建筑物移位工程地基沉降規(guī)律研究

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)量檢測中心有限公司，河北 石家莊050000；3.河北天誠建筑科技有限公司，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)傳入我國以來，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，其中在同步位移過程中地基沉降變形對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)測和沉降變形預(yù)測計(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)勘察報告可知，該場地地層均屬第四紀(jì)全新世（Q）。施工場地土質(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

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，在軌道梁不同測點(diǎn)處表面豎立專用直角鋼尺，用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量。移位工程沉降監(jiān)測點(diǎn)一般宜布設(shè)在以下位置：

①關(guān)鍵受力的部位，且易觀測處；

②平移建筑物的4個邊角處。對于磚混結(jié)構(gòu)建筑物，測點(diǎn)布設(shè)在墻體兩端。

該建筑物移位工程沉降測點(diǎn)布設(shè)如圖3所示。

圖3 沉降監(jiān)測平面圖

3 沉降計(jì)算方法及參數(shù)設(shè)置

目前對于整體移位工程的地基基礎(chǔ)沉降變形還沒有一個統(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)測與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對比分析

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速度對復(fù)合地基的沉降變形的影響。圖4為以0.5m/h平移時的地基沉降云圖。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后邊角沉降量。

圖4 以0.5m/h平移時地基基礎(chǔ)沉降云圖

圖5為移位建筑物中部（測點(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時建筑物中部沉降量平均值為-11.82mm，速度增大到 0.5m/h時建筑物中部沉降量平均值減小到-9.68mm，速度為1m/h時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)整時間的前提下，應(yīng)盡可能提高移位速度，以此來降低地基沉降對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 沉降變形隨停留時間變化規(guī)律

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

由圖6、圖7可知，沉降變形隨停留時間變化，實(shí)時監(jiān)測結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果基本吻合。監(jiān)測結(jié)果表明，建筑物中部沉降量和沉降差均隨停留時間的推移而增大。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間變化

圖7 沉降差隨停留時間變化

5 結(jié)論

本文通過現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)測和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)合地基上平移時地基沉降變形隨平移速度和停留時間的變化規(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)險性，地基的沉降量隨停留時間的延長而增大，在軟土地基上的移位工程中，盡量減少建筑物的停留時間，保證建筑物平移的安全性；

②移位工程實(shí)測沉降結(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)測地基基礎(chǔ)的沉降變形。