盧明，商冬凡，楊凱，王飛，苗雷強(qiáng)

（1.河北省建筑科學(xué)研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，河北 石家莊050000；3.河北天誠(chéng)建筑科技有限公司，河北 邯鄲 056004；4.河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

自上世紀(jì)80年代建筑物整體移位技術(shù)傳入我國(guó)以來(lái)，該技術(shù)在舊城改造、古建筑保護(hù)等工程中發(fā)揮了重要的作用。建筑物整體位移技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)托換、基礎(chǔ)分離和同步位移等，其中在同步位移過(guò)程中地基沉降變形對(duì)移位工程的安全性具有較大影響，研究整體位移中的地基沉降變形監(jiān)測(cè)和沉降變形預(yù)測(cè)計(jì)算具有重要的意義。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概要

某建筑物為七層塔式結(jié)構(gòu)，底層占地面積約20 m，高約22 m，其基礎(chǔ)采用青磚砌筑。由于河道治理需要，需將其平移水平距離約130 m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告可知，該場(chǎng)地地層均屬第四紀(jì)全新世（Q）。施工場(chǎng)地土質(zhì)較差，近地表為雜填土，以下分別為：粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等。各層土體的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

各層土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 表1

1.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性等因素，該移位工程采取水泥土攪拌樁復(fù)合地基法進(jìn)行地基處理，根據(jù)上部荷載及地質(zhì)條件，該復(fù)合地基設(shè)置參數(shù)如下：有效樁長(zhǎng)約5m，樁徑500mm，面積置換率22.5%，樁間距1m，墊層200mm。軌道梁基礎(chǔ)采用倒“T”型鋼筋混凝土制作。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分別如圖1、圖2所示。

圖1 地基處理平面圖

圖2 軌道梁斷面圖

2 地基基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)

移位工程中地基基礎(chǔ)沉降和沉降差一般采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)方法。將水準(zhǔn)儀在平移軌道的上表面進(jìn)行固定并調(diào)平，在軌道梁不同測(cè)點(diǎn)處表面豎立專用直角鋼尺，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。移位工程沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般宜布設(shè)在以下位置：

①關(guān)鍵受力的部位，且易觀測(cè)處；

②平移建筑物的4個(gè)邊角處。對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)建筑物，測(cè)點(diǎn)布設(shè)在墻體兩端。

該建筑物移位工程沉降測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖3所示。

圖3 沉降監(jiān)測(cè)平面圖

3 沉降計(jì)算方法及參數(shù)設(shè)置

目前對(duì)于整體移位工程的地基基礎(chǔ)沉降變形還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算方法，一般采用文克勒彈性地基梁法，但該方法中的基床系數(shù)較難準(zhǔn)確確定，如選取不當(dāng)將影響計(jì)算精度。本工程采用了ABAQUS有限元法對(duì)地基基礎(chǔ)沉降進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)材料力學(xué)等效剛度原理，將地基基礎(chǔ)簡(jiǎn)化為二維模型。模型中土體本構(gòu)采用修正劍橋模型，土體參數(shù)如表2所示。

土體修正劍橋模型參數(shù) 表2

鋼筋混凝土材料參數(shù)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行選取。由于水泥土攪拌樁滲透性較差，將其設(shè)為不可滲透的彈性材料，根據(jù)材料的實(shí)際強(qiáng)度和等剛度轉(zhuǎn)化原則，將彈性模量設(shè)定為120MPa。本地區(qū)水泥土攪拌樁的泊松比為0.3。墊層也按彈性材料計(jì)算，其彈性模量為500MPa，泊松比為0.3。

4 沉降監(jiān)測(cè)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

4.1 沉降變形隨速度變化規(guī)律

為研究平移速度對(duì)于地基基礎(chǔ)沉降的影響，分別模擬了平移建筑物在0.25m/h、0.5m/h、1m/h速度對(duì)復(fù)合地基的沉降變形的影響。圖4為以0.5m/h平移時(shí)的地基沉降云圖。由圖4可以發(fā)現(xiàn)：最大沉降變形出現(xiàn)在移位建筑物中間部位，呈“盆式”。移位建筑物前進(jìn)方向的邊角沉降量要小于平移過(guò)后邊角沉降量。

圖4 以0.5m/h平移時(shí)地基基礎(chǔ)沉降云圖

圖5為移位建筑物中部（測(cè)點(diǎn)3、4的位置）沉降量隨移位速度變化。由圖5可以發(fā)現(xiàn)：建筑物移位速度對(duì)于移位建筑物中部地基沉降量影響較大，移位速度越大，建筑物中部地基沉降量越小。速度為0.25m/h時(shí)建筑物中部沉降量平均值為-11.82mm，速度增大到 0.5m/h時(shí)建筑物中部沉降量平均值減小到-9.68mm，速度為1m/h時(shí)其沉降量平均值減小到-8.01mm。由此可知，在軟土地基建筑物平移工程中，在保證足夠調(diào)整時(shí)間的前提下，應(yīng)盡可能提高移位速度，以此來(lái)降低地基沉降對(duì)上部移位建筑物的影響。

圖5 移位建筑物中部沉降量隨移位速度變化

4.2 沉降變形隨停留時(shí)間變化規(guī)律

沉降變形監(jiān)測(cè)結(jié)果和仿真計(jì)算結(jié)果隨停留時(shí)間變化分別如圖6、7所示。圖6中建筑物中部沉降量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值為測(cè)點(diǎn)3、4沉降量平均值。圖7中沉降差的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值為測(cè)點(diǎn)3、4沉降量平均值與測(cè)點(diǎn)1、2沉降量平均值的差值。

由圖6、圖7可知，沉降變形隨停留時(shí)間變化，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果基本吻合。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，建筑物中部沉降量和沉降差均隨停留時(shí)間的推移而增大。停留42h后，建筑物中部沉降量為-17.55mm，沉降差為-3.21mm，沉降差在控制范圍之內(nèi)。

圖6 建筑物中部沉降量隨停留時(shí)間變化

圖7 沉降差隨停留時(shí)間變化

5 結(jié)論

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和ABAQUS有限元仿真計(jì)算，研究了塔式結(jié)構(gòu)建筑物在軟土復(fù)合地基上平移時(shí)地基沉降變形隨平移速度和停留時(shí)間的變化規(guī)律，主要結(jié)論有：

①地基基礎(chǔ)的沉降量隨平移速度的提高而減小，在條件允許情況下，盡可能提高平移速度，減小因沉降變形而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)性，地基的沉降量隨停留時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，在軟土地基上的移位工程中，盡量減少建筑物的停留時(shí)間，保證建筑物平移的安全性；

②移位工程實(shí)測(cè)沉降結(jié)果與數(shù)值計(jì)算沉降結(jié)果基本吻合，只要所建模型合理且模型參數(shù)準(zhǔn)確，便可在移位工程中采用有限元法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地基基礎(chǔ)的沉降變形。