(華北科技學(xué)院 北京 101601)

邊載對(duì)組合樁復(fù)合地基的影響及預(yù)防

程一杰劉洋

(華北科技學(xué)院北京101601)

針對(duì)剛性基礎(chǔ)下組合樁復(fù)合地基，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與Flac3D數(shù)值模擬，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析了組合樁復(fù)合地基在單邊施加荷載的條件下其特性的變化。調(diào)整邊載與復(fù)合地基間距，來(lái)觀測(cè)記錄復(fù)合地基加載板總沉降、不均勻沉降變化，通過(guò)對(duì)這些變化的分析，進(jìn)一步揭示組合樁復(fù)合地基在邊載下的特性變化，并提出一些預(yù)防性的建議。

復(fù)合地基；邊載；邊載預(yù)防

一、引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，城市地上空間資源也越來(lái)越寶貴，因此導(dǎo)致現(xiàn)在建筑物趨于密集化。建筑物周邊新起建筑物、臨時(shí)堆載、?？看笮蜋C(jī)械，都將會(huì)改變復(fù)合地基的應(yīng)力狀態(tài)，地基土層也發(fā)生一定的位移，復(fù)合地基的特性改變導(dǎo)致上覆建筑發(fā)生沉降、傾斜、開裂等一系列問(wèn)題[1]。目前復(fù)合地基憑借其優(yōu)良的性能在實(shí)際工程中廣泛應(yīng)[2]，尤其是既能節(jié)省材料又保持良好的承載能力的組合樁復(fù)合地基，但組合樁復(fù)合地基的研究卻比較少。組合樁復(fù)合地基在邊載條件下有什么影響，樁、樁間土變化又是如何，是解決邊載對(duì)組合樁復(fù)合地基不利影響的首要問(wèn)題。所以，本文采用室內(nèi)模型試驗(yàn)結(jié)合Flac3D模擬軟件對(duì)組合樁復(fù)合地基在邊載條件下的特性變化進(jìn)行分析。

二、試驗(yàn)概況

本文以北京市亞運(yùn)村的錦繡馨園為工程背景，建筑物建成后其承載力特征值為210KPa，土層以粉質(zhì)黏土為主。采用正方形布樁方式，樁間距為1.2m，長(zhǎng)樁直徑0.4m，長(zhǎng)8m，短樁直徑0.45m，長(zhǎng)4m。選取組合樁復(fù)合地基中的九樁作為試驗(yàn)的單元。

(一)室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

室內(nèi)模型試驗(yàn)在2m×2.4m×3m土力學(xué)試驗(yàn)箱中進(jìn)行，單元尺寸與實(shí)際比例為1比10。室內(nèi)試驗(yàn)的長(zhǎng)樁直徑為4cm、長(zhǎng)80cm，短樁直徑為4.5cm、長(zhǎng)40cm，樁由C20預(yù)制素混凝土樁制成，樁間距為12cm，褥墊層為中砂，其厚度為2cm。如圖1所示，左邊千斤頂施加荷載模擬建筑物自重，其正方形加載板邊長(zhǎng)為18cm，右邊千斤頂施加荷載模擬邊載，其正方形加載板邊長(zhǎng)為9cm。改變兩個(gè)加載板之間的距離，分別為6cm，9cm，12cm，15cm，18cm，即1/2樁間距至3/2樁間距。

圖1 室內(nèi)試驗(yàn)布置圖

圖2 數(shù)值模擬樁布置圖

(二)數(shù)值模擬模型

Flac3D在模擬的后處理上具有良好的性能，并且適合于巖土方面的模擬[3]，所以本文采用Flca3D有限元分析軟件進(jìn)行模擬分析。下表1是有限元分析的模型參數(shù)。

本文的有限元計(jì)算中，樁、加載板選用理想彈性本構(gòu)模型，土選擇Mohr-Coulomb模型作為土體的本構(gòu)模型。Mohr-Cou-lomb強(qiáng)度準(zhǔn)則為

τ=c-σtanθ

(1)

式中:τ為剪切強(qiáng)度；σ為正應(yīng)力；c為粘聚力；θ為摩擦角

模擬尺寸為20m×24m×30m，模擬尺寸與室內(nèi)模型尺寸為10比1。模型側(cè)面四個(gè)邊界設(shè)定為水平滑動(dòng)支座，其底面邊界設(shè)定豎向滑動(dòng)支座，上邊界無(wú)限制，設(shè)定為自由邊界。

