多層建筑沉降縫對傾及糾偏分析

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

【摘要】:根據(jù)相鄰基礎(chǔ)相互作用的分析理論,發(fā)展了被沉降縫分隔的兩個建筑單元對傾、糾偏的計算方法。糾偏分析分以下步驟進(jìn)行:糾偏前在有效荷載作用下作沒有樁支承的兩個相鄰單元基礎(chǔ)的相互作用分析;糾偏后在剩余荷載作用下作有靜壓樁支承的兩個相鄰單元基礎(chǔ)的相互作用分析;然后對兩個計算結(jié)果進(jìn)行疊加;有效荷載相對總荷載的比例與根據(jù)沉降觀測資料推算的固結(jié)度相當(dāng)。本文的計算方法可近似考慮單樁極限承載力的影響和沉樁產(chǎn)生的拖帶作用。最后對一個工程實例進(jìn)行了分析,根據(jù)傾斜量與樁數(shù)的相互關(guān)系可確定控制傾斜和糾偏的最佳樁數(shù)。

關(guān)鍵詞:  相互作用;  對傾;  糾偏;  沉降縫;  固結(jié)度收稿 1　前　　言 近年我國軟土地區(qū)常出現(xiàn)一些沉降縫兩側(cè)建筑物對傾碰頂,造成兩側(cè)建筑結(jié)構(gòu)損壞的事故,隨后不得不面臨糾偏加固問題。而對這方面機(jī)理的研究卻很少,缺乏有效合理的計算分析方法。 對于基礎(chǔ)傾斜一般用近似方法計算,假定基礎(chǔ)為柔性基礎(chǔ),基底壓力線性分布,然后用分層總和法計算基礎(chǔ)兩端的沉降,兩點之間的沉降差除以兩點之間的距離即為該基礎(chǔ)的傾斜。對于絕對剛性基礎(chǔ),作者已在文獻(xiàn)[1]中基本解決了對高層建筑箱形基礎(chǔ)傾斜的綜合分析問題,提出的方法可綜合考慮偏心荷載、基礎(chǔ)的埋深效應(yīng)、荷載的高重心效應(yīng)、鄰近建筑物的相互影響問題。文獻(xiàn)[2]進(jìn)一步實現(xiàn)了相鄰樁基礎(chǔ)由于相互影響導(dǎo)致對傾的計算分析。本文在文獻(xiàn)[1、2]計算方法的基礎(chǔ)上,提出了沉降縫兩側(cè)建筑物對傾及錨桿靜壓樁加固糾偏的計算分析方法,并對一個工程實例進(jìn)行了分析研究。 2　相鄰基礎(chǔ)傾斜計算的基本原理 對多層建筑基礎(chǔ)的傾斜問題也可近似按剛性基礎(chǔ)來分析,假定某被影響剛性基礎(chǔ)的基底始終與地基緊密接觸,將接觸面劃分為n個矩形網(wǎng)格,在上部荷載與相鄰基礎(chǔ)荷載的影響下,考慮基礎(chǔ)埋深和建筑物高度對傾斜的影響后,剛性基礎(chǔ)地基反力和整體傾斜式中:xi,yi,Ri分別為第i個網(wǎng)格的中點坐標(biāo)和集中反力;αx、αy、s分別為基礎(chǔ)平面坐標(biāo)原點沿x軸、y軸的整體傾斜值和沉降量;P,Mx,My分別為上部荷載的豎向合力及其對x軸、y軸的偏心彎矩;Δi為相鄰建筑物的荷載對各網(wǎng)格中心點產(chǎn)生的附加沉降; [δij]為地基的柔度矩陣,δij表示第j網(wǎng)格的單位荷載對第i個網(wǎng)格產(chǎn)生的沉降,即為各網(wǎng)格單元間的相互影響系數(shù),作為樁基礎(chǔ)就是樁—土—樁相互作用系數(shù),對于分層地基模型,可根據(jù)Bouss-inesq及Mindlin應(yīng)力公式用分層總和法求得。 I=136b1•D4,b1為矩形箱形基礎(chǔ)側(cè)面的計算寬度,由于基礎(chǔ)寬度較大,可近似取受力側(cè)面的基礎(chǔ)寬度,D為基礎(chǔ)埋深;m為地基比例系數(shù);h為上部結(jié)構(gòu)荷載重心的高度。為了對同時建造的A、B兩座相建筑的相互影響進(jìn)行分析,令ΔBA、ΔAB分別為A基礎(chǔ)對B基礎(chǔ)和B基礎(chǔ)對A基礎(chǔ)產(chǎn)生的附加沉降。A基礎(chǔ)受B基礎(chǔ)作用而產(chǎn)生的ΔAB的影響而改變基礎(chǔ)變形和基底反力分布,將使ΔBA發(fā)生變化,這又最終影響到B基礎(chǔ)的分析結(jié)果和ΔAB,要最后確定這種影響量,就需要迭代法來分析。