基于變形曲線的渠道式水泥切割連續(xù)墻彎矩測算方法

于春紅 宿官忠 宋永娜

摘要：渠道式水泥切割連續(xù)墻具有較好的地基加固、擋土止水作用，能夠在諸多方面進(jìn)行應(yīng)用，尤其在深基坑中具有較好的影響。掌握渠道式水泥切割連續(xù)墻的彎矩能夠降低施工事故發(fā)生率，增強(qiáng)連續(xù)墻的應(yīng)用效果。使用跟蹤監(jiān)測方法能夠及時(shí)獲取連續(xù)墻的彎矩，但是為了降低成本，往往只會對部分截面進(jìn)行監(jiān)測，所以使用這種方式不僅會增加施工成本，而且還不能完全掌握連續(xù)墻的所有截面彎矩，甚至某些監(jiān)測結(jié)果會出現(xiàn)失真情況。所以為了提高連續(xù)墻彎矩測算的精確度，并且降低施工成本，分析了一種基于變形曲線的彎矩測算方法。該方法是通過對變形曲率進(jìn)行計(jì)算，然后計(jì)算出連續(xù)墻的彎矩。文章首先對彎矩測算方法進(jìn)行了分析，然后將其應(yīng)用到實(shí)際工程實(shí)例中，通過與實(shí)際測量彎矩結(jié)果相比，文章研究的測算方法與之吻合度較高，表明了基于變形曲線的測算方法具有較好的準(zhǔn)確度。

關(guān)鍵詞：變形曲線;渠道式水泥切割連續(xù)墻;彎矩

中圖分類號：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—5922（2021）02—0167—04

渠道式水泥切割連續(xù)墻屬于一種新型水泥土墻施工工藝，具有連續(xù)成墻、深度大的特點(diǎn)，主要作用在于地基加固、擋土止水等，常常在深基坑、垃圾填埋場、水庫堤壩等中進(jìn)行使用。為了提高連續(xù)墻的安全性，需要深入了解其內(nèi)力，但是使用跟蹤檢測的方式獲取連續(xù)墻應(yīng)變或者應(yīng)力的結(jié)果往往會失真，而且會消耗大量的成本。于是文章提出了一種基于變形曲線的方式測算連續(xù)墻彎矩，通過對彎矩的測算，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，從而降低工程事故的發(fā)生。

1連續(xù)墻彎矩測算方法

1.1計(jì)算變形曲率φ

渠道式水泥切割連續(xù)墻受到外力的作用之后會發(fā)生測向變形，而其變形彎曲的程度就是變形曲率西，在計(jì)算變形曲率西可以根據(jù)一個(gè)重要信息，即φ和墻體的曲率半徑R互為倒數(shù)。于是文章將采用測斜曲線擬合直接求導(dǎo)法計(jì)算出變形曲率φ。

由于連續(xù)墻基坑在開挖過程中，該墻體與地面呈現(xiàn)垂直狀態(tài)，于是在豎直方向，連續(xù)墻只會受到自身重力的影響，于是能夠?qū)⑵淇醋魇羌儚潣?gòu)件。于是可以得到如下公式：

2公式實(shí)例計(jì)算分析

2.1工程概況

通過上述基于變形曲線的彎矩測算方法，將其應(yīng)用到某市地鐵車站中。該車站的基坑開挖深度大致為23m，屬于一種基坑非常深的車站。使用厚度為1m的渠道式水泥切割連續(xù)墻。車站的主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，地下包含三層三跨或者四層。連續(xù)墻中使用的垂直主筋為Ⅱ級熱軋鋼筋，支撐體系使用的是西609×16鋼管支撐。在開挖過程中會對軸力、沉降、測斜進(jìn)行檢測，還會對鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，圖2即為基坑測點(diǎn)布置圖。

其中，w為墻項(xiàng)水平位移、沉降點(diǎn);WJ為墻體鋼筋應(yīng)力測點(diǎn);Q為墻體測斜點(diǎn);z為支撐軸力測點(diǎn)。

