专利名称：一种防止地下结构沉降的方法
技术领域：
本发明涉及一种防止结构沉降的方法，尤其是涉及一种防止地下结构沉降的方法。
背景技术：
大型深埋地下结构需要进行超深基坑开挖施工，同时也需要采用大规模群桩来承受结构荷载与地下水浮力的作用。基坑开挖坑内土体卸荷、回弹，引起桩周土体应力场和位移场发生改变，进而影响正常工作状态下的桩基承载特性和结构物的沉降变形。目前基坑开挖对坑内桩基工作特性影响的研究很少，只有少量学者采用数值模拟对单桩极限承载力进行了分析，数值分析精度依赖于对桩-土相互作用、土体特性等因素模拟的准确性和合理性，同时数值模拟也无法反映土体超固结的影响，没有根本解决结构沉降的现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一种防止地下结构沉降的方法。一种防止地下结构沉降的方法，包括以下步骤1)首先对土体剪切蠕变特性进行分析，并对桩土界面剪切蠕变特性进行试验，2)采用有限元数值模拟的方法，不考虑开挖卸荷引起的土体超固结的影响，假定土体水平应力与竖向应力力的比值在开挖过程中保持不变，分析土体卸荷回弹对单桩承载特性的影响，幻分析桩顶上拔荷载作用下桩身侧摩阻力的分布规律及开挖卸荷对抗浮桩的承载特性的影响，4)通过常规物理模型试验与离心机试验，验证考虑基坑开挖影响的抗拔桩承载特性是否合理，5)基于土体和土结界面的蠕变试验成果，分析抗浮桩承载特性的时间效应；采用有限元分析方法计算抗浮桩的群桩效应系数；与桩-土 -筏共同作用分析方法相结合，得到深厚软土地基深埋地下结构抗浮桩工作性状及结构长期竖向变形数据并进行防沉降处理。与现有技术相比，本发明研究了卸荷引起的土体超固结效应及其对单桩抗拔特性的影响，提出了考虑卸荷回弹与超固结的单桩抗拔特性分析方法，并通过离心机模型试验得到了验证；研究了软土剪切蠕变特性及其对单桩抗拔特性的影响，并与桩-土-筏共同作用分析方法相结合，提出了抗拔群桩变形计算方法，研发了相应的程序；揭示了深厚软土地基深埋地下结构抗浮桩工作性状及结构长期竖向变形规律，从而有效解决了地下结构沉降的现象。
具体实施例方式下面以上海500kv世博变地下工程为例，对防止地下结构沉降方法详细说明(1) 土体剪切蠕变特性试验结果表明剪应力水平越大，初始剪应变越大，剪切蠕变特性越显著；当剪应力水平较低时(R = 25%)，剪切变形稳定时间较短，一般可以忽略其蠕变影响；当R = 50%和75%时，蠕变出现衰减蠕变阶段和稳定流动阶段，蠕变呈亚稳定型，蠕变变形随时间的增长逐渐增大；上海地区典型粉土的蠕变特性可采用Prony级数模型进行描述，采用四参数ftxmy级数模型模拟合得到的结果与实测结果较为吻合；桩土界面剪切蠕变特性与土的剪切蠕变特性基本一致，桩土界面初始剪应变与蠕变变形量均要小于土体的剪切变形。(2)基坑开挖坑底回弹及其对单桩承载特性影响的分析结果表明深基坑开挖坑底土体会产生较大的竖向变形，坑内工程桩与土体之间存在相互作用，群桩对坑内土体回弹有一定的限制作用，反过来，坑内土体对桩也施加了作用；土体对桩的作用表现为桩身上部承受正摩擦阻力、下部承受负摩擦阻力作用，桩身内存在拉力，随着开挖深度的增加，桩身拉力也逐渐增大；基坑开挖后，单桩承载力与竖向刚度均下降；开挖深度越大，桩承载力与刚度下降越显著；抗拔桩受开挖的影响要大于受压桩。(3)开挖卸荷土体超固结特性试验结果表明加载过程中竖向与水平有效应力 ο' v o' h保持线性关系，土压力系数不变，卸载过程中σ ‘ v 0 ‘ h关系为非线性， 超固结土的静止土压力系数Ktlto)随土体超固结比OCR的增大而增大；三段式Ktl加卸载模型可以很好地反映土体在加卸载过程中的应力路径，K0加卸载模型各个参数的取值应通过 Ktl加卸载试验获得，在没有试验数据时，也可通过强度指标V和c ‘进行计算，本次试验实测结果拟合得到的Ktl加卸载模型参数与按内摩擦角圹计算得到的结果基本一致。(4) 土体超固结对抗拔桩承载力影响的桩单元体试验结果表明超固结对抗拔桩极限承载力的影响很大，土体超固结比OCR越大，抗拔桩承载力越大；桩单元体极限承载力模型试验结果也可以采用Ktl加卸载模型进行描述，桩单元体模型试验与土单元体试验得到的结果基本一致；刚性桩单元体桩身刚度很大，只需要很小的桩顶位移即可达极限承载力， 砂土地基中的极限位移0. 03 0. 15mm ；粉土地基中的极限位移0. 20 0. 50mm。(5)在土单元体、桩土界面、桩单元体试验结果的基础上，提出了考虑基坑开挖影响的抗拔桩承载特性一维分析方法；通过对土体Ktl加卸荷过程中应力路径分析，对有限元数值模拟方法进行改进，实现土体超固结的数值模拟，进而实现考虑基坑开挖影响的单桩承载特性有限元分析；算例分析结果表明，这两种方法均能很好地反映土体超固结的影响， 两种方法的分析结果基本一致。