[6-8]。但該系統(tǒng)的控制目標(biāo)是支撐軸力而不是圍護(hù)變形,因此其實(shí)踐應(yīng)用效果差異較大,不能充分發(fā)揮出他的優(yōu)勢(shì)。

1 軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)的演化問(wèn)題

在軟土地層中,“時(shí)空效應(yīng)”理論是變形控制的主要依據(jù),該理論要求及時(shí)施加軸力以控制變形,但對(duì)于軸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形機(jī)理少有涉及[9-15]。同時(shí),由于缺乏可靠的軸力施加方式,支撐中的實(shí)際軸力具有較大的不確定性。軸力伺服系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)支撐軸力施加的弊端,可根據(jù)需要對(duì)任意數(shù)量的支撐實(shí)時(shí)施加軸力,且軸力損失為0,實(shí)現(xiàn)了二維計(jì)算理論與三維施工實(shí)踐的統(tǒng)一。通過(guò)在支撐上設(shè)置軸力伺服系統(tǒng),圍護(hù)結(jié)構(gòu)在支撐軸力下向坑外產(chǎn)生的變形可部分抵消甚至完全抵消流變產(chǎn)生的坑內(nèi)變形,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變形的有效控制,為基坑變形的主動(dòng)控制奠定了硬件基礎(chǔ)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形態(tài)如圖2所示。

圖2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形態(tài)Fig.2 Deformation of the enclosure structure

這種運(yùn)用軸力伺服系統(tǒng)來(lái)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的作用機(jī)理可視為軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)狀態(tài)的演化問(wèn)題,其中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形作為基坑力學(xué)場(chǎng)的重要組成部分,是引發(fā)坑外地層位移場(chǎng)、周邊建(構(gòu))筑物及管線變形的主要原因。因此,作為軸力施加和承受的直接載體,軸力作用下支護(hù)體系力學(xué)狀態(tài)的演化則是該問(wèn)題的核心。

文獻(xiàn)[16-26]以軟土條形基坑為對(duì)象,針對(duì)支護(hù)體系的力學(xué)狀態(tài),研究了鋼支撐系統(tǒng)的極限承載機(jī)理、主動(dòng)軸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)的演化規(guī)律及變形控制方法,形成了一套支護(hù)體系的變形主動(dòng)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了伺服系統(tǒng)由軸力主動(dòng)控制向變形主動(dòng)控制的轉(zhuǎn)變。

另外,坑外荷載中的土壓力與圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形有關(guān),主動(dòng)控制下坑外土壓力的變化直接影響支護(hù)體系的力學(xué)狀態(tài)。本文依托浦東南路站附屬結(jié)構(gòu)基坑,通過(guò)原位試驗(yàn)進(jìn)一步研究軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)的演化規(guī)律。

2 工程概況

浦東南路站2號(hào)出入口位于浦東南路車站主體南側(cè),即墨路東側(cè),南側(cè)毗鄰上港小區(qū),東側(cè)為永華大廈?；油獍叽鐬?0.4m×36.7m,西側(cè)深坑最大開(kāi)挖深度18.3m,東側(cè)淺坑最大開(kāi)挖深度13.73m?；邮椎阑炷林谓孛娉叽鐬?00mm×800mm,圈梁尺寸為1 200mm×800mm,第2～5道支撐為鋼支撐,支撐規(guī)格為φ800×20,φ609×16,其中,中間西側(cè)6道直撐與東南角最長(zhǎng)斜撐設(shè)置了軸力伺服系統(tǒng)。鋼支撐平面如圖3所示(圖中未標(biāo)注的均為φ609鋼支撐),基坑立面如圖4所示。

圖3 基坑鋼支撐平面Fig.3 Foundation excavation steel support plane

圖4 基坑立面Fig.4 Foundation excavation facade

土層自上而下依次為①1素填土、②1褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③夾層砂質(zhì)粉土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1灰色粉質(zhì)黏土、⑥暗綠～草黃色粉質(zhì)黏土、⑦1-2草黃～灰黃色砂質(zhì)粉土。

