摘要：隨地鐵深基坑施工的進(jìn)行,為確保施工安全,都采取降水措施,深基坑側(cè)面土體由于失水而導(dǎo)致其物理力學(xué)性狀不可避免的發(fā)生變化,因此基坑側(cè)面土體的ｍ值也是不斷變化的。利用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形信息資料,結(jié)合參數(shù)優(yōu)化反分析土體ｍ值,根據(jù)現(xiàn) 現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料和優(yōu)化后的參數(shù)通過(guò)有限元計(jì)算對(duì)深基坑支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行變形預(yù)測(cè),及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖方案和支護(hù)參數(shù),此方法可以有效地指導(dǎo)基坑施工,使得基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形始終處于可控制狀態(tài),以確保施工安全。
關(guān)鍵詞：深基坑;反分析;變形預(yù)測(cè);支護(hù)結(jié)構(gòu)
1 引言
以變形大小作為控制手段的深基坑動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法正受到人們的普遍重視,因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的變形是基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)與土相互作用的直觀反映,又是支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和施工情況的相互作用的具體反映,如果能根據(jù)支護(hù)周?chē)馏w參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)事先預(yù)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量,將最不利情況的預(yù)測(cè)值作為控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的警戒值,將對(duì)保證基坑安全施工具有重要的意義。
利用深基坑支護(hù)開(kāi)挖過(guò)程中所獲工況的監(jiān)測(cè)信息,采用優(yōu)化反分析來(lái)反演土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù),然后通過(guò)有限元計(jì)算預(yù)測(cè)下一工況的樁墻變形量、內(nèi)力及支撐力,把計(jì)算值作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的控制值,通過(guò)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù),隨著施工的進(jìn)行,繼續(xù)采集下一施工階段的相應(yīng)信息,進(jìn)行參數(shù)反演,計(jì)算預(yù)測(cè)下一工況的樁墻變形量等,如此反復(fù)循環(huán),提高預(yù)測(cè)值精確度。
2 預(yù)測(cè)原理
預(yù)測(cè)原理實(shí)際上是先做反分析,然后再做正分析,即以每一工況位移監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ),選擇適當(dāng)?shù)耐馏w力學(xué)模型及相應(yīng)的邊界條件,然后建立目標(biāo)函數(shù),利用優(yōu)化方法來(lái)搜索與實(shí)測(cè)值逼近的土體參數(shù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù),然后把這里參數(shù)用于下一步工況的計(jì)算參數(shù),再對(duì)支護(hù)體系變形進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合監(jiān)測(cè)對(duì)支護(hù)體系變形進(jìn)行控制。
2.1 建立目標(biāo)函數(shù)
以基坑開(kāi)挖的每一工況監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ)的反分析方法目標(biāo)函數(shù)一般為:
式中ｕｃｉ(ｘ)為支護(hù)結(jié)構(gòu)上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移的計(jì)算值,ｕｔｉ為支護(hù)結(jié)構(gòu)上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移的實(shí)測(cè)值;ｘ表示土體的ｍ值、支撐剛度系數(shù)、樁墻剛度等;ｎ為測(cè)點(diǎn)總數(shù)。
2.2 樁體任意處位移計(jì)算
支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算采用彈性地基梁有限元法,計(jì)算的最終結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力及變形,而實(shí)測(cè)點(diǎn)的位置可能不在節(jié)點(diǎn)處,為了反映施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng),以及目標(biāo)函數(shù)值的求解,需要給出監(jiān)測(cè)點(diǎn)任意位置設(shè)置和任意施工階段的監(jiān)測(cè)信息增量,則任一單元上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移ｕｃｉ可用線性插值法求得,計(jì)算公式為:
