Métodos y características de soporte del pozo de cimentación en el área kárstica de Guilin
4.1.1 Tipos de soporte para fosas de cimentación en las zonas kársticas de Guilin
En la actualidad, las principales formas de soporte para fosas de cimentación en Guilin son las siguientes.
4.1.1.1 Excavación en pendiente
Se utiliza principalmente cuando no hay edificios importantes alrededor, la profundidad de excavación del pozo de cimentación no es grande, solo se requiere estabilidad, el control de desplazamiento no es estricto, y el área de menor costo requerida.
4.1.1.2 Estructura de soporte en voladizo
La estructura de soporte en voladizo es una estructura que mantiene estable la superficie de excavación del pozo de cimentación debido a que las condiciones del sitio no permiten la excavación en pendiente natural. ampliamente utilizado Se utiliza en proyectos de pozos de cimentación con buena calidad de suelo, como cimientos de arcilla roja de plástico duro, excavaciones poco profundas, etc. La estructura de soporte en voladizo es un método de soporte ampliamente utilizado en las áreas kársticas de Guilin, y a menudo se utilizan pilotes perforados.
Las características de la estructura de soporte de pilotes perforados son baja vibración y ruido durante la construcción, sin compresión del suelo y poco impacto en el entorno circundante, la pared tiene alta resistencia y rigidez, buena estabilidad de soporte y pequeña deformación; Cuando los pilotes de ingeniería también son pilotes moldeados en el lugar, se pueden construir al mismo tiempo, lo que favorece la organización, la conveniencia y el período de construcción corto. Los pilotes se conectan principalmente en un todo a través de vigas superiores; correas, y la integridad es relativamente pobre. Debido a que es un voladizo, su resistencia a la flexión es débil, por lo que debe tener especial cuidado al aplicarlo en áreas importantes, proyectos especiales y pozos de cimentación profundos.
4.1.1.3 Estructura de soporte híbrida
La estructura de contención híbrida es una estructura de contención compuesta por un muro de contención y un muro de contención fijo. Los muros de contención generalmente están hechos de tablestacas (acero, hormigón) y pilotes de hormigón moldeados in situ, mientras que los puntos de apoyo de los muros de contención fijos incluyen principalmente varillas de anclaje o vigas de soporte. Su punto de apoyo se puede dividir en una sola capa o en varias capas, y el método de diseño es ligeramente diferente. Debido a que la construcción es relativamente compleja, tiene ciertos requisitos sobre el entorno circundante. Se requiere que no haya tuberías subterráneas, tuberías y otras instalaciones subterráneas dentro del alcance de la construcción del anclaje. Este método de apoyo se utiliza relativamente raramente en Guilin. Sin embargo, este método de apoyo se utiliza ampliamente en otras partes de China.
4.1.1.4 Estructura de soporte del muro de contención por gravedad de suelo y cemento
El muro de contención por gravedad de suelo y cemento es una columna de suelo y cemento superpuesta continua más un muro de contención sólido. mezclador profundo para mezclar enérgicamente el suelo y la lechada de cemento en el sitio. A menudo se utiliza para excavar fosos con profundidades de excavación pequeñas (a menudo menos de 7 m). Las ventajas del muro de contención de suelo y cemento son: generalmente no hay soporte en el pozo, lo que facilita la excavación mecanizada rápida, tiene la doble función de retener el suelo y detener el agua, no hay vibraciones durante la construcción, bajo nivel de ruido; contaminación y leve compresión del suelo, lo que resulta más ventajoso para la construcción en zonas céntricas. La desventaja del muro de contención de cemento y suelo es que el desplazamiento es relativamente grande, especialmente cuando la longitud del pozo de cimentación es larga, se pueden usar medidas como agregar pilares en el medio y arquear para limitar el desplazamiento excesivo. En segundo lugar, es más grueso y sólo se puede utilizar si la posición de la línea roja y el entorno lo permiten. Además, al construir pilotes para mezclar cemento y tierra, se debe tener cuidado para evitar cualquier impacto en el medio ambiente circundante.