(6)基坑开挖对抗拔桩承载特性影响的模型试验结果表明，模型试验验证了基坑开挖坑内土体超固结的影响受超固结因素的影响，开挖后土体的静止土压力系数Ktlto)大于Ktl0c)，土体水平向应力大于正常固结状态土体，因此抗拔桩极限承载力大于正常固结状态；在开挖深度一定的条件下，模型桩桩长越小，开挖引起的桩承载力损失越大；开挖深度越大，坑底土体超固结比OCR值越大，桩周土体侧压力残余值越大，开挖后抗拔桩极限承载力越大。(7)基坑开挖对抗拔桩承载特性影响的离心机试验结果表明上海世博变工程抗拔桩的模型桩在开挖前的极限承载力为17038kN;开挖后的极限承载力为12285kN与 13510kN，开挖后极限承载力为开挖前的72%与79%，承载力损失了与21%;如果不考虑超固结的影响，开挖后的桩侧土体侧向应力按正常固结状态计算，极限承载力为开挖前的42% (7175kN) <试验结果72% 79%，承载力将损失58%>试验结果观％ 21%。(8)采用考虑超固结影响的分析方法计算得到的结果与离心机试验结果基本一致，离心机试验结果表明开挖后桩的极限承载力损失比分别为、21 %，计算分析得到的桩的极限承载力损失比为32%，说明采用Ktl加卸荷应力路径模型能够反映超固结对土体应力状态的影响，本报告提出的考虑基坑开挖影响的单桩承载特性分析方法得到了验证。(9)本次分析的是大面积全开挖情况，根据同济的分析结果，开挖宽度对承载力的损失也有影响，因此实际工程中，坑内不同位置的抗拔桩承载力损失各不相同，基坑中心处桩承载力损失接近于全开挖情况，越靠近坑边损失越小。(10)上海世博变桩基承载特性计算结果表明本工程开挖深度很大，开挖后桩土界面法向应力较开挖前正常固结状态(即Kciw状态)有大幅度的降低，但受超固结效应的影响，开挖后桩土界面法向应力大于土体处于正常固结状态时的法向应力；开挖卸荷将导致抗拔桩极限承载力和刚度降低，正常使用阶段(3500kN)的单桩刚度由380kN/mm降低至 310kN/mm ；按40mm控制的抗拔桩极限承载力由8000kN降低至7000kN (全开挖情况)，按桩破坏对应的极限承载力由15200kN降低至9850kN (全开挖情况)；本工程3 6倍桩径的群桩效应系数约为80% 90%，考虑群桩效应，开挖后桩破坏对应的抗拔桩极限承载力最小值为9850*0. 8 = 7880kN ；综合离心机试验结果、考虑开挖以及群桩效应影响的计算结果、 工程桩配筋情况，开挖后单桩承载力极限值不小于7000kN、特征值不小于3500kN。(11)上海世博变长期变形计算结果表明受土体剪切蠕变的影响，IOOd以内抗拔桩变形随时间的变化较为明显，200d以后抗拔桩变形基本稳定，设计荷载Q = 3500kN对应的单桩上拔刚度会由310kN/mm降低至207kN/mm ；群桩桩筏基础变形量的决定性因素是桩端土层的卸荷回弹，单桩自身刚度的降低对群桩沉降的影响是有限的；本工程桩端为30m 厚中粗砂层，渗透性好，卸荷回弹变形发展很快，不会影响到工程的长期沉降；底板最大沉降只增加了 3. 4mm ；底板最大正弯矩基本保持不变，最大负弯矩随时间的变化规律与底板变形类似。
权利要求
1. 一种防止地下结构沉降的方法，其特征在于，包括以下步骤1)首先对土体剪切蠕变特性进行分析，并对桩土界面剪切蠕变特性进行试验；2)采用有限元数值模拟的方法，不考虑开挖卸荷引起的土体超固结的影响，假定土体水平应力与竖向应力力的比值在开挖过程中保持不变，分析土体卸荷回弹对单桩承载特性的影响；3)分析桩顶上拔荷载作用下桩身侧摩阻力的分布规律及开挖卸荷对抗浮桩的承载特性的影响；4)通过常规物理模型试验与离心机试验，验证考虑基坑开挖影响的抗拔桩承载特性是否合理；5)基于土体和土结界面的蠕变试验结果，分析抗浮桩承载特性的时间效应，采用有限元分析方法计算抗浮桩的群桩效应系数，与桩-土-筏共同作用分析方法相结合，得到深厚软土地基深埋地下结构抗浮桩工作性状及结构长期竖向变形数据并进行防沉降处理。
全文摘要
一种防止地下结构沉降的方法，包括以下步骤1)对土体剪切蠕变特性进行分析，并对桩土界面剪切蠕变特性进行试验，2)采用有限元数值模拟的方法，分析土体卸荷回弹对单桩承载特性的影响，3)分析桩顶上拔荷载作用下桩身侧摩阻力的分布规律及开挖卸荷对抗浮桩的承载特性的影响，4)通过常规物理模型试验与离心机试验，验证考虑基坑开挖影响的抗拔桩承载特性是否合理，5)采用有限元分析方法计算抗浮桩的群桩效应系数；与桩-土-筏共同作用分析方法相结合，得到地下结构抗浮桩工作性状及结构长期竖向变形数据并进行防沉降处理。与现有技术相比，本发明通过检测地下结构抗浮桩工作性状及结构长期竖向变形规律，有效解决了地下结构沉降的现象。
文档编号E02D33/00GK102561411SQ201010596030
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年12月20日
发明者乐俊律, 凌道盛, 刘晓东, 徐勍, 朱伟林, 王卫东, 王杰, 王沪生, 陈云敏, 陈峥, 陈祖元, 高倚山 申请人:上海久隆电力科技有限公司, 上海市电力公司