邊載對組合樁復合地基的影響及預防

(華北科技學院 北京 101601)

邊載對組合樁復合地基的影響及預防

程一杰劉洋

(華北科技學院北京101601)

針對剛性基礎下組合樁復合地基，進行現場試驗與Flac3D數值模擬，通過數據對比，分析了組合樁復合地基在單邊施加荷載的條件下其特性的變化。調整邊載與復合地基間距，來觀測記錄復合地基加載板總沉降、不均勻沉降變化，通過對這些變化的分析，進一步揭示組合樁復合地基在邊載下的特性變化，并提出一些預防性的建議。

復合地基；邊載；邊載預防

一、引言

近年來，隨著我國城市現代化進程的加快，城市地上空間資源也越來越寶貴，因此導致現在建筑物趨于密集化。建筑物周邊新起建筑物、臨時堆載、停靠大型機械，都將會改變復合地基的應力狀態，地基土層也發生一定的位移，復合地基的特性改變導致上覆建筑發生沉降、傾斜、開裂等一系列問題[1]。目前復合地基憑借其優良的性能在實際工程中廣泛應[2]，尤其是既能節省材料又保持良好的承載能力的組合樁復合地基，但組合樁復合地基的研究卻比較少。組合樁復合地基在邊載條件下有什么影響，樁、樁間土變化又是如何，是解決邊載對組合樁復合地基不利影響的首要問題。所以，本文采用室內模型試驗結合Flac3D模擬軟件對組合樁復合地基在邊載條件下的特性變化進行分析。

二、試驗概況

本文以北京市亞運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，土層以粉質黏土為主。采用正方形布樁方式，樁間距為1.2m，長樁直徑0.4m，長8m，短樁直徑0.45m，長4m。選取組合樁復合地基中的九樁作為試驗的單元。

(一)室內試驗模型

室內模型試驗在2m×2.4m×3m土力學試驗箱中進行，單元尺寸與實際比例為1比10。室內試驗的長樁直徑為4cm、長80cm，短樁直徑為4.5cm、長40cm，樁由C20預制素混凝土樁制成，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為18cm，右邊千斤頂施加荷載模擬邊載，其正方形加載板邊長為9cm。改變兩個加載板之間的距離，分別為6cm，9cm，12cm，15cm，18cm，即1/2樁間距至3/2樁間距。

圖1 室內試驗布置圖

圖2 數值模擬樁布置圖

(二)數值模擬模型

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有限元分析軟件進行模擬分析。下表1是有限元分析的模型參數。

本文的有限元計算中，樁、加載板選用理想彈性本構模型，土選擇Mohr-Coulomb模型作為土體的本構模型。Mohr-Cou-lomb強度準則為

τ=c-σtanθ

(1)

式中:τ為剪切強度；σ為正應力；c為粘聚力；θ為摩擦角

模擬尺寸為20m×24m×30m，模擬尺寸與室內模型尺寸為10比1。模型側面四個邊界設定為水平滑動支座，其底面邊界設定豎向滑動支座，上邊界無限制，設定為自由邊界。

表1 有限元模型物理指標

三、結果分析

(一)邊載對剛性樁復合地基沉降分析

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系圖，由于施加邊載導致加載板發生傾斜，所以取其平均值作為復合地基的總沉降。圖3左邊是只在正壓的條件下，每隔30KPa測一次數據，210KPa作為正壓的最大荷載。工程測得錦繡馨園沉降為11.7mm，大于模擬值，略小于室內試驗值，由于模擬是在加載之前將土完全固結，而現場是達不到這個水平，所以這點誤差是比較合理的，同時也證明了模型的可靠性。在達到正壓最大值一段時間后，施加邊載，每級邊載為80KPa，期間隨時調整正壓千斤頂，保持在210KPa，可以看出在邊載作用下，復合地基的總沉降是逐漸增大，在480KPa時，平均總沉降增大2.7mm左右，并且增大的趨勢。分析原因：邊載的應力場與復合地基應力場相互疊加，導致復合地基下土應力增大，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)邊載間距對復合地基的影響

單側邊載條件下，必定靠近邊載一端的建筑物影響大，遠離邊載的一端影響小，因此會產生不均勻沉降，不均勻沉降直接導致上覆建筑物傾斜，傾斜超過7‰對建筑物就算是一個致命的問題了。上圖4是復合地基加載板兩端的沉降差，根據實驗數據可以得出靠近邊載的建筑物一端沉降大于遠離邊載的一端，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有兩個：①邊載間距②邊載荷載大小。

四、預防邊載措施

根據上述分析，得出控制邊載產生的不利問題，控制的兩個要素就是邊載間距和邊載荷載大小。

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

控制邊載荷載大小預防措施：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力，可以采用隔離樁、隔離板來阻斷應力的傳播；加固舊建筑物周邊土體，提高樁的水平抗力。

五、結論

1.單側邊載條件下，剛性樁復合地基沉降有增大的趨勢。

2.邊載間距和邊載荷載大小是影響剛性樁復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導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鄰近建筑物影響的研究[D].遼寧工程技術大學,2012.

[2]龔曉南.復合地基[M].杭州:浙江大學出版社,1992.

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

華北科技學院基金項目：邊載對剛性樁復合地基性狀的影響(3142017048)

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