3 軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)演化的原位試驗(yàn)方案

基坑力學(xué)場(chǎng)涉及圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系、內(nèi)外地層與周邊環(huán)境等,其力學(xué)狀態(tài)由周邊地下管線位移、周圍建筑物沉降與傾斜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形與豎向沉降、支撐軸力、立柱隆沉、土壓力、地層豎向沉降與水平位移等構(gòu)成。其中,支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形與內(nèi)力、土壓力、地層位移和周邊環(huán)境沉降是核心控制指標(biāo)。為進(jìn)一步提高研究的針對(duì)性,本次試驗(yàn)主要聚焦于軸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形、迎土面土壓力、軸力間的相干性、坑內(nèi)土體流變的影響,及鋼支撐溫度變化對(duì)支撐軸力和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響。

3.1 開(kāi)挖工況

根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)度要求,按照盡量減少無(wú)支撐暴露時(shí)間的原則擬定基坑開(kāi)挖順序,如圖5所示。挖土順序?yàn)閰^(qū)塊1到區(qū)塊6,其中開(kāi)挖至第3層土?xí)r區(qū)塊5每層高度處架設(shè)2道支撐再進(jìn)行后續(xù)挖土作業(yè),以防無(wú)支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形過(guò)大。

圖5 基坑開(kāi)挖順序Fig.5 Sequence of foundation excavation

3.2 軸力施加方案

在每道鋼支撐架設(shè)過(guò)程中,先對(duì)鋼支撐初次施加軸力,再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)變形分次增加軸力,進(jìn)而控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形,鋼支撐軸力如表1所示,每道鋼支撐架設(shè)及分次加力時(shí)間如表2所示。鋼支撐初始軸力由開(kāi)挖卸荷過(guò)程確定,分次施加的軸力則根據(jù)流變影響確定,可參考文獻(xiàn)[27]。

表1 鋼支撐軸力Table 1 Steel support axial force kN

表2 鋼支撐軸力施加工況Table 2 Axial force application condition of steel support

由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)中部變形最大,且對(duì)應(yīng)位置布有自動(dòng)測(cè)斜設(shè)備,為凸顯主動(dòng)控制效果,對(duì)2-3,2-4鋼支撐額外加力500kN以獲取對(duì)比數(shù)據(jù)。由于第1道與第3道鋼支撐作用于既有車站的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上,軸力施加時(shí)為確保車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全,兩道鋼支撐軸力限值均為3 000kN;而第2道跟第4道鋼支撐正對(duì)既有車站頂板與中二板,軸力限值設(shè)定為4 000kN。

3.3 監(jiān)測(cè)方案

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為支撐軸力、支撐溫度、圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形、圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面水土壓力,其中支撐軸力采用伺服系統(tǒng)自帶的采集系統(tǒng),溫度采用鋼支撐表面設(shè)置振弦式溫度傳感器,圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面水土壓力采用振弦式傳感器,圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形采用人工測(cè)量。

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜管布置 基坑測(cè)斜管平面布置如圖6所示。

圖6 基坑測(cè)斜管平面布置Fig.6 Plane layout of foundation excavation inclinometer pipe

2)基坑迎土面土壓力盒布置 圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力盒布置如圖7所示。土壓力盒采用掛布法布置在圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋籠上,位置與相應(yīng)鋼支撐位置一一對(duì)應(yīng),從而獲取鋼支撐軸力施加前、后圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力的變化。

圖7 土壓力盒布置Fig.7 Layout of earth pressure box

3)軸力伺服系統(tǒng)布置 設(shè)置有軸力伺服系統(tǒng)的鋼支撐布置如圖3,4所示。伺服系統(tǒng)自帶軸力監(jiān)測(cè)裝置,并在支撐中間布設(shè)GBX4000X型應(yīng)變溫度測(cè)量計(jì)。

4)數(shù)據(jù)采集方式 圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形擬采用高密人工監(jiān)測(cè),基坑迎土面土壓力、支撐軸力和溫度采用自動(dòng)采集并上傳數(shù)據(jù)至云平臺(tái)。

5)數(shù)據(jù)采集頻率 為驗(yàn)證軸力對(duì)相關(guān)參數(shù)的影響,擬在每道鋼支撐施加軸力前后對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形進(jìn)行加密監(jiān)測(cè),加密監(jiān)測(cè)期間每2h進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集,未加密期間每24h進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。

