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車輛荷載對基坑支護的影響
來源: | 作者:pmo16d5c3 | 發布時間: 968天前 | 1875 次瀏覽 | 分享到:

摘要:目前的基坑支護設計規範並未明確說明是否考慮以及如何考慮車輛荷載,將車輛簡化為等效靜荷載及移動恒載+衝擊荷載,並通過具體的基坑實例加以計算分析。結果表明,車輛荷載對基坑有一定的影響,將車輛荷載簡化為等效靜荷載對基坑的影響小於將車輛荷載簡化為移動恒載+衝擊荷載。

關鍵詞:深基坑,車輛荷載,衝擊荷載,穩定性分析

隨著城市建設的飛速發展,市政道路及地鐵建設工程越來越多,越來越多的基坑將麵臨周邊車輛荷載的影響。在該類基坑進行支護結構設計計算時,勢必要根據車輛荷載的大小而加以考慮。在以往的基坑支護設計中,很少考慮車輛荷載的影響,隻是在道路工程設計中,考慮車輛荷載對道路沉降的影響,且一般以等效靜荷載加以考慮。文獻[1]采用振動方程描述火車動荷載,然後等效為靜荷載進行相應的支護結構設計。文獻[2]將汽車荷載簡化為移動荷載和動荷載,以衝擊係數表征動荷載,分析汽車荷載對滑坡穩定性影響。文獻[3]將車輛荷載轉化為等效荷載並考慮車輛動荷載對基坑支護形式的影響。關於如何考慮車輛荷載對基坑支護結構的影響,建築基坑支護技術規程並沒有明確給出是否考慮且如何考慮。在實際設計中,設計人員也是根據工程經驗進行考慮。本文在參考總結相關經驗的基礎上,將車輛荷載簡化為移動恒載+動力荷載,並與將車輛荷載簡化為等效靜荷載進行對比分析,並以具體工程實例加以計算分析。

1汽車荷載的取值

本文主要采用兩種方法計算汽車荷載,即:將汽車荷載簡化為移動恒載+衝擊荷載;將汽車荷載簡化為等效靜荷載。1.1移動恒載及衝擊荷載的計算根據文獻[4],公路路麵及橋梁設計中對車輛荷載的處理方法,通常有以下三種:1)動力荷載:即通過建立車輛振動模型,計算得到車輛附加動荷載,然後將動荷載通過動荷載係數反映出動荷載對路麵結構等的影響。2)移動恒載:將車輛荷載簡化為沿行駛方向的大小等於車輛自重的常荷載。該種處理方式用於目前的鐵路和公路橋梁汽車荷載計算中,其衝擊力以衝擊係數表征。3)移動隨機荷載:因路麵的平整程度是個典型的隨機過程,故車輛作用於路麵的附加動荷載也具有隨機性。在實際工程中,可根據具體情況及精度的要求靈活的選擇處理方式[2]。根據文獻[5],盡管動荷載係數,即衝擊係數隨車速、路麵平整度有所變化,但其取值始終介於0.1~0.4之間,這與文獻[6]所采用的瞬態附加動荷載係數基本相符。結合我國及歐美各國對衝擊係數的界定,最大衝擊係數介於0.3~0.4。由於基坑支護設計課題本身對精度的要求,以及車輛荷載本身的無規則的周期性,在考慮車輛荷載對基坑支護結構的影響方麵,可以移動荷載,並適當考慮衝擊係數來處理[2],即考慮車輛自重並考慮附加動力荷載[2]。1.2車輛等效荷載的計算根據文獻[3],目前考慮車輛動荷載常用的方法有集中荷載法和等效均厚土層法。1.2.1車輛等效荷載的計算基坑支護中,通常將基坑支護的影響區域作為一個大的擋土牆,把基坑周圍土體破裂麵範圍內的車輛荷載用一均布等效荷載來代替[8,9],即把基坑周圍土體上作用的車輛荷載換算成土層厚度,再按照該土層厚度最支護結構的土壓力進行計算。具體的,根據極限平衡法得出不考慮車輛荷載作用時基坑的破裂角,再根據破裂角計算出破裂棱體的寬度及車輛的擴散長度,最後求出等效的土層厚度。該法即認為基坑上承受均布荷載,再將該均布荷載作為基坑周邊的超載來計算對支護結構的影響。1.2.2集中荷載法的計算根據《公路工程技術標準》的規定[10],對於公路—Ⅰ級和公路—Ⅱ級,汽車荷載采用相同的汽車荷載標準值。對於550kN的汽車,輪距為1.8m,軸距為3m+1.4m+7m+1.4m,前軸重力標準值為30kN,中軸重力標準值為2×120kN,後軸重力標準值為2×140kN,前輪著地麵積及寬度為0.3m×0.2m,中輪及後輪的著地麵積及寬度為0.6m×0.2m,汽車外形尺寸為15m×2.5m。計算時,具體的:先確定車輛的類型,以便確定車輛重量及輪距等,再將車輛荷載簡化為靜荷載,最後將車輛荷載進行分配。

