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文档简介
工程实践中岩土工程安全度问题(岩土工程继续教育讲座)(下)同济大学高大钊,三.工程施工和运行过程中,安全度的实现,岩土工程设计提供工程所需的安全度控制,使工程安全度符合技术和经济要求,符合设计规范的有关技术规定。 但是,设计控制的安全度能否实现,是在施工和使用过程中,在特殊施工阶段实现安全度控制的关键。 通常的工程事故,在设计阶段也有安全度的控制不足的情况,但比较少的事故例子是在施工阶段没能实现设计所期待的安全度。 施工阶段的安全度实现、设计时的工程安全度控制只是在设计计算水平上进行,设计结果反映了工程师对安全控制的期待和措施,但是能否实现,取决于施工和运营阶段是否在基于设计的情况下严格使用施工和运营期间。 如果不能按照设计要求进行施工和运营,设计对工程安全度的控制就会脱节。 施工阶段对工程安全度的实现至关重要,许多工程事故的原因,尤其是重大事故的原因处于施工阶段。 在施工阶段实现设计安全度控制,必须根据设计计算情况进行施工。 从设计者来说,计算控制案例应当考虑施工要求和便利施工,但设计确定后,施工面只能按设计计算案例实施,违反或迟早发生事故,尤其是重大事故。 设计时,设计者应充分考虑施工条件,根据技术和施工方法的要求,方案应尽量易于施工,为施工创造条件,施工者应充分尊重设计者的意图,严格按照设计图纸实施。 特别是基坑工程中,设计要求与施工便利性之间往往存在矛盾,如何处理设计与施工的关系,需要双方共同努力。 为便于施工,三围檩二支撑钢筋混凝土内支撑体系解决内支撑与施工干扰的方案主体结构:建筑面积213,376 m2; 基坑尺寸:基坑面积13万m2,挖掘深度12.5m,局部14.25m支撑尺寸: 2条钢筋混凝土内支撑,第2条支撑与2条主房连接的比较成本:与3个支撑方案相比,节约了803万元的成本,挖土速度: 16万平方米,88天完成,平均每天2500m3 支撑垂直布置方案必须满足围栏结构变形和强度要求,不能加大间隔,但机械化施工必须容易,为了满足汽车在支撑上通行的空间要求,必须加大支撑的上下间隔。 将一个支撑支撑在两个主房间,加大支撑垂直间隔,不改变围栏结构的计算支点间隔,本例创造,改变了支撑布置的固有结构。 岩土工程一般是隐蔽工程,工程质量的管理应由施工部门岩土技术人员加强责任感,提高技术水平,不得犯低水平的错误。 根据我国近年来重大工程事故的发生频率、结果的严重性和事故原因,我们总结经验教训,值得根除重大事故。 施工中工程安全度失控的原因,现象是偷工减料、加紧进度,但技术上技术人员缺乏最低限度的安全度管理知识,缺乏实现设计安全度的意识。 在事故频发的深基坑工程领域,有根据设计管理情况不挖土、不支撑土、不加固该加固被动区、弃土、先在地下、后在地上施工的原则。 这些一直是基坑施工中的疑难病,是许多重大工程事故的主要原因。 设计根据不同情况计算,根据包络图的轴向力、弯矩、剪力设计围护结构和支撑。 钻井时,围护结构受到的内力远远超过设计计算的数值,安全度急剧下降。什么是设计盒子? 不符合设计情况的施工案例,由于前面介绍的这一深基坑施工事故,设计方式两侧不一致,设计安全度的不足已使基坑围护结构成为病态工作,施工超挖使这一深基坑施工进一步恶化,重大施工事故终于不可避免地发生了。 从下面的照片可以看出挖掘的重量。 这么严重的挖掘,难道不会发生事故吗?从这个断面来看,考虑到坑底的注入,强化了被动区的阻力,但是施工时没有按照设计,没有注入被动区,被动阻力不足,设计时维持围护构造平衡的被动阻力不足。 与超挖掘相同,设计时考虑的孔底加固部的阻力实际上没有加固,不存在被动阻力,因此本来稳定的围护结构失去了支撑条件,围护结构是不可避免的。 从安全度的构成来看,大修加大了设计式的作用项,降低了安全度,坑底加固的缺乏降低了被动区的阻力,降低了设计式的阻力,降低了安全度。 在同一个坑中,如果不加固被动区,挖掘的话,在设计方式的两侧,抵抗力降低作用增大,安全度就会急剧降低。 很多工程事故都有惊人的相似之处,10年前、20年前发生的事故,现在也多次发生。 我不得不觉得这个没有真正发挥出“前车之鉴”的作用。 在工程技术人员中进行工程事故分析教学有多重要。 