4 軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)演化的原位試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 軸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的演化規(guī)律

鋼支撐(即基坑內(nèi)第2～5道支撐)初始軸力施加試驗(yàn)工況如表3所示,各工況所對(duì)應(yīng)的基坑開(kāi)挖卸載深度如表4所示。取正對(duì)鋼支撐的P14測(cè)孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,結(jié)果如圖8所示,圖中正值表示向坑內(nèi)發(fā)生位移,負(fù)值表示向坑外發(fā)生位移。

表3 鋼支撐初始軸力施加試驗(yàn)工況Table 3 Test conditions for initial axial force application of steel support

表4 各工況不同工序所對(duì)應(yīng)的基坑開(kāi)挖深度Table 4 Excavation depths of foundation excavation corresponding to working conditions and different processes m

圖8 鋼支撐軸力施加前后P14測(cè)孔的變形Fig.8 Deformation of P14 measuring hole before and after the application of steel support axial force

由圖8a可知,第1道鋼支撐軸力施加后,該道鋼支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形由3.71mm減小為2.71mm,變形減小27%。此工況下基坑開(kāi)挖深度為3.9m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形在8m處,該處最大側(cè)向變形由5.86mm減小為5.51mm,減小約6%,控制效果明顯。

由圖8b可知,第2道鋼支撐軸力施加時(shí),第1道鋼支撐已按照分次施加軸力的方式增加軸力至 1 600kN, 第2道鋼支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形由12.48mm減小為10.35mm,減小17%。施加伺服軸力后的圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形所處深度由10m處變?yōu)?0.5m,最大側(cè)向變形由15.23mm減小為13.83mm,減小9%,控制效果較明顯。

由圖8c可知,第3道鋼支撐施加初始軸力時(shí),第1,2道鋼支撐已分別分次增加100kN和700kN的軸力,第3道鋼支撐處地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形由22.18mm減小為20.66mm,減小7%。此時(shí)基坑開(kāi)挖深度為11m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形在12m處,最大側(cè)向變形由24.21mm減小為22.72mm,減小6%。

由圖8d可知,第4道鋼支撐施加初始軸力時(shí),第3道鋼支撐已分次施加300kN復(fù)加軸力,第3道鋼支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形由30.91mm減小為29.82mm,減小3%。此時(shí)基坑開(kāi)挖深度為13.5m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形處由13.5m變?yōu)?5.5m,最大側(cè)向變形由30.91mm減小為30.22mm,減小2%。

綜上可發(fā)現(xiàn),支撐軸力施加對(duì)本道支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形影響最大;隨著深度加深,支撐處自上而向下的影響程度逐漸減弱,影響范圍不斷減小;基坑開(kāi)挖越深,軸力的控制效果越差;軸力伺服系統(tǒng)使用時(shí)應(yīng)遵循“就近、盡早、分區(qū)控制”原則。

4.2 軸力作用下土體流變引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形演化規(guī)律

為控制因坑內(nèi)土體流變而產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形,施工過(guò)程中按表1對(duì)鋼支撐施加軸力。為避免監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中混有基坑卸載產(chǎn)生的變形,試驗(yàn)于本層開(kāi)挖支撐架設(shè)1d后進(jìn)行,鋼支撐軸力施加工況如表5所示,各工況對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際坑內(nèi)的卸載深度如表6所示。鋼支撐軸力施加前后P14測(cè)孔的變形如圖9所示。

表5 鋼支撐分次加力工況Table 5 Working condition of step-by-step loading of steel support

表6 各工況順序下對(duì)應(yīng)的基坑開(kāi)挖深度Table 6 Corresponding excavation depths of foundation excavation under each working condition sequence m

圖9 土體流變引起的P14測(cè)孔側(cè)向變形Fig.9 Lateral deformation of P14 measuring hole caused by soil rheology

由圖9a可知,第1道鋼支撐初次施加支撐軸力后2d左右增加控制流變的軸力500kN,增加軸力的12h前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形發(fā)生位置由地表下12m變?yōu)?1.5m,側(cè)向變形最大增量由1.35mm變?yōu)?.64mm,減小幅度為0.71mm。