4.1.1.5 Soporte de pared con clavos para suelo
El soporte con clavos para suelo se utilizó por primera vez en Versalles, Francia, en 1972, y en mi país, en 1980, en la mina de carbón Liuwan en Shanxi. Este método de apoyo fue adoptado por Guilin en los años 1990. A veces se utiliza una red para colgar en la pared clavada en el suelo y se rocía una capa de hormigón para proteger la superficie. El efecto de soporte es mejor, el costo económico es menor y la construcción es más fácil. Tiene las características de estabilidad y confiabilidad, construcción simple, período de construcción corto, buen efecto y buena economía.
La función de soporte de pared con clavos de suelo es diferente a la de contención pasiva del suelo. Desempeña un papel positivo en el enterrado, aumentando la estabilidad de las pendientes de los pozos de cimentación y manteniendo la estabilidad de las pendientes después de la excavación de los pozos de cimentación. Los muros de clavos para el suelo se utilizan principalmente en áreas con buena calidad del suelo, como los pozos de cimentación de arcilla roja, pero no son adecuados para el soporte de pozos de arena en la primera terraza del río Li en Guilin.
4.1.2 Cálculo de diseño del soporte de la fosa
Como sistema estructural, el soporte de la fosa debe cumplir los requisitos de estabilidad y deformación, que son dos estados límite en los requisitos comunes de las especificaciones de ingeniería. , es decir, el estado límite de capacidad de carga y el estado límite de servicio normal. El llamado estado límite de capacidad de carga se refiere a la destrucción, el derrumbe, el deslizamiento de la estructura de soporte o la destrucción del entorno circundante, lo que resulta en una inestabilidad a gran escala. Los requisitos generales de diseño no permiten que las estructuras de soporte alcancen tales estados límite. El estado límite de uso normal se refiere a la deformación de la estructura portante provocada por la excavación del pozo de cimentación o la deformación excesiva del suelo circundante, que afecta el uso normal pero no provoca inestabilidad estructural. Por lo tanto, el diseño del soporte del pozo de cimentación debe tener un factor de seguridad suficiente en relación con el estado de capacidad de carga última para evitar causar inestabilidad de la estructura de soporte y controlar el desplazamiento mientras se garantiza que no se produzca inestabilidad, para no afectar la seguridad de los alrededores. edificios.
En términos generales, el cálculo del diseño del soporte de ingeniería del pozo de cimentación incluye el método de equilibrio estático, el método de viga equivalente, el método de curva elástica y el método de elementos finitos. Antes de 1995, no existían especificaciones ni normas para el diseño de soportes de cimentaciones en mi país. La mayoría del personal técnico y de ingeniería consultará varios manuales o libros de texto al diseñar el soporte de la fosa de cimentación. Los métodos de cálculo, fórmulas y parámetros son diferentes, a veces muy diferentes. Posteriormente, Shenzhen, Shanghai, Wuhan, Guangdong y otros lugares promulgaron sucesivamente códigos de diseño locales. El antiguo Ministerio de Industria Metalúrgica y el antiguo Ministerio de Construcción promulgaron las "Especificaciones técnicas para la ingeniería de cimientos de construcción" (YB9258-97) y las "Especificaciones técnicas para el soporte de cimientos de construcción" (JGJ 120-99). En la actualidad, la mayor parte del personal técnico y de ingeniería de Guilin sigue las especificaciones emitidas por el Ministerio de Construcción o el Ministerio de Metalurgia. También hay muchos software de diseño de soportes para cimientos en China, que se pueden utilizar para calcular las fuerzas internas y las deformaciones de la estructura de soporte, pero la precisión de los parámetros de diseño es muy alta. De lo contrario, el resultado del cálculo tendrá un gran error.
