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        保護(hù)基坑鄰近建筑的傾斜式隔離樁特征分析

        2021-11-30 12:20:56張亞明陳東生劉金龍祝磊
        安徽建筑 2021年11期
        關(guān)鍵詞:變形效果水平

        張亞明 ,陳東生,劉金龍,祝磊

        (1.安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測(cè)站,安徽 合肥 230031;2.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院,安徽 合肥 230031;3.合肥學(xué)院城市建設(shè)與交通學(xué)院,安徽 合肥 230601)

        城市基坑工程建設(shè)中,基坑周邊經(jīng)常存在年代久遠(yuǎn)的老建筑(甚至古文物保護(hù)建筑),其基礎(chǔ)形式多為淺基礎(chǔ),對(duì)地基土的變形非常敏感。遇到該情況時(shí),往往需要對(duì)既有建筑進(jìn)行加固與保護(hù)。其中,采用隔離樁保護(hù)基坑鄰近建筑物是一種施工簡(jiǎn)便、費(fèi)用較低的有效方法。

        如南京地鐵張府園車(chē)站基坑施工過(guò)程中,采用鉆孔灌注樁隔斷墻對(duì)鄰近7層住宅樓和14層辦公樓進(jìn)行了有效保護(hù)。應(yīng)宏偉等采用厚度0.74m、深度25.5m的地下連續(xù)墻對(duì)某基坑周邊的鄰近建筑進(jìn)行保護(hù),取得了良好效果。上海鐵路局太平橋貨場(chǎng)租賃房A地塊工程采用φ600mm@1200mm鉆孔灌注樁,對(duì)基坑?xùn)|北角居民樓進(jìn)行有效保護(hù)與隔離。

        已有的工程實(shí)踐中,通常采用豎直分布的鉆孔灌注樁形成隔離墻。事實(shí)上,在隔離樁直徑與長(zhǎng)度不變的情況下,可采用直立與傾斜交替的方式(或向不同方向交替傾斜)形成隔離樁。關(guān)于這類(lèi)傾斜式隔離樁的研究較少。為此,本文基于有限元方法,對(duì)多種傾斜隔離樁的布置方式進(jìn)行了對(duì)比計(jì)算,探討傾斜隔離樁的變形特征,促進(jìn)傾斜式隔離樁在工程建設(shè)中的應(yīng)用。

        1 有限元計(jì)算模型

        某基坑工程采用抗滑樁+兩道內(nèi)支撐方式進(jìn)行支護(hù),抗滑樁樁徑φ為0.9m、間距1.2m、樁長(zhǎng)15.0m,樁頂?shù)倪B系梁尺寸為0.8m×0.8m,基坑開(kāi)挖深度8.0m,內(nèi)支撐設(shè)置在距地面0.0m與-4.0m處。距離基坑坑壁9m處存在一棟7層磚混建筑,采用條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)埋深2.0m??紤]到施工的擾動(dòng)影響,擬在離既有建筑1.0m處設(shè)置直立式隔離樁,對(duì)該鄰近建筑進(jìn)行保護(hù),隔離樁與抗滑樁參數(shù)相同(φ900mm@1200mm),如圖1所示。

        圖1 直立式隔離樁示意圖

        為了考察傾斜式隔離樁的效果,現(xiàn)設(shè)計(jì)幾種傾斜式構(gòu)型:①外傾式,直立樁與傾斜樁交替分布,即直立樁參數(shù)為φ 900mm@2400mm、傾斜樁參數(shù)為φ 900mm@2400mm,傾斜樁向坑外方向傾斜,傾斜角度β=5°,如圖2所示;②內(nèi)傾式,傾斜樁向遠(yuǎn)離基坑方向傾斜,如圖3所示;③雙傾式,向坑外方向與遠(yuǎn)離基坑方向的傾斜樁交替分布,故兩側(cè)傾斜樁的夾角為2β,如圖4所示。

        圖2 外傾式隔離樁示意圖

        圖3 內(nèi)傾式隔離樁示意圖

        圖4 雙傾式隔離樁示意圖

        土層計(jì)算參數(shù) 表1

        數(shù)值計(jì)算按平面應(yīng)變問(wèn)題考慮,樁與連系梁等效為板單元,等效后直立式隔離樁的軸向剛度EA=2.056E7 kN/m、抗彎剛度EI=8.051E5 kN·m/m,傾斜隔離樁軸向剛度EA=1.63E7 kN/m、抗彎剛度EI=4.025E5 kN·m/m。既有建筑采用等效均布荷載的方法進(jìn)行模擬,每層建筑按15kPa進(jìn)行等效。圖5給出了有數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格剖分情況。