具體分析步驟可見文獻(xiàn)[1、2]所述。 3　錨桿靜壓樁糾偏計算方法考慮糾偏前后基礎(chǔ)受力狀況的變化,基礎(chǔ)糾偏計算需要按以下步驟進(jìn)行: 3•1　糾偏前的基礎(chǔ)傾斜計算基礎(chǔ)糾偏計算的基本原理同上,糾偏前的基礎(chǔ)傾斜計算,可直接按公式(1)計算,只要將計算荷載取已經(jīng)轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力部分的有效附加荷載。即:Pt=U×P=StS∞×P(2)　　式中:U為地基平均固結(jié)度,St、S∞分別為加固前的基礎(chǔ)沉降和最終沉降。 3•2　糾偏后的基礎(chǔ)傾斜計算錨桿靜壓樁糾偏后的基礎(chǔ)傾斜計算也可按公式(1)計算,與糾偏前計算不同的,只要將公式(1)中的天然地基的土—土相互作用系數(shù)用樁—土—樁相互作用系數(shù)代替,將計算荷載取糾偏前尚未轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力部分的附加荷載,即(1-Pt)。與通常的樁基礎(chǔ)不同,糾偏靜壓樁主要用于控制變形,樁的安全系數(shù)很小,相當(dāng)一部分樁的工作荷載可能相當(dāng)于單樁極限承載力。而按公式(1)計算的樁頂反力卻可能會超過單樁極限承載力,為此對公式(1)進(jìn)行計算時,采用了荷載截去法(“load cut-offprocedure”)[3],如果計算結(jié)果出現(xiàn)某一樁頂反力大于單樁極限承載力,即令該樁的樁頂反力為單樁極限承載力恒值不變,同時將該樁在公式(1)左邊矩陣中刪去,將該樁對鄰近單元的附加沉降移至右邊。 3•3　錨桿靜壓樁用于糾偏時拖帶下沉的近似計算錨桿靜壓樁壓樁時拖帶下沉對基礎(chǔ)傾斜的影響,可通過公式(1)中的參數(shù)Δ反映,這里關(guān)鍵是要確定基礎(chǔ)下各網(wǎng)格單元中心的拖帶下沉量。由于擠土效應(yīng),預(yù)制樁沉樁對周圍土的影響通常出現(xiàn)地面隆起現(xiàn)象,而在軟土地區(qū)對已有建筑物用錨桿靜壓樁進(jìn)行糾偏加固施工時,卻常常有附加沉降出現(xiàn)。這一現(xiàn)象是很值得研究的,目前還沒有有效的方法進(jìn)行定量分析。 在空曠的場地上,預(yù)制樁沉樁對周圍土的影響主要表現(xiàn)在擠土效應(yīng)和沉樁過程中產(chǎn)生的拖帶下沉,前者往往是主要的;由于擠土效應(yīng)同時對周圍土的擾動作用,土的強(qiáng)度及變形模量降低,在基底壓力作用下,地基土?xí)a(chǎn)生新的附加沉降。作者在此近似認(rèn)為,在軟土地區(qū)已有建筑物下沉樁時,由于樁的數(shù)量不多、截面尺寸較小,擠土效應(yīng)產(chǎn)生的地基隆起量與對周圍土的擾動作用產(chǎn)生的附加沉降相等,錨桿靜壓樁沉樁對周圍土的影響主要就是沉樁過程中所產(chǎn)生的拖帶下沉。在壓樁施工過程中,由于樁的擠土效應(yīng),土的粘聚力被破壞,土中孔隙水壓力增大,土的抗剪強(qiáng)度將大大降低。 因此,樁側(cè)摩阻力也就明顯減小。通過對樁的壓樁阻力曲線和埋設(shè)在樁尖傳感器測得的樁尖阻力曲線進(jìn)行分析,壓樁時的樁頂壓樁力曲線與樁尖阻力曲線非常接近,進(jìn)入樁尖持力層后,兩條曲線才有明顯的差別。由此可見,壓樁阻力曲線反映的主要就是樁尖阻力的變化規(guī)律[4]。因此,沉樁過程中產(chǎn)生的拖帶下沉主要是由樁端阻力產(chǎn)生的。樁端及樁端周圍土的位移可近似按下式計算[5]:wb=Pb(1-ν)4r0G(3-1)這兩幢建筑物結(jié)構(gòu)封頂時,發(fā)現(xiàn)沉降較大,并且相互對傾明顯, 10號房比8號房更明顯, 10號房建筑物竣工后不久, 5樓沉降縫兩側(cè)墻體因縫內(nèi)障礙物出現(xiàn)局部鼓出開裂現(xiàn)象,隨即破墻清除并采用錨桿靜壓樁進(jìn)行加固糾偏。