式中,ｘ1,ｘ2分別為測(cè)點(diǎn)ｉ所在單元兩端點(diǎn)的坐標(biāo);ｕｃ1,ｕｃ2分別為ｉ點(diǎn)所在單元兩端點(diǎn)的水平位移計(jì)算值;ｕｃｉ為測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移;ｘｉ為測(cè)點(diǎn)ｉ的坐標(biāo)(坐標(biāo)原點(diǎn)為樁墻頂點(diǎn))。
2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量樁體傾斜的測(cè)斜儀按0.5ｍ點(diǎn)距由下往上逐點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù),即將測(cè)斜管分成了ｎ個(gè)測(cè)段(見(jiàn)圖1),每個(gè)測(cè)段的長(zhǎng)度ｌｉ=500ｍｍ,在某一深度位置上所測(cè)得的兩對(duì)導(dǎo)輪(ｌｉ)之間的傾角θｉ,通過(guò)計(jì)算可得到這一區(qū)段的變位△ｉ。
計(jì)算公式為:Δｉ=ｌｉｓｉｎθｉ(3)
某一深度的水平變位值δｉ可通過(guò)區(qū)段變位△ｉ的累計(jì)得出,即:
計(jì)算時(shí)假定管底作為基準(zhǔn)點(diǎn),由下而上累計(jì)計(jì)算某一深度的變位值δｉ,直至管頂,然后再根據(jù)測(cè)得的該點(diǎn)樁頂位移對(duì)水平變位值進(jìn)行修正。但是不論基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在管頂或管底,計(jì)算變位值δｉ總以向基坑側(cè)變位為正,反之為負(fù)。將在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中同一測(cè)斜管的不同深度處所測(cè)得的變位值δｉ,點(diǎn)在坐標(biāo)紙上連接起來(lái),便可繪制出樁體的水平變位(Ｈ～δｉ)曲線。
2.4 數(shù)據(jù)優(yōu)化處理
(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)常常由于測(cè)量?jī)x器、操作人員、施工狀態(tài)或測(cè)點(diǎn)受到干擾破壞等各種情況而引起監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)不夠理想、不夠充足,常求助于拉格朗日插值或樣條函數(shù)插值的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
(2)由于環(huán)境及人為讀數(shù)引起的誤差在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中無(wú)法避免,為了消除這種誤差對(duì)反分析結(jié)果的精度影響,必須對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理,具體過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]
關(guān)鍵詞：深基坑;反分析;變形預(yù)測(cè);支護(hù)結(jié)構(gòu)
1 引言
以變形大小作為控制手段的深基坑動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法正受到人們的普遍重視,因?yàn)橹ёo(hù)結(jié)構(gòu)的變形是基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)與土相互作用的直觀反映,又是支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際,與現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)和施工情況的相互作用的具體反映,如果能根據(jù)支護(hù)周?chē)馏w參數(shù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)事先預(yù)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量,將最不利情況的預(yù)測(cè)值作為控制支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的警戒值,將對(duì)保證基坑安全施工具有重要的意義。
利用深基坑支護(hù)開(kāi)挖過(guò)程中所獲工況的監(jiān)測(cè)信息,采用優(yōu)化反分析來(lái)反演土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù),然后通過(guò)有限元計(jì)算預(yù)測(cè)下一工況的樁墻變形量、內(nèi)力及支撐力,把計(jì)算值作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的控制值,通過(guò)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù),隨著施工的進(jìn)行,繼續(xù)采集下一施工階段的相應(yīng)信息,進(jìn)行參數(shù)反演,計(jì)算預(yù)測(cè)下一工況的樁墻變形量等,如此反復(fù)循環(huán),提高預(yù)測(cè)值精確度。