最近的重大基坑事故,是一种顽固的疾病,即使探究其主要原因,仍未发现超开挖和基坑底加固。 这是四个支撑的深孔,钻井深度为16m,由于施工,第四个支撑没有及时支撑。 反过来计算,因为没有第四支撑,第三支撑的轴向力增加了43%47%,地下连续墙的弯矩增加了37%51%,剪力增加了38%40%。 除上述超挖和坑底无源阻力缺乏外,坑工程施工的第三顽固症是弃土。 在基坑的设计中,对基坑周围的地面负荷也进行了规定,考虑到一定量的地面负荷引起的土的压力,设计时留有一定的馀地,但是施工也多在基坑周围堆积规定以上的重物。 坑边超负荷引起的围护构造发生了很大变形,甚至发生了坑破坏的事故,直到最近都在推进小的高层楼。 对重大工程事故,除责任调查和经济索赔外,还开展技术充分讨论,分析事故发生的力学机制,从实现设计安全度控制的角度进行技术总结,发挥反面教材作用,是岩土工程界应重视的工作,应是岩土工程师继续教育的重要内容对于该工程事故,有必要根据现场检验的资料,抽象化体系破坏的力学模型,进行事故机制分析。 在软土地区,地面承载会产生多少水平推力和多少水平位移? 事故现场资料当然是最直接的,如果不够,可以参考其他资料的证据,进行工程类比分析。 这也是岩土工程师常用、分析工程问题思考的方法。 地面沉积对相邻建筑物变形的影响和地基稳定性分析数据是非常宝贵的资料。 能有助于思考和分析,应学会参考、分析和思考。沉积土成功经验,炉渣堆积场,面积170m200m,高40m,荷重800kPa,时间23年,沉降56m公园堆积土,面积80m120m,高25m,荷重400kPa,时间2年,沉降2m钢锭堆积场,面积24m162m,荷重160kPa,时间1.5年,沉降1m,事故教训, 南山滑坡(荷载)不设置填土过快排水措施的上游引水工程(卸荷),过深坡度为1:3的长孔端滑坡(卸荷) -端无支撑,参考装货试验资料,装货面积为22m30m,不排水强度为31kPa,150kPa的荷载,偏离装货边缘0 地上下7m处的实测水平位移为810mm,水平位移与垂直位移之比为1.34,保证了运行时的安全度,在建筑物运行阶段,仍然存在着能否维持施工时实现的工程安全度的问题。 尤其是活载比例较大的工业建筑物,在建筑物使用过程中如不按设计计算控制的要求加载,则不能保证工程设计安全度的控制,轻者发生建筑物的破裂或破损,重者发生重大工程事故。 例如,工业现场室内外草坪大面积堆积物在车库、油箱使用时供给速度不适当,会引起工程事故。 加拿大着名的应力谷仓在设计时没有进行调查,建设后使用时发生了地基屈曲倒塌的事故。 吴洮焦化工厂煤室是我国着名的工程事故,其典型性质在深刻揭示加载速率对地基稳定性的重要影响的同时,采用技术措施成功地纠正了倾向。 加拿大的扑克玉米仓,加拿大的扑克玉米仓长59.44m,宽23.47m,高31.00m,容积36368m3。 谷仓基础为钢筋混凝土筏基,厚61cm,埋深3.66m。 谷仓于1911年开工,1913年秋天竣工。 谷仓的自重为20000t,相当于满载谷物后的满载重量的42.5%。 1913年9月开始将谷物放入谷仓,10月将31822m3放入谷仓,1小时内沉降达到30.5cm。 谷仓向西倾斜,24小时内倒塌,但谷仓结构无损。 未对谷仓地基进行预先除土试验,根据相邻项目的资料,计算承载力为352kPa。 谷仓的基础是由厚3m的近代堆积粘土、厚12.2m的冰川堆积粘土和厚3m的旧粘土构成的。 谷仓倒塌40年后,1952年,加拿大国家研究委员会建筑研究部与Peck教授共同采土进行了试验。 粘土层的含水量随着深度的增加,从40%增加到60%,无侧限抗压强度从118.4kPa减少到70.0kPa。 平均液限105%,塑性限70%,塑性指数70。 采用浅层无侧限抗压强度118.4kPa计算太沙基式地基极限承载力为59.25.71=338kPa,根据载荷数据,总载荷为47058.8t,其中谷物重量为27058.8t。 基底总压力为337.3kPa。 结构自重的基底压力为143.36kPa,活负荷的基底压力为193.96kPa。 作为对安全系数的估算结果,加载谷仓自重的安全系数338/143.36=2.36后,安全系数338/337.32=1.002工程处于极限状态。工业结构倾斜大,一座30m高筒仓最大沉降速度昼夜达45mm! 