4.1.3 Requisitos de construcción de ingeniería del pozo de cimentación
4.1.3.1 Excavación de tierra
El método de excavación del pozo de cimentación afecta directamente la fuerza interna y la deformación del soporte. Tiene un impacto importante en la estabilidad y seguridad de los pozos de cimentación. La secuencia y el método de excavación de tierra deben ser consistentes con las condiciones de diseño de la estructura de soporte y seguir los principios de soporte ranurado, soporte primero y luego excavación, excavación en capas y sin sobreexcavación. Cuando se excavan pozos de cimentación grandes y profundos, se debe desarrollar un plan de construcción cuidadoso y la excavación debe coordinarse con la construcción de soporte para reducir los efectos del tiempo y controlar la deformación del muro de contención. Proteger pilotes de ingeniería, soportes internos y equipos de drenaje; acelerar la construcción.
4.1.3.2 Drenaje (drenaje) del foso de cimentación
La precipitación (drenaje) del foso de cimentación es una parte importante del soporte del foso. Generalmente hay drenaje de zanjas abiertas y precipitaciones puntuales. El drenaje de zanja abierta es adecuado para situaciones donde la profundidad del pozo de cimentación no es grande y la cantidad de agua en el pozo es pequeña. El drenaje de zanjas abiertas se utiliza a menudo en el área de Guilin. En algunas otras áreas de mi país, cuando la profundidad del pozo de cimentación es grande, el nivel del agua subterránea es poco profundo y el suelo en el pozo de cimentación es débilmente permeable, se debe utilizar la deshidratación en el punto del pozo. En la actualidad, existen métodos de cálculo maduros para la precipitación puntual, pero algunos parámetros clave en el cálculo son difíciles de obtener con precisión, como el coeficiente de permeabilidad del suelo K, el radio de influencia de la precipitación R, etc. Estos parámetros afectarán directamente los resultados del cálculo.
4.1.3.3 Construcción de información dinámica
En vista de la complejidad y la incertidumbre de los pozos de cimentación profundos, es difícil que los cálculos teóricos reflejen de forma completa y precisa diversos cambios en el proceso de ingeniería. por lo que es necesario realizar un seguimiento de ingeniería intencionado guiado por análisis teóricos. Utilizando la información y los datos de retroalimentación, por un lado, se pueden tomar medidas técnicas de manera oportuna para prevenir la ocurrencia de accidentes de ingeniería importantes y, por otro lado, también puede proporcionar una base para mejorar la teoría de cálculo. Se debe desarrollar un plan de seguimiento para el seguimiento del proyecto, y el contenido del seguimiento depende de la escala del proyecto, el entorno circundante y el tipo de estructura de soporte. Generalmente incluyen: desplazamiento horizontal de estructuras de soporte; deformación de edificios circundantes y tuberías subterráneas; fuerzas internas de muros de contención y sistemas de soporte; desplazamiento de capas del suelo, etc. Sin embargo, muchos proyectos de pozos de cimentación actualmente no lo requieren. De hecho, la construcción dinámica de información, la retroalimentación oportuna y las medidas técnicas oportunas pueden lograr el doble de resultado con la mitad de esfuerzo.
4.1.4 Varios temas candentes en el diseño actual de soporte para fosas de cimentación
En los últimos 30 años, el diseño de soporte para fosas de cimentación de mi país se ha desarrollado rápidamente. Aunque se han acumulado muchas experiencias exitosas, todavía quedan muchas teorías de diseño que deben explorarse y mejorarse más a fondo.