2 預(yù)測(cè)原理
預(yù)測(cè)原理實(shí)際上是先做反分析,然后再做正分析,即以每一工況位移監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ),選擇適當(dāng)?shù)耐馏w力學(xué)模型及相應(yīng)的邊界條件,然后建立目標(biāo)函數(shù),利用優(yōu)化方法來(lái)搜索與實(shí)測(cè)值逼近的土體參數(shù)及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù),然后把這里參數(shù)用于下一步工況的計(jì)算參數(shù),再對(duì)支護(hù)體系變形進(jìn)行預(yù)測(cè),結(jié)合監(jiān)測(cè)對(duì)支護(hù)體系變形進(jìn)行控制。
2.1 建立目標(biāo)函數(shù)
以基坑開(kāi)挖的每一工況監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ)的反分析方法目標(biāo)函數(shù)一般為:
式中ｕｃｉ(ｘ)為支護(hù)結(jié)構(gòu)上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移的計(jì)算值,ｕｔｉ為支護(hù)結(jié)構(gòu)上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移的實(shí)測(cè)值;ｘ表示土體的ｍ值、支撐剛度系數(shù)、樁墻剛度等;ｎ為測(cè)點(diǎn)總數(shù)。
2.2 樁體任意處位移計(jì)算
支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算采用彈性地基梁有限元法,計(jì)算的最終結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力及變形,而實(shí)測(cè)點(diǎn)的位置可能不在節(jié)點(diǎn)處,為了反映施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng),以及目標(biāo)函數(shù)值的求解,需要給出監(jiān)測(cè)點(diǎn)任意位置設(shè)置和任意施工階段的監(jiān)測(cè)信息增量,則任一單元上測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移ｕｃｉ可用線性插值法求得,計(jì)算公式為:
式中,ｘ1,ｘ2分別為測(cè)點(diǎn)ｉ所在單元兩端點(diǎn)的坐標(biāo);ｕｃ1,ｕｃ2分別為ｉ點(diǎn)所在單元兩端點(diǎn)的水平位移計(jì)算值;ｕｃｉ為測(cè)點(diǎn)ｉ的水平位移;ｘｉ為測(cè)點(diǎn)ｉ的坐標(biāo)(坐標(biāo)原點(diǎn)為樁墻頂點(diǎn))。
2.3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量樁體傾斜的測(cè)斜儀按0.5ｍ點(diǎn)距由下往上逐點(diǎn)進(jìn)行讀數(shù),即將測(cè)斜管分成了ｎ個(gè)測(cè)段(見(jiàn)圖1),每個(gè)測(cè)段的長(zhǎng)度ｌｉ=500ｍｍ,在某一深度位置上所測(cè)得的兩對(duì)導(dǎo)輪(ｌｉ)之間的傾角θｉ,通過(guò)計(jì)算可得到這一區(qū)段的變位△ｉ。
計(jì)算公式為:Δｉ=ｌｉｓｉｎθｉ(3)
某一深度的水平變位值δｉ可通過(guò)區(qū)段變位△ｉ的累計(jì)得出,即:
計(jì)算時(shí)假定管底作為基準(zhǔn)點(diǎn),由下而上累計(jì)計(jì)算某一深度的變位值δｉ,直至管頂,然后再根據(jù)測(cè)得的該點(diǎn)樁頂位移對(duì)水平變位值進(jìn)行修正。但是不論基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在管頂或管底,計(jì)算變位值δｉ總以向基坑側(cè)變位為正,反之為負(fù)。將在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中同一測(cè)斜管的不同深度處所測(cè)得的變位值δｉ,點(diǎn)在坐標(biāo)紙上連接起來(lái),便可繪制出樁體的水平變位(Ｈ～δｉ)曲線。
2.4 數(shù)據(jù)優(yōu)化處理
(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)常常由于測(cè)量?jī)x器、操作人員、施工狀態(tài)或測(cè)點(diǎn)受到干擾破壞等各種情況而引起監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)不夠理想、不夠充足,常求助于拉格朗日插值或樣條函數(shù)插值的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
(2)由于環(huán)境及人為讀數(shù)引起的誤差在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中無(wú)法避免,為了消除這種誤差對(duì)反分析結(jié)果的精度影響,必須對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理,具體過(guò)程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[3]