什么? 15天内的倾向从2.7发展到14.12,两年的倾向达到24,成为第二个加拿大谷仓? 炼焦厂配煤室,基本数据,47.5m10.8m筏形基础直径8m,高31m的储煤斗基础埋设深度1.5m构件自重压力76kPa剪切强度指标:三轴不排水强度20kPa十字板强度22kPa,炼焦厂配煤室倾斜事故,构造完成后3个月平均沉降47mm, 沉降速度为0.5mm/d,在第2.7222222222222222222652号,2745mm/d,加速沉降,危险! 沉降的发展,沉降速度的变化,倾斜的急剧发展和纠正时的跌倒,载荷和地基承载力,地基极限承载力:用固结快剪指标202kPa产生不固结的排水剪指标135kPa产生建筑物恒载38000kN,基础压力76kPa,用煤21500kN,基础压力44kPa产生活性载荷和常量载荷之比0.57基础总实际上由于是急速加煤,所以不考虑安全系数小于1.68的施工期的排水固着,安全系数1.13实际的安全系数在1.131.68之间,进行变形分析,估计加煤2年后,平均沉降630mm重新堆积钢锭后,沉降到846mm。 最终沉降量为1150mm,按压缩层厚度为16.7m,平均弹性模量为2MPa计算,得到最终沉降量为689mm,推测两者之比为1.67,发生了侧向挤出,但参考没有实测水平位移的数据验证的堆积试验资料,堆积面积为22m30m,不排水强度为31kPa为150 堆载边缘外0.7m,地下7m处实测水平位移810mm,水平位移与垂直位移之比为1.34,施工阶段对实现设计安全度控制至关重要,因此设计单位岩石工程师与施工单位岩石工程师的协调与相互作用尤为重要。 施工部门岩土工程师需要对施工方案是否影响设计安全度的实现进行必要的计算和分析,这是技术防范工程事故的必要措施。 在建筑物的运营阶段,监控和控制安全度的保证也是重要的措施。 四、岩土工程风险评估、可靠度设计方法是将概率方法应用于工程设计而形成的设计方法,概率方法应用于岩土工程,可靠度设计只是其中之一,概率方法不能取代传统的确定性设计方法, Casagrande提出了一种估计岩土技术人员遭遇不确定性的系统定量方法,在1965年提出了岩土工程中calculatedrisk (风险计算)的概念:基于经验和判断,用不完整的知识估计解决问题时考虑的数据的可能范围据Peck介绍,岩土工程发展到两个方面,一部分仍然是传统问题,另一部分是地震、自然坡稳定、环境岩土工程和海洋工程等。 在这些领域,工程师们更新了,需要更严格的信赖度评价,这需要不同的方法,我相信概率方法在这些领域得到了迅速的发展。 难怪这些领域的工程师会马上接受这种方法,也难怪概率的方法会发展成传统领域。 岩土工程师在信息不完整的条件下作出判断和决策。 因此,实施的工程措施可能与实际可能发生的事件相矛盾,这是有风险的。 因此,岩土工程无论设计、施工,都有一定的风险,需要风险评估。 把风险限制在人们可以接受的范围内。 例如,边坡坡度应采取多大坡度,坡度平坦,安全度高,但工程费用大,坡度陡峭,费用小,但安全度低。 用确定的方法分析,采用规范规定的安全系数设计,以一定值设计的想法是安全的。但是,暴雨有可能导致边坡崩溃,铁路中断,受灾严重。 因此,调查了工程质量是否有问题,是否收到回扣,调查了谁的责任,是否处理了责任人,今后是否会发生这样的事故。 为了回避责任,说是自然灾害,也是正确的,几十年来发生过一次暴雨,这不是自然灾害吗? 这样虽然没有责任,但是这样的事故不断发生,有必要改变想法。 工程师对暴雨发生的可能性认为掌握不足,暴雨与滑坡的关系认识不充分,按照规范做是安全的,但实际上他设计的边坡并不安全,总是有一定的失效概率。 充分掌握暴雨资料、暴雨作用,故障风险可能小,但风险总是存在的。 如何估计风险? 因为风险与可能到期的概率有关系,是概率的推定,所以有必要用概率的方法评估你的决策风险。 你设计的边坡比较陡峭,节约了成本,但是一旦发生滑坡,铁路就会中断,如果平整,造成更大的经济损失。 制造成本高,但失效概率小,风险损失小。 因此,应该进行考虑了风险损失的技术经济比较,选择最合适的方案。 为了分析这一点,必须应用概率方法
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