2工程實例

成都某基坑項目位於成都市高新區紅牌樓附近,基坑深度約9.3m。場地地貌單元屬岷江水係一級階地。據鑽探揭示,場地地層結構簡單,主要由第四係人工堆積雜填土,層厚1.60m~2.60m,淤泥質粉質粘土,於場地內局部地段分布,層厚0.70m~1.10m,第四係全新統衝積的粉質粘土,該層在場地內局部分布,層厚1.00m~2.70m;粉土,該層在場地內分布較普遍,層厚0.50m~5.20m。細砂該層在場地內普遍分布,層厚0.50m~3.20m;鬆散卵石,層厚0.50m~2.20m;稍密卵石,層厚0.50m~2.90m。中密卵石,層厚0.50m~3.40m。密實卵石,層厚0.60m~3.40m。場地地下水主要為賦存於第四係砂卵石層中的孔隙型潛水及少量人工填土層中的上層滯水,受地下徑流、大氣降水補給;排泄方式以地麵蒸發、地下徑流為主。各層土的參數如表1所示。基坑的東側因需作為場地渣土車通道,故必須考慮車輛荷載對支護結構的影響。2.1按照移動恒載及衝擊荷載計算如前述,車輛荷載包括車輛自重及車輛動力荷載,車輛自重以移動恒載表示,車輛衝擊荷載以衝擊係數量化。以公路—Ⅱ級汽車荷載為例(見圖1)。2.2按照車輛等效荷載計算根據地勘報告給出的土層參數,計算破壞棱體的長度L0,忽略車輛荷載對滑動麵位置的影響[9]計算寬度不應超過分段寬度,當分段長度小於13m時,按照實際分段長度計算。2.3計算結果及分析針對本段基坑采用的護壁樁支護形式,表2將上述兩種計算車輛荷載的方式進行比較分析,其中正常情況是指未考慮車輛荷載的情況,方法1表示按照移動恒載及衝擊荷載考慮車輛荷載的情況,方法2是指按照車輛等效荷載計算車輛荷載的情況。從表2可以看出:1)考慮車輛荷載的影響與不考慮車輛荷載作用的影響對基坑的安全性影響比較大;2)將車輛荷載轉換為等效靜荷載後對基坑支護結構的影響比將車輛荷載簡化為移動恒載+衝擊荷載後對基坑支護結構的影響小;3)目前的基坑支護設計規範並未明確說明是否考慮基坑周邊的車輛荷載以及如何考慮車輛荷載。

3結語

目前的基坑支護設計規範並未明確說明是否考慮基坑周邊的車輛荷載以及如何考慮車輛荷載,本文通過總結常用的兩種考慮車輛荷載的方法並結合實際工程實例,得出如下結論:1)車輛荷載的作用對基坑的安全性有一定的影響,具體的影響視車輛荷載的情況而定;2)是否考慮及如何考慮車輛荷載,應視具體的項目情況而定。

參考文獻:

[1]孫鵬,夏景仁.較大動荷載作用下深基坑的支護[J].遼寧建材,2005(4):40-41.

[2]葉四橋,唐紅梅.汽車荷載對滑坡穩定性的影響分析[J].重慶建築大學學報,2006,28(5):106-109.

[3]劉素錦,郭偉明.淺析車輛荷載對深基坑支護結構的影響[J].地下空間與工程學報,2009,5(1):105-107.

[4]DongliChangHeehgnLee.Impactfactorsforsimple-spanhigh-wayginderbrideges[J].JournalofStructureEngineering,1994,120(3):204-212.

[5]周華飛,蔣建群,毛根海.路麵不平整引起的車輛動荷載分析[J].中國市政工程,2002(3):10-13.

[6]黃仰賢.路麵分析與設計[M].北京:人民交通出版社,1998.

[7]CJJ77—98,城市橋梁荷載設計標準[S].

[8]中國建築標準設計研究院.擋土牆國家建築標準設計圖集04J008[Z].2006.

[9]土質學與土力學[M].北京:人民交通出版社,2011.

[10]JTGB01—2014,公路工程技術標準[S].

作者:灌千元 單位:成都四海岩土工程有限公司