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车辆荷载对基坑支护结构的影响

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摘要:目前的基坑支护设计规范并未明确说明是否考虑以及如何考虑车辆荷载,将车辆简化为等效静荷载及移动恒载+冲击荷载,并通过具体的基坑实例加以计算分析。结果表明,车辆荷载对基坑有一定的影响,将车辆荷载简化为等效静荷载对基坑的影响小于将车辆荷载简化为移动恒载+冲击荷载。

关键词:深基坑;车辆荷载;冲击荷载;稳定性分析

随着城市建设的飞速发展,市政道路及地铁建设工程越来越多,越来越多的基坑将面临周边车辆荷载的影响。在该类基坑进行支护结构设计计算时,势必要根据车辆荷载的大小而加以考虑。在以往的基坑支护设计中,很少考虑车辆荷载的影响,只是在道路工程设计中,考虑车辆荷载对道路沉降的影响,且一般以等效静荷载加以考虑。文献[1]采用振动方程描述火车动荷载,然后等效为静荷载进行相应的支护结构设计。文献[2]将汽车荷载简化为移动荷载和动荷载,以冲击系数表征动荷载,分析汽车荷载对滑坡稳定性影响。文献[3]将车辆荷载转化为等效荷载并考虑车辆动荷载对基坑支护形式的影响。关于如何考虑车辆荷载对基坑支护结构的影响,建筑基坑支护技术规程并没有明确给出是否考虑且如何考虑。在实际设计中,设计人员也是根据工程经验进行考虑。本文在参考总结相关经验的基础上,将车辆荷载简化为移动恒载+动力荷载,并与将车辆荷载简化为等效静荷载进行对比分析,并以具体工程实例加以计算分析。

1汽车荷载的取值

本文主要采用两种方法计算汽车荷载,即:将汽车荷载简化为移动恒载+冲击荷载;将汽车荷载简化为等效静荷载。

1.1移动恒载及冲击荷载的计算

根据文献[4],公路路面及桥梁设计中对车辆荷载的处理方法,通常有以下三种:1)动力荷载:即通过建立车辆振动模型,计算得到车辆附加动荷载,然后将动荷载通过动荷载系数反映出动荷载对路面结构等的影响。2)移动恒载:将车辆荷载简化为沿行驶方向的大小等于车辆自重的常荷载。该种处理方式用于目前的铁路和公路桥梁汽车荷载计算中,其冲击力以冲击系数表征。3)移动随机荷载:因路面的平整程度是个典型的随机过程,故车辆作用于路面的附加动荷载也具有随机性。在实际工程中,可根据具体情况及精度的要求灵活的选择处理方式[2]。根据文献[5],尽管动荷载系数,即冲击系数随车速、路面平整度有所变化,但其取值始终介于0.1~0.4之间,这与文献[6]所采用的瞬态附加动荷载系数基本相符。结合我国及欧美各国对冲击系数的界定,最大冲击系数介于0.3~0.4。由于基坑支护设计课题本身对精度的要求,以及车辆荷载本身的无规则的周期性,在考虑车辆荷载对基坑支护结构的影响方面,可以移动荷载,并适当考虑冲击系数来处理[2],即考虑车辆自重并考虑附加动力荷载[2]。

1.2车辆等效荷载的计算

根据文献[3],目前考虑车辆动荷载常用的方法有集中荷载法和等效均厚土层法。

1.2.1车辆等效荷载的计算

基坑支护中,通常将基坑支护的影响区域作为一个大的挡土墙,把基坑周围土体破裂面范围内的车辆荷载用一均布等效荷载来代替[8,9],即把基坑周围土体上作用的车辆荷载换算成土层厚度,再按照该土层厚度最支护结构的土压力进行计算。具体的,根据极限平衡法得出不考虑车辆荷载作用时基坑的破裂角,再根据破裂角计算出破裂棱体的宽度及车辆的扩散长度,最后求出等效的土层厚度。该法即认为基坑上承受均布荷载,再将该均布荷载作为基坑周边的超载来计算对支护结构的影响。

1.2.2集中荷载法的计算

根据《公路工程技术标准》的规定[10],对于公路—Ⅰ级和公路—Ⅱ级,汽车荷载采用相同的汽车荷载标准值。对于550kN的汽车,轮距为1.8m,轴距为3m+1.4m+7m+1.4m,前轴重力标准值为30kN,中轴重力标准值为2×120kN,后轴重力标准值为2×140kN,前轮着地面积及宽度为0.3m×0.2m,中轮及后轮的着地面积及宽度为0.6m×0.2m,汽车外形尺寸为15m×2.5m。计算时,具体的:先确定车辆的类型,以便确定车辆重量及轮距等,再将车辆荷载简化为静荷载,最后将车辆荷载进行分配。

2工程

成都某基坑项目位于成都市高新区红牌楼附近,基坑深度约9.3m。场地地貌单元属岷江水系一级阶地。据钻探揭示,场地地层结构简单,主要由第四系人工堆积杂填土,层厚1.60m~2.60m,淤泥质粉质粘土,于场地内局部地段分布,层厚0.70m~1.10m,第四系全新统冲积的粉质粘土,该层在场地内局部分布,层厚1.00m~2.70m;粉土,该层在场地内分布较普遍,层厚0.50m~5.20m。细砂该层在场地内普遍分布,层厚0.50m~3.20m;松散卵石,层厚0.50m~2.20m;稍密卵石,层厚0.50m~2.90m。中密卵石,层厚0.50m~3.40m。密实卵石,层厚0.60m~3.40m。场地地下水主要为赋存于第四系砂卵石层中的孔隙型潜水及少量人工填土层中的上层滞水,受地下径流、大气降水补给;排泄方式以地面蒸发、地下径流为主。各层土的参数如表1所示。基坑的东侧因需作为场地渣土车通道,故必须考虑车辆荷载对支护结构的影响。2.1按照移动恒载及冲击荷载计算如前述,车辆荷载包括车辆自重及车辆动力荷载,车辆自重以移动恒载表示,车辆冲击荷载以冲击系数量化。以公路—Ⅱ级汽车荷载为例。

3结语

目前的基坑支护设计规范并未明确说明是否考虑基坑周边的车辆荷载以及如何考虑车辆荷载,本文通过总结常用的两种考虑车辆荷载的方法并结合实际工程实例,得出如下结论:1)车辆荷载的作用对基坑的安全性有一定的影响,具体的影响视车辆荷载的情况而定;2)是否考虑及如何考虑车辆荷载,应视具体的项目情况而定。

参考文献:

[1]孙鹏,夏景仁.较大动荷载作用下深基坑的支护[J].辽宁建材,2005(4):40-41.

[2]叶四桥,唐红梅.汽车荷载对滑坡稳定性的影响分析[J].重庆建筑大学学报,2006,28(5):106-109.

[3]刘素锦,郭伟明.浅析车辆荷载对深基坑支护结构的影响[J].地下空间与工程学报,2009,5(1):105-107.

[5]周华飞,蒋建群,毛根海.路面不平整引起的车辆动荷载分析[J].中国市政工程,2002(3):10-13.

[6]黄仰贤.路面分析与设计[M].北京:人民交通出版社,1998.[7]CJJ77—98,城市桥梁荷载设计标准[S].

[8]中国建筑标准设计研究院.挡土墙国家建筑标准设计图集04J008[Z].2006.

[9]土质学与土力学[M].北京:人民交通出版社,2011.[10]JTGB01—2014,公路工程技术标准[S].

作者:灌千元 单位:成都四海岩土工程有限公司

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