4.1.4.1 Modelo de cálculo de diseño
El modelo de cálculo de la presión del suelo en el diseño tradicional de soporte de pozos de cimentación se basa principalmente en la teoría de Rankine y la teoría de Coulomb. Muchos códigos y manuales nacionales tienden a utilizar la tierra de Rankine. modelo de cálculo de presión. La teoría de la presión del suelo de Rankine tiene una historia de más de 100 años y es simple y conveniente, pero se deriva de la condición de equilibrio límite sobre la premisa del espacio elástico semiinfinito, suponiendo que el muro de contención es verticalmente liso. Es diferente de la situación real de la ingeniería del pozo de cimentación: el pozo de cimentación tiene ciertos límites de tamaño espacial; la excavación y descarga paso a paso del pozo de cimentación no es una carga única y el desplazamiento de la estructura de soporte no puede ser necesario; cumplir con el desplazamiento requerido por la teoría de Rankine. Esto conducirá a errores al calcular la presión del suelo del pozo de cimentación utilizando la teoría de Rankine. En la actualidad, existe una gran diferencia entre los resultados medidos y los resultados calculados de la presión del suelo en muchos proyectos de pozos de cimentación en mi país (a veces la diferencia es más del doble), lo que puede ser una de las razones principales. Por lo tanto, es muy importante y urgente encontrar un modelo de cálculo de presión de tierra simple y práctico que se ajuste a las características de la ingeniería de pozos de cimentación.
4.1.4.2 Cálculo (combinado) de agua y suelo en el cálculo de la presión de la tierra
Durante mucho tiempo, en nuestro país ha existido la duda de si se debe utilizar agua subterránea para calcular la presión de la tierra. presión de tierra económicamente o para calcular la presión de tierra por separado. En general, se cree que para los estratos de suelo limoso y arenoso, el agua y el suelo se calculan por separado; para el suelo arcilloso, es económico utilizar agua y suelo. Sin embargo, en lo que respecta a los códigos o regulaciones de ingeniería de pozos de cimentación existentes, sus regulaciones respectivas son diferentes. Por ejemplo, el Código de soporte de pozos de cimentación de Shanghai defiende que es económico adoptar la conservación del suelo y el agua para varias capas de suelo. Las "Especificaciones técnicas para la ingeniería de pozos de cimentación de construcción" (Yb 9258-97) defienden que el agua y el suelo deben calcularse por separado para todas las capas de suelo [45]. Las "Especificaciones técnicas para el soporte de cimientos de edificios" (JGJ 120-99) creen que los suelos arcillosos y limosos deberían ahorrar agua y suelo [46]. En cuanto al cálculo separado de agua y suelo o cálculo económico, no existen normas o regulaciones unificadas en varios lugares e industrias, y los errores causados por esto también son obvios. El principio general debería ser que si el agua subterránea puede fluir libremente en el suelo del pozo de cimentación, el agua y el suelo deben dividirse; de lo contrario, el agua y el suelo son rentables; Sin embargo, todavía es muy difícil distinguir de forma precisa y estricta si el agua subterránea fluye libremente en la capa del suelo.
4.1.4.3 Selección de los valores de C y φ en el cálculo del empuje del suelo
La resistencia al corte c y φ del suelo del pozo de cimentación son los dos parámetros más importantes en el cálculo del empuje del suelo. Debido a las diferentes condiciones de consolidación del drenaje, los valores de C y φ del suelo se pueden expresar con diferentes valores. Actualmente existen tres ensayos de corte triaxial comúnmente utilizados: corte no consolidado no drenado, corte consolidado no drenado y corte consolidado drenado. Los correspondientes ensayos de corte directo son corte rápido, corte rápido consolidado y corte lento. Los proyectos de pozos de cimentación generalmente requieren los resultados de pruebas de corte triaxial.
En términos generales, el corte no consolidado no drenado es adecuado para la construcción rápida, como la excavación de construcción mecanizada y las capas de suelo con poca permeabilidad al agua; el corte consolidado no drenado es adecuado para la construcción rápida y el suelo tiene un cierto grado de consolidación. Capa de suelo; Las cizallas de drenaje consolidadas son adecuadas para capas de suelo con velocidad de construcción lenta, como excavación manual, buena permeabilidad del suelo y consolidación suficiente. Sin embargo, es imposible dar restricciones cuantitativas claras a los tres puntos anteriores, que dependen completamente de la experiencia y el nivel del diseñador. Otro punto es que para los valores cy φ de la capa de arena y guijarros, como la base de arena y guijarros en la primera terraza del río Lijiang en Guilin, es difícil tomar la muestra original para pruebas en interiores y Es difícil realizar pruebas de corte in situ, por lo que es difícil obtener el valor c, φ con precisión. Por lo tanto, los valores de experiencia se utilizan principalmente en la actualidad, lo que requiere la experiencia de los diseñadores.
