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钢板桩挡墙土压力分布模型试验

文章作者:钢板租赁 发布时间:2020-04-20 17:21:17 浏览次数:0

钢板桩挡墙具有可重复利用、减少开挖量和节约材料等优点。随着低碳环保理念的提升,近年来钢板桩被广泛用于临时或永|久基坑、堤坝和码头等工程的挡土挡水结构中。在进行钢板桩挡墙设计时,土压力计算一般沿用传统的平面挡墙分析方法,不考虑钢板桩挡墙与土体接触界面起伏所引起的土压力变化(即形状效应)。

钢板桩租赁

一、试验介绍

1、试验设备

采用同济大学TLJ-150土工离心机,该设备zui大承载能力是150 g•t,zui大离心加速度为200 g,zui大荷重为2 t。

2、模型设计

模型地基的厚度为460.0 mm,分为2层。上层为厚210.mm的黏土层,采用上海地区典型4号土。表1给出了该黏土的物理和力学指标,其中,剪切强度指标通过固结不排水三轴压缩试验测得,所测试样为离心模型试验后所切取的土样。模型地基下层为厚250.0 mm的砂层,采用上海长兴岛的吹填砂,平均粒径为0.13 mm,级配曲线的不均匀系数为1.5。基坑开挖深度为150.0 mm,分4层开挖,开挖深度依次为40.0 mm、50.0 mm、40.0 mm和20.0 mm。挡墙总高度为400.0 mm,出露土层表面40.0 mm,用以布设激光位移传感器测点,开挖全部完成后的挡墙嵌入深度为210.0 mm,与墙体总有效墙高(即开挖前墙体的初始入土深度H=360.0 mm)的比值为0.58。

3、测量元件布设方案

试验过程中测量了墙顶位移、墙体应变、土压力以及土中孔隙水压力等,受试验条件所限,未能监测土体位移。墙顶位移通过激光位移传感器进行量测。在挡土侧土体中埋深85.0 mm和243.0 mm处各布设了1组微型孔隙水压力计,以监测固结过程中孔隙水压力消散情况。如图2所示,墙后(填土侧)距填土表面埋深85.0 mm、160.0 mm、243.0 mm处布设了微型土压力计,埋深85.0 mm和243.0 mm处布设了应变片;墙前(开挖侧)土压力计布设在埋深243.0 mm处,应变片分别布设在埋深85.0 mm和243.0 mm处。为减小传感器的尺寸影响,选择了尺寸尽可能小的测量元件,孔压传感器外径8.0 mm、厚3.0 mm,土压力计外径8.0 mm、厚2.0 mm,应变片尺寸为1。0 mm×1.0 mm。

钢板桩挡墙

4、试验步骤

试验步骤分4个阶段:模型准备/制备、地基固结、模拟开挖和拆样。

(1) 模型准备/制备。标定土压力计和孔压计,并布设在模型墙预设位置。模型箱侧壁涂抹硅油以减少摩擦。烘干、粉碎黏土,用0.5 mm筛子过筛后放入真空搅拌机,加水搅拌并进行真空饱和。将干砂分为5层填筑,每层厚度50.0 mm,击实至目标孔隙比0.8(相对密实度约47,密度约1。94 g•cm-3)。随后将饱和后的黏土分层填在砂层之上直至与模型箱表面相平。将帽型钢板桩挡墙插入土中至指定深度。为了保持土体处于饱和状态,在排水槽内注水直至与土层表面齐平。将模型箱吊入离心机准备固结试验。

(2) 地基固结。上海地区4号土一般略微超固结[7],平均固结比约1。08,因此固结时离心加速度设置为40 g,稍大于开挖阶段的离心加速度。当孔隙水压力在1 h内的孔压变化为总变化量的3时,认为固结基本完成。

(3) 模拟开挖。停机进行基坑1层开挖。随后离心机重启至36 g加速度,保持运行状态直至孔压和土压力测值基本保持稳定。停机进行下一层开挖,重复试验直至基坑开挖全部完成。

(4) 拆样。停机,分别测量墙体两侧5个不同深度处的土壤孔隙比e和含水量ω,表2为各深度处的平均测值。黏土层孔隙比在1.03至1.18之间,随深度略有降低,饱和度超过97,2组试验在相同深度处的测量结果比较接近,平板墙试验的黏土层孔隙比高于钢板桩试验,推测前者的固结度稍低于后者。砂层的饱和度较低,因为砂层渗透系数高,拆样后水分流失较快。

通过离心模型试验研究了帽型钢板桩挡墙和平板挡墙在基坑开挖过程中的土压力变化情况,着重分析了在开挖过程中钢板桩挡墙迎土面不同部位土压力差异及变化规律,探讨了钢板桩挡墙土压力分布的形状效应产生机理。

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