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1、圆形基坑地下连续墙的稳定性分析论文.freel的圆形基坑入土系数的合理取值范围,并总结了圆形基坑位移的规律。关键词圆形基坑,地下连续墙,入土系数,离心模型试验地铁要求保持空气流通以保护群众和保证系统的安全。风井是地铁的一个重要组成部分。地铁的风井结构既有矩形基坑,也有圆形基坑。目前,上海地区基坑工程的设计均以长条形基坑为基础1,把基坑当作一个平面应变问题来研究。为了保证基坑底部的稳定,其入土系数通常取为0.6～1.02,设计方法通常采用经验法、有限元和模型试验相结合。对于圆形基坑,其围护结构的受力比长条形基坑有利,.freel,基坑的开挖深度为33m;采用地下连续墙作为围护结构,初步设计深度
2、为53m,厚1m,内衬厚0.6m,圈梁截面尺寸1m×2m。坑底下面有一承压水层,是地层编号分别为⑧3、⑨1、⑨2的粉性土、粉细砂和中粗砂,埋深56.0m以下,其水头高出含水层顶板(⑧2层底面)46.8m左右,水头较高,是坑底产生失稳的隐患。基坑剖面图如图1所示,土层物理力学指标列于表1。图1基坑剖面图表1土层物理力学指标为了选取合理的入土系数,按最不利情况进行考虑(即对承压水头不采取降水措施),设计了三组试验。试验1为连续墙深48m的开挖过程模拟;试验2为连续墙深为53m的开挖过程模拟;试验3为连续墙深57m的开挖过程模拟。在土工离心模型试验中,采用离心力来加大模型的应力量值,使之达到原型的
3、水平,并采用与原型材料具有相同物理参数的材料制造模型。因此,离心模型试验中的应力应变关系及其它特性与原型完全等效,可以重现原型的特性。如果模型的几何尺寸为原型几何尺寸的1/N倍,采用与原型相同的材料进行试验,则只须在离心机上将离心机加速度加到Ng,就能使模型与原型的重力完全相等,保持力学特性的相似。2试验模型根据试验设计的目的和基坑的实际尺寸,并结合L—30土工离心机的工作条件,试验拟模拟1/2基坑平面,试验的模型率为N=180。模型布置平面图如图2所示。本次试验采用等效能比进行方案设计(即土体采用原型材料)。将原状土体配制成土膏,经重塑后,在模型箱内分层固结,恢复土层的应力历史。将重塑后的
4、土体(含水量80%左右)在离心机内分层由下至上进行固结,停机后分土层做微型十字板剪切试验,初步判断土体的强度,同时测量土样的含水量。为精确地模拟承压水水头,采用水位控制系统在离心试验中及时对水位进行监测,并及时补充水。水位控制系统如图3所示。图2模型布置平面图考虑到模型制作中围护结构难以采用原型材料,根据相似理论,采用等效刚度法来设计围护结构,选用便于加工、物理特性近似的铝合金。3试验过程及结果分析按试验方案共做了三组试验,每组试验开挖步骤相同,均分五步开挖。每次开挖模拟先将基坑开挖至模拟深度,接着加圈梁或内衬,然后将模型箱放入离心机吊斗,加速至180g,使模型处于与原型重力场相等的离心力场
5、中,从而模拟了实际的开挖支护过程。试验过程中用数码相机对模型进行同步拍摄,试验结束后对数码相片进行分析,确定基坑坑底、地表及连续墙的位移。限于篇幅,每组试验只选取了最后一步开挖(开挖深度33m)的基坑位移曲线。基坑位移曲线如图4～图6所示,试验结果对比列于表2。图3水位控制系统图4试验1,开挖深度33m时基坑位移图5试验2,开挖深度33m时基坑位移围护结构在基坑开挖过程中主要承受坑外土体的压力,连续墙、内衬和圈梁可视为受弯构件。图6试验3,开挖深度33m时基坑位移表2试验结果对比从试验数据看,随着入土深度的变大,基坑位移变小。对于一般基坑,允许隆起量δ可取为H(开挖深度)的1%3。连续墙深5
6、7m和53m时,基坑隆起均小于允许值,基坑是稳定的;连续墙深48m时,基坑隆起值只比允许值大3.6%,可当作稳定情况。由此可见,入土系数为0.45～0.73时,基坑是稳定的。坑底隆起的最大值位于坑底中间,最小值为坑边,坑底隆起曲线呈抛物线型。坑外地表沉降曲线为凹型,沉降最大值发生在远离连续墙5～8m的地方;地表沉降影响范围约20m左右,为开挖深度的0.5～0.7倍。而对于长条形基坑,按经验估计2,地表沉降影响范围为开挖深度的1.5～2.0倍。连续墙的位移较小,最大位移发生在接近地表处,这是因为圆形墙体具有较强的结构空间性,宜于承受开挖引起的侧压力荷载。4结论(1)与条形基坑不同,圆型基坑的空
7、间效应作用明显。在一般情况下,直径小于30m的圆形基坑,连续墙入土系数可取0.45左右。对圆形基坑进行稳定分析时,因圆形墙体具有较强的空间结构性,位移量较小,应重点考虑坑底稳定性。(2)对于圆形基坑,坑底隆起量、坑外地表沉降量和墙体位移值三者之间存在着一定的关系,坑底的隆起量约为坑外地表沉降量的3倍;坑外地表沉降量约为墙体位移值的2倍。本研究工作得到了张师德老师的大力指导,在此表示感谢。参考文献1DBJ08-