        圖5 網(wǎng)格剖分情況

        施工時(shí),先形成隔離樁、圍護(hù)樁,后續(xù)分層、分步開(kāi)挖至坑底。開(kāi)挖至坑底時(shí)為最危險(xiǎn)工況,下面僅考察最危險(xiǎn)工況下的基坑特征。

        2 計(jì)算結(jié)果分析

        圖6給出了有無(wú)隔離樁的土體位移矢量分布情況。可見(jiàn),設(shè)置隔離樁后,隔離樁與既有建筑之間土體的位移矢量大大減小,抗滑樁附近的位移矢量也有一定的減小,說(shuō)明隔離樁具有約束既有建筑附近土體變形的效果。

        圖6 土體位移矢量分布圖

        不同情況下既有建筑端部A-B豎向斷面處的水平位移如圖7所示。無(wú)隔斷樁、豎直式、內(nèi)傾式、外傾式、雙傾式等不同情況下A-B豎向斷面處的最大水平位移分別為20.8mm、17.9mm、16.3mm、17.2mm、15.0mm,設(shè)置隔離樁能有效減小既有建筑附近的土體水平位移數(shù)值。豎直式、內(nèi)傾式、外傾式、雙傾式等隔離樁的樁體用料基本相同,但隔離效果按下列順序逐漸變強(qiáng):豎直式、外傾式、內(nèi)傾式、雙傾式,即如圖4所示的雙傾式隔離效果最好,既有建筑周邊土體的變形最小。

        圖7 隔離樁構(gòu)型對(duì)既有建筑水平位移的影響

        不同情況下基坑周邊土體的水平位移分布云圖如圖8所示??梢?jiàn),有無(wú)隔離樁情況下土體水平位移等值線(xiàn)形狀基本相似,設(shè)置隔離樁土體的水平位移值大大減小。

        圖8 土體水平位移等值線(xiàn)分布圖(單位:mm)

        不同情況下既有建筑端部A點(diǎn)處的變形值如表2所示??梢?jiàn),雙傾式隔離樁的效果最佳,其能使水平位移減小31.2%、豎向沉降減小21.1%。隔離樁對(duì)約束土體水平位移的效果比豎向沉降更佳。與傾斜式隔離樁相比,傳統(tǒng)的直立式隔離樁對(duì)土體的約束效果較差。

        不同工況時(shí)既有建筑的變形分析 表2

        不同工況時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(抗滑樁)的水平位移如圖9所示,可見(jiàn),抗滑樁的水平位移最大值位于樁頂處,無(wú)隔離樁、豎直式、外傾式、內(nèi)傾式、雙傾式的水平位移最大值依次減小,這與圖7所示的土體變形規(guī)律是一致的。這說(shuō)明隔離樁在對(duì)既有建筑進(jìn)行保護(hù)的同時(shí),也能降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移,對(duì)提高基坑工程的安全性有利。

        圖9 不同工況下抗滑樁的水平位移分布

        上述數(shù)據(jù)表明,直立式隔離樁的保護(hù)效果較差,而雙傾式隔離樁的保護(hù)效果較好。顯然,隔離樁對(duì)土體變形的阻擋效果,與其抗側(cè)移剛度有關(guān)。在樁徑、樁間距等參數(shù)相同情況下,把樁豎直緊密排列的抗側(cè)移剛度較小,而向兩個(gè)方向交替傾斜時(shí)隔離樁的抗側(cè)移剛度較大。對(duì)于內(nèi)傾式與外傾式,其實(shí)兩者的抗側(cè)移剛度基本相等,但內(nèi)傾式的樁體處于變形相對(duì)較小的區(qū)域,而外傾式的傾斜樁處于變形相對(duì)較大的區(qū)域,故內(nèi)傾式隔離樁的效果優(yōu)于外傾式隔離樁。

        可見(jiàn),在工程實(shí)際中,盡可能采用向兩個(gè)方向交替傾斜的雙傾式隔離樁,其在相同樁體用料情況下隔離效果最好。

        3 結(jié)論

        基坑周邊鄰近建筑可采用隔離樁進(jìn)行保護(hù)。在樁徑、樁間距等參數(shù)相同情況下,針對(duì)隔離樁豎直式、內(nèi)傾式、外傾式、雙傾式等不同布置方式的保護(hù)效果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:雙傾式隔離效果最好,既有建筑周邊土體的變形最小,圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移也最小。隔離樁對(duì)土體變形的阻擋效果,與其抗側(cè)移剛度有關(guān),兩個(gè)方向交替傾斜時(shí)隔離樁的抗側(cè)移剛度較大,故建議工程實(shí)際中盡可能采用向兩個(gè)方向交替傾斜的雙傾式隔離樁。

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