传统设计理论和要领存在诸多的缺陷使得越来越纷乱的基坑工程问题无法妥善解决,新的、更有效的设计理论和要领尚未老练,在不确定因素太多的 基坑围护体系设计中,结构的安定度就难以控制,要使设计相符实际情况是太难了,至少在目前的技术成长水平上是太难了。工程设计者只有两种选择,一是设计得比较守旧,以确保安定而造成浪费;二是要冒较大的危害,以节省投资而将带来事故隐患。岂论作何种选择,应该说对工程的安定与经济都难两全。如此情形下,工程设计人员的责任是在设计中接纳合理的对策,尽可能地使设计贴近基坑工程的真实状况。实际运用中可从下列两方面考虑:
1 土压力估算
土压力是基坑围护结构的主要荷载,若能较准确地估算土压力,对基坑工程意义十分重大。但由于影响土压力的不确定因素太多,要精确地加以确定是很困难的,甚至是不可能的。当前没有精确的理论来包管其正确可靠性的情况下,可从以下两方面入手:
1)通过现场测试和室内模型试验,并依此为基础,提出简单实用而尽可能合理的土压力计算模式。
2)计算时着重考虑的因素:土的物理力学性质(重度、抗剪强度);挡土围护结构相对土体的变位偏向和巨细;地面坡度、地面荷载与邻近基础荷载及可能的动荷载;地下水位及其转变;围护结构的刚度;基坑工程的施工要领与施工顺序等等。
2 动态设计
传统设计要领的主要问题在于一个“静”字,以开挖的最终状态为东西,进行定值的设计。然而基坑开挖工程与其它工程的最大差别之处又在于一个“动”字,在开挖过程中,包括某些土质参数在内的种种参量,诸如侧土压力、结构内力、土体应力及应变等等都在转变,且其转变规律目前还未被富裕掌握,这就孕育产生了设计结果与实际情况的差别。对此,比较有效的对策是凭据施工过程的信息反馈连续修正设计,以指导施工,这就是动态设计。
动态设计务必建立在严密的现场监测基础之上,通过对开挖全过程实施监测,将信息及时反馈,以掌握围护结谈判基坑内外土体变形移动,随时调解施工参数,优化设计,或接纳相应办法,以确保施工安定,即所谓信息化施工。
动态设计基本思路是:在设计方案的优化后,通过动态计算模型,按施工过程对围护结构进行逐次剖析,预测围护结构在施工过程中的性状,例如位移、沉降、土压力、孔隙水压力、结构内力等,并在施工过程中收罗相应的信息,经处理后与预测结果比较,从而作出决策,修改原设计中不相符实际的局部。将所收罗的信息作为已知量,通过反剖析推求较相符实际的土质参数,并利用所推求的较相符实际的土质参数再次预测下一施工阶段围护结构及土体的性状,又收罗下一施工阶段的相应信息。如此重复循环,连续收罗信息,连续修改设计并指导施工,将设计置于动态过程中。通过剖析预测指导施工,通过施工信息反馈修改设计,使设计及施工逐渐迫近实际。
动态设计就是要使设计尽可能迫近实际情况,富裕挖掘围护结构潜力,实现围护结构的经济和安定二者到达最佳状态。
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