表1 有限元模型物理指標(biāo)

三、結(jié)果分析

(一)邊載對(duì)剛性樁復(fù)合地基沉降分析

下圖2在邊距為0.6m，加載板中心平均沉降隨著荷載變化關(guān)系圖，由于施加邊載導(dǎo)致加載板發(fā)生傾斜，所以取其平均值作為復(fù)合地基的總沉降。圖3左邊是只在正壓的條件下，每隔30KPa測(cè)一次數(shù)據(jù)，210KPa作為正壓的最大荷載。工程測(cè)得錦繡馨園沉降為11.7mm，大于模擬值，略小于室內(nèi)試驗(yàn)值，由于模擬是在加載之前將土完全固結(jié)，而現(xiàn)場(chǎng)是達(dá)不到這個(gè)水平，所以這點(diǎn)誤差是比較合理的，同時(shí)也證明了模型的可靠性。在達(dá)到正壓最大值一段時(shí)間后，施加邊載，每級(jí)邊載為80KPa，期間隨時(shí)調(diào)整正壓千斤頂，保持在210KPa，可以看出在邊載作用下，復(fù)合地基的總沉降是逐漸增大，在480KPa時(shí)，平均總沉降增大2.7mm左右，并且增大的趨勢(shì)。分析原因：邊載的應(yīng)力場(chǎng)與復(fù)合地基應(yīng)力場(chǎng)相互疊加，導(dǎo)致復(fù)合地基下土應(yīng)力增大，土沉降大于樁沉降，樁承受正壓壓力增大，所以樁沉降也增大。

(二)邊載間距對(duì)復(fù)合地基的影響

單側(cè)邊載條件下，必定靠近邊載一端的建筑物影響大，遠(yuǎn)離邊載的一端影響小，因此會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，不均勻沉降直接導(dǎo)致上覆建筑物傾斜，傾斜超過(guò)7‰對(duì)建筑物就算是一個(gè)致命的問(wèn)題了。上圖4是復(fù)合地基加載板兩端的沉降差，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出靠近邊載的建筑物一端沉降大于遠(yuǎn)離邊載的一端，邊載荷載越大，其沉降差越大，邊載間距越小，其沉降差越大。所以控制邊載造成的建筑物不均勻沉降控制的要點(diǎn)有兩個(gè)：①邊載間距②邊載荷載大小。

四、預(yù)防邊載措施

根據(jù)上述分析，得出控制邊載產(chǎn)生的不利問(wèn)題，控制的兩個(gè)要素就是邊載間距和邊載荷載大小。

控制邊載間距預(yù)防措施：當(dāng)建筑物左邊新建高樓等除了要考慮遮光、消防等問(wèn)題外，還得合理計(jì)算對(duì)舊建筑物地基的影響，選址在合適的范圍內(nèi)；還可以采用不平衡堆載的方式，改變新起建筑物重心位置，使重心遠(yuǎn)離舊建筑物。

控制邊載荷載大小預(yù)防措施：通常難以改變新起建筑物自重，但是可以改變傳遞到舊建筑物的應(yīng)力，可以采用隔離樁、隔離板來(lái)阻斷應(yīng)力的傳播；加固舊建筑物周邊土體，提高樁的水平抗力。

五、結(jié)論

1.單側(cè)邊載條件下，剛性樁復(fù)合地基沉降有增大的趨勢(shì)。

2.邊載間距和邊載荷載大小是影響剛性樁復(fù)合地基不均勻沉降的重要原因，邊載間距的減小或邊載荷載大小提高都會(huì)導(dǎo)致建筑物傾斜的加劇。

[1]劉卓然.解放大街人防工程基坑開挖對(duì)鄰近建筑物影響的研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2012.

[2]龔曉南.復(fù)合地基[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1992.

[5]周文龍,劉玉柱,王小鵬.應(yīng)用FLAC3D分析確定碎石樁復(fù)合地基的褥墊層厚度[J].施工技術(shù),2014,43(S1):76-78.

華北科技學(xué)院基金項(xiàng)目：邊載對(duì)剛性樁復(fù)合地基性狀的影響(3142017048)

程一杰(1992-)，男，碩士，華北科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，巖土工程安全技術(shù)。