由圖9b可知,第2道鋼支撐初次施加支撐軸力后2d左右增加控制流變的軸力700kN,增加軸力的12h前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形發(fā)生位置由地表下11.5m變?yōu)?0m,側(cè)向變形最大增量由1.53mm變?yōu)?0.34mm,減小幅度為2.06mm,圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形增量為負(fù),但仍朝坑內(nèi)。

由圖9c可知,第3道鋼支撐初次施加支撐軸力后2d左右增加控制流變的軸力300kN,增加軸力的6h前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形發(fā)生位置為地表下11m處,側(cè)向變形最大增量由0.4mm變?yōu)?0.4mm,減小幅度為0.8mm。

由圖9d可知,第4道鋼支撐初次施加支撐軸力后2d左右增加控制流變的軸力300kN,增加軸力的12h前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向變形發(fā)生位置由地表下15.5m變?yōu)?2.5m,側(cè)向變形最大增量由0.5mm變?yōu)?0.54mm,減小幅度為1.04mm。

由上述分析可知,通過(guò)軸力伺服系統(tǒng)增加軸力的方式,可有效延緩和抵消因坑內(nèi)流變產(chǎn)生的變形增量,從而達(dá)到主動(dòng)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形發(fā)展的目的。

4.3 軸力相干性的演化規(guī)律

根據(jù)試驗(yàn)方案,劃分軸力相干性試驗(yàn)工況如表7所示。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)監(jiān)測(cè),得到伺服系統(tǒng)軸力施加后鄰近支撐軸力的變化,如圖10所示。

表7 支撐軸力相干性試驗(yàn)工況Table 7 Supporting axial force coherence test condition

由圖10a可知,第2道伺服(3-3,3-4支撐)軸力的施加對(duì)同道支撐軸力影響較大,但豎向影響較小,距支撐架設(shè)處越遠(yuǎn),軸力影響越小。

由圖10b,10c可知,第3道鋼支撐(4-3,4-4支撐)及第4道鋼支撐(5-3,5-4支撐)的軸力施加均對(duì)豎向支撐軸力影響較大,對(duì)水平向支撐軸力影響較小,且支撐相距越遠(yuǎn)軸力影響越小。

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反映了支撐架設(shè)對(duì)鄰近已架設(shè)完成支撐軸力的影響,影響表現(xiàn)出較高的空間性。在進(jìn)行主動(dòng)控制過(guò)程中,運(yùn)用多目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制法及時(shí)調(diào)整支撐的軸力,提前預(yù)測(cè)軸力損失可提高變形控制的精準(zhǔn)性,能進(jìn)一步推動(dòng)主動(dòng)控制精細(xì)化的發(fā)展與應(yīng)用。

4.4 軸力作用下圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力的演化規(guī)律

根據(jù)連續(xù)體影響性原理,支撐軸力的改變不僅會(huì)導(dǎo)致支護(hù)體系力學(xué)狀態(tài)的改變,同樣也會(huì)引起地層中土壓力的變化。通過(guò)工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力,得到支撐軸力對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力的影響規(guī)律,如圖11所示。因現(xiàn)場(chǎng)施工破壞缺少第4道伺服鋼支撐處的相應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比可知,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)土壓力介于靜止土壓力與主動(dòng)土壓力之間(實(shí)測(cè)值與計(jì)算值均為水土總側(cè)壓力),各支撐處實(shí)測(cè)土壓力與計(jì)算土壓力如表8所示。

表8 實(shí)測(cè)土壓力與計(jì)算土壓力Table 8 Measured earth pressure and calculated earth pressure kPa

由圖11a可知,當(dāng)鋼支撐軸力施加時(shí),第1道鋼支撐處迎土面土壓力隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形先減小后增大,土壓力變化范圍在朗肯主動(dòng)土壓力和靜止土壓力之間,由于在基坑坑內(nèi)降水過(guò)程中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)已發(fā)生了側(cè)向變形,所以實(shí)測(cè)土壓力小于靜止土壓力。