4.1.4.4 Efecto espacio-tiempo y efecto esquina
El efecto espacio-tiempo se propuso y aplicó por primera vez en la zona de suelo blando de Shanghai, principalmente para solucionar el impacto de Las características reológicas del suelo blando influyen en la fuerza interna y la deformación de la estructura de soporte. La excavación de fosas en suelos blandos se lleva a cabo en pasos, lo que reduce el tiempo de exposición del suelo en cada paso y tiene éxito en la excavación de fosas en áreas de suelos blandos. Sin embargo, actualmente no existe una fórmula de cálculo cuantitativo. Por ejemplo, el cálculo cuantitativo del tamaño de cada paso minero y cuánto tiempo lleva requiere más investigación. Además, después de excavar el pozo de cimentación, se producirá concentración de tensiones en sus esquinas, lo que se considera un área peligrosa durante la medición de la deformación del suelo del pozo de cimentación, se encontró que la deformación se desplaza en el medio de cada lado del pozo; El pozo de cimentación suele ser el más grande y no existe una fórmula para calcular cuantitativamente el ángulo del pozo de cimentación. La concentración de tensión local y la deformación en el medio del pozo de cimentación.
4.1.4.5 Evaluación de impacto ambiental de la ingeniería de pozos de cimentación
La excavación y el drenaje de los pozos de cimentación tendrán un impacto en las áreas circundantes del pozo de cimentación. Por ejemplo, la descarga del pozo de cimentación. la excavación provocará desplazamiento del suelo y grietas; el drenaje de los pozos de cimentación provocará hundimientos del suelo circundante e incluso grietas en los edificios adyacentes. En la actualidad, es difícil calcular con precisión el alcance de la influencia, el desplazamiento y el asentamiento, y la mayoría de ellos adoptan métodos pasivos de seguimiento de la información de la construcción y posterior remediación. Sin embargo, el impacto de algunas construcciones de pozos es enorme, por ejemplo, los gasoductos subterráneos urbanos se deforman y rompen debido a la excavación, lo cual es muy dañino y debe prevenirse con anticipación.
4.1.4.6 Estándares de diseño de soporte de cimentación
Actualmente no existen estándares nacionales para el diseño de ingeniería de cimentación, solo algunas especificaciones, procedimientos y pautas de diseño locales o industriales. Las fórmulas de cálculo, los métodos de cálculo y los principios de selección de parámetros en estos códigos o regulaciones a veces difieren mucho. Incluso para el mismo contenido de diseño, sus respectivas regulaciones también son diferentes, como las cuestiones mencionadas anteriormente sobre la presión del suelo y la división del agua y el suelo (. combinación). Esto traerá algunas dificultades a los diseñadores, que no saben cómo elegir los métodos de cálculo del diseño. De hecho, no importa qué tipo de normas y estándares, es imposible abarcarlo todo y no es realista formular normas y estándares que sean adecuados para todas las partes del país. Esto requiere que los diseñadores de soportes para fosas comprendan completamente el espíritu de diversas normas, procedimientos, directrices y manuales de diseño, y establezcan principios para los métodos de diseño de soportes para fosas que sean adecuados para las condiciones locales reales. Es necesario restar importancia a los detalles de diseño específicos y enfatizar los principios de diseño. Algunos expertos y académicos también creen que se deberían formular más pautas de diseño y menos especificaciones, enfatizando su naturaleza orientadora e instructiva.