8號房的沉降、對傾量相對較小,在沉降縫碰頂前,對沉降縫上部兩側(cè)墻體采取了減薄措施,加大了沉降縫上部的凈寬。圖2為8號樓東西兩單元對傾量(絕對值,下同)隨單元平均沉降增加的變化情況。從圖中可見,建筑物傾斜量在早期基礎(chǔ)沉降較小時很小,后隨著沉降的增大迅速增加。西單元的基礎(chǔ)長度要小于東單元,因此沉降也小于東單元,但傾斜量要大于東單元。圖3為10號樓東西兩單元對傾量隨單元平均沉降增加的變化情況。在第236天,即結(jié)構(gòu)封頂約125天后,開始在沉降縫附近的建筑物基礎(chǔ)下進(jìn)行錨桿靜壓樁加固, 16天內(nèi)共壓樁38根,樁位布置情況如圖1所示,樁長20m,以⑤2層粉砂夾砂質(zhì)粉土作為樁端持力層,樁身截面尺寸均為250×250mm,最終壓樁力363鶫481kN。圖3中的曲線在錨桿靜壓樁施工后出現(xiàn)了峰值,說明對傾值有一定的增加,這是由于壓樁時有一定的拖帶下沉,加大了東、西單元沉降縫區(qū)域的沉降。隨著樁開始受力發(fā)揮作用,沉降縫區(qū)域的沉降速率迅速減小,而建筑物的兩端幾乎不受加固影響,沉降速率依然較大,這勢必使建筑物出現(xiàn)自然回傾,也即圖3中的曲線出現(xiàn)下降現(xiàn)象,達(dá)到了糾偏的目的。 4•2　計算參數(shù)確定上述工程實例均采用粉噴樁作復(fù)合地基。目前,已有多種復(fù)合地基沉降計算方法,本文采用類似天然地基的分層總和法,加固范圍內(nèi)復(fù)合地基壓縮模量用下式計算:Esp=m•Ep+(1-m)Es(5)　　式中:Ep、Es分別為粉噴樁和天然地基土的壓縮模量,m表示置換率。由于當(dāng)時試塊沒有作過壓縮試驗,本文粉噴樁的壓縮模量按經(jīng)驗取值,參照文獻(xiàn)[8]水泥土試件的壓縮模量Es=60鶫100MPa,鑒于實際施工的水泥土攪拌均勻度要比室內(nèi)試驗時差,及當(dāng)時上海地區(qū)粉噴樁的施工質(zhì)量普遍較差,本文采取不同的數(shù)值進(jìn)行試算,由于上部采取了復(fù)攪措施,因此可取樁的上部分壓縮模量高于下部。天然地基土的壓縮模量已在文獻(xiàn)[7]中列出。 4•3　計算結(jié)果分析對8號房的主要計算結(jié)果如表1所示,假定不同的粉噴樁壓縮模量值,粉噴樁上部的壓縮模量高出下部20MPa,可以看出,當(dāng)粉噴樁的上、下部壓縮模量分別為60MPa、40MPa時,計算最終沉降與實測推算結(jié)果較為吻合。由于基礎(chǔ)長度較小,西單元的傾斜值要大于東單元?！　∨c天然地基相比,復(fù)合地基起到了減小基礎(chǔ)沉降、傾斜的作用,荷載的偏心作用對沉降縫兩側(cè)單元的對傾影響較大,對于多層建筑,荷載重心的高度對傾斜的影響不明顯。根據(jù)表1, 8號房東、西單元的計算傾斜值分別為-3•05‰、5•65‰, 10號房在232天糾偏前完成的固結(jié)度大約為50%,參照8號房可預(yù)計10號房東、西單元此時的傾斜量分別為-1•53‰、2•83‰,沉降量分別為112•7mm、103•7mm。糾偏后的變形情況及累計變形量的預(yù)測結(jié)果如表2所示。加固后東西單元的傾斜量有了明顯的減小,即出現(xiàn)了回傾現(xiàn)象,沉降繼續(xù)有所發(fā)展,但比加固前要小得多。表2中,分別對是否考慮單樁極限承載力和沉樁產(chǎn)生的附加沉降進(jìn)行了對比分析,可以發(fā)現(xiàn),不考慮單樁極限承載力和附加沉降的影響,可使預(yù)測的糾偏效果偏大。其中極限位移wb取10mm,相當(dāng)于上海地區(qū)類似樁靜載試驗得到的單樁極限承載力所對應(yīng)的沉降量。10號房糾偏前的變形和糾偏后沉降的預(yù)測結(jié)果均要比實測結(jié)果小,這是由于計算時沒有考慮建筑物中部處理暗浜的砂填土的影響,基底下的砂墊層。 4•4　糾偏工程中的傾斜控制考慮單樁極限承載力Qu=500kN,沉樁產(chǎn)生的附加沉降wb=10mm,假定不同的樁數(shù)進(jìn)行分別計算,可以得到糾偏后錨桿靜壓樁的樁數(shù)與東、西單元傾斜量絕對值之和的關(guān)系如圖4所示。