車輛荷載對基坑支護(hù)的影響

車輛荷載對基坑支護(hù)的影響目前的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范并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(dòng)恒載+沖擊荷載，并通過具體的基坑實(shí)例加以計(jì)算分析。結(jié)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于將車輛荷載簡化為移動(dòng)恒載+沖擊荷載。隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，市政道路及地鐵建設(shè)工程越來越多，越來越多的基坑將面臨周邊車輛荷載的影響。在該類基坑進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，勢必要根據(jù)車輛荷載的大小而加以考慮。在以往的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，很少考慮車輛荷載的影響，只是在道路工程設(shè)計(jì)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(xiàn)［1］采用振動(dòng)方程描述火車動(dòng)荷載，然后等效為靜荷載進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［2］將汽車荷載簡化為移動(dòng)荷載和動(dòng)荷載，以沖擊系數(shù)表征動(dòng)荷載，分析汽車荷載對滑坡穩(wěn)定性影響。文獻(xiàn)［3］將車輛荷載轉(zhuǎn)化為等效荷載并考慮車輛動(dòng)荷載對基坑支護(hù)形式的影響。關(guān)于如何考慮車輛荷載對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程并沒有明確給出是否考慮且如何考慮。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員也是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行考慮。本文在參考總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將車輛荷載簡化為移動(dòng)恒載+動(dòng)力荷載，并與將車輛荷載簡化為等效靜荷載進(jìn)行對比分析，并以具體工程實(shí)例加以計(jì)算分析。1汽車荷載的取值本文主要采用兩種方法計(jì)算汽車荷載，即:將汽車荷載簡化為移動(dòng)恒載+沖擊荷載;將汽車荷載簡化為等效靜荷載。1．1移動(dòng)恒載及沖擊荷載的計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)［4］，公路路面及橋梁設(shè)計(jì)中對車輛荷載的處理方法，通常有以下三種:1)動(dòng)力荷載:即通過建立車輛振動(dòng)模型，計(jì)算得到車輛附加動(dòng)荷載，然后將動(dòng)荷載通過動(dòng)荷載系數(shù)反映出動(dòng)荷載對路面結(jié)構(gòu)等的影響。2)移動(dòng)恒載:將車輛荷載簡化為沿行駛方向的大小等于車輛自重的常荷載。該種處理方式用于目前的鐵路和公路橋梁汽車荷載計(jì)算中，其沖擊力以沖擊系數(shù)表征。3)移動(dòng)隨機(jī)荷載:因路面的平整程度是個(gè)典型的隨機(jī)過程，故車輛作用于路面的附加動(dòng)荷載也具有隨機(jī)性。在實(shí)際工程中，可根據(jù)具體情況及精度的要求靈活的選擇處理方式［2］。根據(jù)文獻(xiàn)［5］，盡管動(dòng)荷載系數(shù)，即沖擊系數(shù)隨車速、路面平整度有所變化，但其取值始終介于0．1～0．4之間，這與文獻(xiàn)［6］所采用的瞬態(tài)附加動(dòng)荷載系數(shù)基本相符。結(jié)合我國及歐美各國對沖擊系數(shù)的界定，最大沖擊系數(shù)介于0．3～0．4。由于基坑支護(hù)設(shè)計(jì)課題本身對精度的要求，以及車輛荷載本身的無規(guī)則的周期性，在考慮車輛荷載對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響方面，可以移動(dòng)荷載，并適當(dāng)考慮沖擊系數(shù)來處理［2］，即考慮車輛自重并考慮附加動(dòng)力荷載［2］。1．2車輛等效荷載的計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)［3］，目前考慮車輛動(dòng)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(jì)算基坑支護(hù)中，通常將基坑支護(hù)的影響區(qū)域作為一個(gè)大的擋土墻，把基坑周圍土體破裂面范圍內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力進(jìn)行計(jì)算。具體的，根據(jù)極限平衡法得出不考慮車輛荷載作用時(shí)基坑的破裂角，再根據(jù)破裂角計(jì)算出破裂棱體的寬度及車輛的擴(kuò)散長度，最后求出等效的土層厚度。該法即認(rèn)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(jì)算對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。1．2．2集中荷載法的計(jì)算根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定［10］，對于公路—Ⅰ級和公路—Ⅱ級，汽車荷載采用相同的汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值。對于550kN的汽車，輪距為1．8m，軸距為3m+1．4m+7m+1．4m，前軸重力標(biāo)準(zhǔn)值為30kN，中軸重力標(biāo)準(zhǔn)值為2×120kN，后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值為2×140kN，前輪著地面積及寬度為0．3m×0．2m，中輪及后輪的著地面積及寬度為0．6m×0．2m，汽車外形尺寸為15m×2．5m。計(jì)算時(shí)，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，最后將車輛荷載進(jìn)行分配。2工程實(shí)例成都某基坑項(xiàng)目位于成都市高新區(qū)紅牌樓附近，基坑深度約9．3m。場地地貌單元屬岷江水系一級階地。據(jù)鉆探揭示，場地地層結(jié)構(gòu)簡單，主要由第四系人工堆積雜填土，層厚1．60m～2．60m，淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，于場地內(nèi)局部地段分布，層厚0．70m～1．10m，第四系全新統(tǒng)沖積的粉質(zhì)粘土，該層在場地內(nèi)局部分布，層厚1．00m～2．70m;粉土，該層在場地內(nèi)分布較普遍，層厚0．50m～5．20m。細(xì)砂該層在場地內(nèi)普遍分布，層厚0．50m～3．20m;松散卵石，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(shí)卵石，層厚0．60m～3．40m。場地地下水主要為賦存于第四系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(bǔ)給;排泄方式以地面蒸發(fā)、地下徑流為主。各層土的參數(shù)如表1所示?；拥臇|側(cè)因需作為場地渣土車通道，故必須考慮車輛荷載對支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。2．1按照移動(dòng)恒載及沖擊荷載計(jì)算如前述，車輛荷載包括車輛自重及車輛動(dòng)力荷載，車輛自重以移動(dòng)恒載表示，車輛沖擊荷載以沖擊系數(shù)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(jì)算根據(jù)地勘報(bào)告給出的土層參數(shù)，計(jì)算破壞棱體的長度L0，忽略車輛荷載對滑動(dòng)面位置的影響［9］計(jì)算寬度不應(yīng)超過分段寬度，當(dāng)分段長度小于13m時(shí)，按照實(shí)際分段長度計(jì)算。2．3計(jì)算結(jié)果及分析針對本段基坑采用的護(hù)壁樁支護(hù)形式，表2將上述兩種計(jì)算車輛荷載的方式進(jìn)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(dòng)恒載及沖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(jì)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(zhuǎn)換為等效靜荷載后對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響比將車輛荷載簡化為移動(dòng)恒載+沖擊荷載后對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響小;3)目前的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范并未明