由圖11b,11c可知,第2道及第3道鋼支撐處迎土面土壓力均隨圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增長(zhǎng)整體呈減小趨勢(shì),土壓力變化范圍在朗肯主動(dòng)土壓力和靜止土壓力之間,在基坑開(kāi)挖到底后實(shí)測(cè)第2道鋼支撐處迎土土壓力接近朗肯主動(dòng)土壓力。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)土壓力均在主動(dòng)土壓力與靜止土壓力之間,隨著圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形增加,支撐處迎土面土壓力逐漸減小,直至開(kāi)挖到底時(shí),迎土面土壓力接近朗肯主動(dòng)土壓力,且土壓力隨支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形減小而增大。

4.5 溫度變化對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的影響

由于金屬的熱脹冷縮,鋼支撐軸力會(huì)隨溫度的變化發(fā)生明顯變化。而鋼支撐軸力又與圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形相關(guān),因此有必要研究溫度對(duì)鋼支撐及圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的影響。為此,選擇無(wú)荷載變化影響的工況,研究溫度變化下P14測(cè)孔的變形,研究工況如表9所示。溫度變化對(duì)鋼支撐軸力、圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的影響如圖12所示。

表9 溫度變化下圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形工況Table 9 The lateral deformation conditions of the enclosure structure under the temperature change

圖12 鋼支撐軸力、溫度與對(duì)應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形Fig.12 Axial force, temperature of steel supportand lateral deformation of corresponding enclosure structure

由圖12可知,伴隨溫度升高,支撐軸力逐漸增大且圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形逐漸減小,軸力與側(cè)向變形隨溫度的變化具有較明顯的滯后效應(yīng)。由于材料的熱脹冷縮需要一定時(shí)間,溫度先升高到一定程度后,鋼支撐軸力再上升到最大;而伴隨軸力增大,對(duì)應(yīng)支撐處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形則同步減小。

試驗(yàn)過(guò)程中,隨著溫度升高,第1道鋼支撐軸力上升約25%,相應(yīng)位移從4.69mm減小為4.13mm,減小幅度11.94%;第2道鋼支撐軸力上升約11%,相應(yīng)位移從14.23mm減小為13.63mm,減小幅度為4.22%;第3鋼支撐軸力上升約9.9%,相應(yīng)位移從24.89mm減小為24.27mm,減小幅度為2.49%;第4道鋼支撐軸力上升約6.7%,相應(yīng)位移從32.83mm減小為31.77mm,減小幅度為3.23%。由于基坑越深處光線越少,各支撐軸力隨溫度的變化與所處深度成負(fù)相關(guān)。支撐所處深度越深,受氣溫變化的幅度越小。

上述數(shù)據(jù)實(shí)際上是對(duì)軸力-變形影響性的進(jìn)一步驗(yàn)證,即溫度的變化引起了支撐軸力的變化,軸力改變后進(jìn)而影響了圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形,是軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)演化研究的一部分。

5 結(jié)語(yǔ)

本文依托14號(hào)線浦東南路站附屬結(jié)構(gòu)基坑開(kāi)展原位試驗(yàn),對(duì)軸力作用下基坑力學(xué)場(chǎng)的演化規(guī)律進(jìn)行了深入研究,得到以下結(jié)論。

1)原位試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明連續(xù)體變形協(xié)調(diào)方程所體現(xiàn)的影響性是客觀存在的,通過(guò)主動(dòng)調(diào)控支撐軸力能改變支護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的力學(xué)狀態(tài),基于軸力的圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形主動(dòng)控制是可行的。

2)支撐軸力的變化會(huì)引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)迎土面土壓力的變化,對(duì)比理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)土壓力發(fā)現(xiàn),其土壓力實(shí)測(cè)值介于靜止土壓力與主動(dòng)土壓力之間,軸力增大時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形減小、迎土面土壓力增大,表明軸力對(duì)土層力學(xué)狀態(tài)影響同樣存在。

3)支撐軸力隨溫度的升高而增大,且具有較明顯的滯后效應(yīng),支撐所處深度越深,受氣溫變化影響的幅度越小;支撐軸力的變化同時(shí)導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的增大或減小,表明溫度引起的軸力變化同樣會(huì)影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)。