該曲線與沉降控制復(fù)合樁基的樁數(shù)與沉降關(guān)系曲線相似。樁的平面位置會對糾偏效果產(chǎn)生影響,在減少樁數(shù)時,從單元中心由近到遠(yuǎn)抽樁,在增加樁數(shù)時,從單元中心由遠(yuǎn)到近加樁,但基本不超過原實際布樁范圍。從圖4可以看出,不糾偏時,東、西單元新增傾斜量絕對值之和為4•36 (1•53+2•83)‰,是糾偏前的2倍;樁數(shù)較少時,增加樁數(shù)對減小對傾量作用較為明顯;樁數(shù)增加到一定數(shù)量時,增加樁數(shù)對減小對傾量的作用就不再明顯,也就是說此時再增加樁數(shù),對減小基礎(chǔ)對傾量的作用不大。 因此糾偏設(shè)計時應(yīng)選擇曲線趨于平緩時的拐點后面附近某一點作為糾偏的用樁數(shù)量,該拐點所對應(yīng)的樁數(shù)為最佳糾偏用樁量。從圖4可知,本工程的用樁數(shù)量38根略多于最佳糾偏用樁量。　　如果地基加固的目的只要控制建筑物新增對傾量為,即維持加固前的對傾量4•36‰,從圖4可知,控制不再發(fā)生新的傾斜的最佳用樁量為16根。這一概念同樣可用于預(yù)防控制建筑物出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,當(dāng)建筑物由于相鄰荷載等因素影響會出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象時,就需要在沉降較大一側(cè)增加地基的剛度,如采用錨桿靜壓樁,可得到相應(yīng)的樁數(shù)與傾斜量的關(guān)系,傾斜量為零所對應(yīng)的樁數(shù)即為最佳傾斜控制用樁量。從圖4還可以看出,通過增加樁數(shù)建筑物傾也只有約2‰,要達(dá)到完全糾偏的目的較為困難。 5　結(jié)　　論 相互影響和局部應(yīng)力集中(偏心)是導(dǎo)致沉降縫分隔的相鄰建筑物對傾的主要因素。在沉降縫附近區(qū)域使用錨桿靜壓樁可達(dá)到控制傾斜和糾偏的目的,根據(jù)傾斜量與樁數(shù)的相互關(guān)系可確定控制傾斜和糾偏的最佳樁數(shù)。不考慮單樁極限承載力和附加沉降的影響,可使預(yù)測的糾偏效果偏大。 參　考　文　獻(xiàn) [1]　樓曉明,劉建航,胡中雄.高層建筑箱形基礎(chǔ)傾斜的綜合分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報, 2000 (6), 646鶫650 [2]　樓曉明,劉建航,洪毓康.相鄰高層建筑樁箱基礎(chǔ)的共同作用分析[J].土木工程學(xué)報, 2002, 35 (3): 55鶫60 [3]　Hain S J, Lee I K•The analysis of flexible raft-pile systems[J]. Geotechnique, 1978, 28 (1): 65鶫83 [4]　冶金工業(yè)部建筑研究總院主編.地基處理技術(shù)—樁和樁基[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 1992, 301鶫302 [5]　Randoph M F, Wroth C P. An analysis of the vertical defor-mation of pile groups [J]. Geotechnique, 1979, 29 (4):423鶫439 [6]　徐志英,俞仲泉.深置圓形基礎(chǔ)的沉陷計算[J].土木工程學(xué)報, 1958 (4): 259鶫270 [7]　樓曉明,潘森峰,許人寶.多層建筑沉降縫對傾碰頂及糾偏實例[J].巖土工程學(xué)報, 2002, 24 (4): 442鶫445 [8]　地基處理手冊編委會.地基處理手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1988