2.2根據(jù)變形曲線估算彎矩

文章對4個(gè)不同工況下的變形情況進(jìn)行測查，如圖3所示，主要針對的是Q3測點(diǎn)，一共對12個(gè)截面的彎矩進(jìn)行估算。首先用六次多項(xiàng)式對變形進(jìn)行線性擬合，再通過公式（1）計(jì)算出φ，然后對彎矩進(jìn)行修正處理得到實(shí)際彎矩，計(jì)算結(jié)果如圖4和圖5所示。

對兩個(gè)彎矩結(jié)果進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)沒有修正的彎矩和修正之后的彎矩之間的變化規(guī)律一致，且基本上最大彎矩出現(xiàn)在開挖面附近1～2m的范圍內(nèi)，這種現(xiàn)象也正好與實(shí)際工程中的受力情況相同。但是兩個(gè)彎矩值存在比較大的差別，比如圖4中4種不同工況下彎矩最大值分別為1039.47kN·m、1310.74kN·m、1260.81kN·m、1451.15kN·m，圖5中的彎矩最大值分別為696.11kN.m、795.32kN·m、777.36kN·m、846.11kN·m，如5中的彎矩明顯比圖4中彎矩小很多。所以當(dāng)連續(xù)墻上彎矩越大時(shí)，剛度下降的趨勢就會越小，正好與M-φ曲線的結(jié)果相一致。

2.3彎矩估算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的比較

為了檢測本文研究的測算方法的準(zhǔn)確度，于是使用跟蹤監(jiān)測的方式得到不同工況下的實(shí)際彎矩，圖6即為部分工況下的對比結(jié)果。圖中，修正前表示的沒有對剛度進(jìn)行修正的彎矩，修正后表示的是經(jīng)過剛度修正之后的彎矩，實(shí)測表示的是通過監(jiān)測儀器測量的實(shí)際彎矩。從圖中可以看出，經(jīng)過剛度修正之后的彎矩與實(shí)測彎矩更加接近，而沒有進(jìn)行剛度修正的彎矩與實(shí)測彎矩相差比較大。另外，對不同深度下彎矩進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)當(dāng)深度越來越大時(shí)，經(jīng)過剛度修正的彎矩與實(shí)測彎矩結(jié)果更加接近。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因在于當(dāng)深度越大時(shí)，連續(xù)墻發(fā)生的變形就會大，就會增加變形曲率的準(zhǔn)確度，于是就會增加彎矩的準(zhǔn)確度，所以就會更加接近于實(shí)測彎矩。反之，當(dāng)變形比較小時(shí)，就會增加測斜的相對誤差，于是就會增加φ的誤差，彎矩結(jié)果自然就會更加不準(zhǔn)確，與實(shí)際測量的結(jié)果就會相差較大。

從圖中還可以看出，經(jīng)過剛度修正后的彎矩一般情況下會稍稍比實(shí)測彎矩大，這樣有利于防止連續(xù)墻受彎破壞，因?yàn)檫B續(xù)墻所處的環(huán)境比較復(fù)雜，會受到各種其他因素的影響，將彎矩測算結(jié)果設(shè)計(jì)的稍大一點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)連續(xù)墻的彎矩達(dá)到極限抗彎能力時(shí)，此時(shí)由于設(shè)計(jì)的彎矩稍微大一些，于是還不至于發(fā)生非常嚴(yán)重的后果，有助于及時(shí)作出補(bǔ)救措施，就會降低事故發(fā)生率、減少損失。

3結(jié)語

在深基坑施工過程中，基于變形曲線測算渠道式水泥切割連續(xù)墻彎矩具有不錯的準(zhǔn)確度，因?yàn)橥ㄟ^與實(shí)際測量結(jié)果相比，吻合度比較高，所以將此方法應(yīng)用到彎矩測算中能夠滿足實(shí)際要求。并且使用該方法的計(jì)算較為簡單，用于指導(dǎo)深基坑工程施工，能夠及時(shí)了解到連續(xù)墻的抗彎能力，而且還不用對鋼筋應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，就會降低購買、搭建檢測設(shè)備的費(fèi)用，從而可以降低工程成本。而且使用該測算方法能夠避免工程事故發(fā)生，提高工程施工的安全性，所以文章對連續(xù)墻的彎矩測算方法具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。