沈陽市明成嘉園建筑物沉降監測與有限元分析

摘要：本文以沈陽市明成嘉園建筑物為研究對象，通過現場監測、沉降預測和數值模擬的技術手段，參考監測資料，用多種預測方法對樁基礎變形值進行預測，以大型非線性有限元軟件ANSYS為研究工具，建在工程模擬中的可行性;實測結果和ANSYS模結果進行比較，得出了一些單樁和群樁的基本立有限元模型，采用符合實際的土體模量，建立計算模型，得出模擬值與實際監測變形值相差不大，驗證了ANSYS軟件在模擬樁基沉降方面的可行性。

關鍵詞：樁基礎;沉降監測;沉降預測;ANSYS軟件

本文以沈陽市名城嘉園建筑工程為主要研究對象，在主持該工程的勘察、設計、施工和監測四個階段后，總結經驗，整理數據，采用預測理論對沉降進行預測，采用有限元方法對不同的參數對建筑物樁基進行模擬，分析得出不同參數對建筑物樁基的影響，得出結論如下：

1、本工程形成勘察、設計、施工和監測于一體，有利于樁基參數的選取及設計方案的優化，施工中采用“動態式設計、信息化施工”是科學可靠的。

2、 在系統學習沉降預測理論的基礎上，對實測沉降數據進行了最終沉降值的推算，通過沉降觀測可以取得第一手資料，積累實踐性經驗;通過沉降預測，判斷出建筑物在下一時段的沉降發展趨勢，對可能的危害防患于未然。當建筑物發生不正常沉降及時分析原因并采取措施保證建筑物的安全，防止事故發生。通過重復或持續觀測，并進行前瞻性預測，及時發現異常變化，并討論了各種預測方法的優缺點及對樁基工程的適用性。

3、本文通過對沈陽市明成嘉園6#、7#、8#、9#進行系統的沉降觀測，獲得了珍貴的實測數據。并結合實測數據，對工程上常用的最終沉降預測方法進行了研究。對比實測結果得出，應用雙曲線法進行最終沉降預測所得的預測值較應用對數曲線法進行預測所得的結果更大。著重選取對數曲線法、雙曲線法、以及基于雙曲線型經驗公式的回歸分析法三種最終沉降量預測方法對樁基建筑的最終沉降量進行了推算。盡可能的應用了實測沉降數據，故應用該方法計算得出的最終沉降量推算值與實測最終沉降量較其他兩種方法更為接近，基于雙曲線理論的回歸分析法，由于其消除了應用經驗公式選點計算時可能造成的人為誤差，應用該方法進行最終沉降量的推算可以達到良好的效果。

4、并通過對6#樁的的沉降模擬，計算得到的沉降值與實測沉降值吻合的很好，說明本文的幾何模型的建立和本構模型的選擇是合理的，同時說明借助有限元分析建筑物沉降規律是行之有效的。實際設計中可以根據勘察報告參數作為基本資料，輔以必要的參數實驗，以規范的沉降、變形、傾斜允許值來校核模型的正確性，這樣可以樁基結構的優化設計起到很好的幫助。

5、利用ANSYS軟件對該建筑樁的沉降特性進行比較計算和深入分析，以探討多個影響因素下單樁樁沉降的變化規律：

（1）對單樁和群樁中的3類樁型進行分析，在不同荷載的條件下，各類樁型的受力特性和沉降性狀用圖表形式列出，在群樁沉降中以1類樁的沉降形式為主，群樁中的樁受到群樁效應影響，其剛度和承載力都有所下降。

（2）當樁徑及其他參數不變時，樁長增加，即長徑比增加，樁基礎沉降減小，而當樁長達到某值時，這與上面樁長改變時長徑比的影響相反。因此考慮長徑比改變對樁的影響時，還要看具體是哪個參數在改變減少沉降的作用不明顯了。設計中因為要考慮樁側摩阻力的發揮情況，因此只要滿足沉降要求，就不必增大樁長了。而當樁長及其他參數不變時，樁徑減少，即長徑比增大，群樁基礎沉降反而增大。

（3）土的彈性模量是樁基礎沉降的一個主要影響因素。說明土的變形能力影響樁土間的相對位移，對樁側摩阻力的發揮產生一定影響，從而直接影響到樁基礎的沉降。隨彈性模量E的增加，樁的沉降隨之減小，但是到一定限度以后，彈性模量E的繼續增加對單樁的沉降影響不大，持力層土體的粘聚力c和內摩擦角必定增加，樁頂沉降隨之減小。由此可得，要減小樁基礎的沉降量，可以通過對地基土進行改良，比如反復夯實、對軟土進行置換等方法。

（4）樁長L、樁徑D和彈性模量E的增加反映了樁體剛度的增加，使得樁通過樁側摩阻力和樁端阻力將上部結構荷載更多的傳到持力層中去，從而減小了沉降。在這幾個因素當中，土的彈性模量對樁頂沉降的影響要更大一些。

綜上所述，用有限元方法分析樁工作性狀問題，可以通過改變樁問題影響因素總結出一定的應力應變關系規律，對樁的設計和施工起到一定的參考和借鑒作用。

參考文獻

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作者簡介：郝連學（1984.12.29— ）男，漢族，遼寧阜新人，遼寧省阜新市交通運輸事務服務中心工程建設部副部長，職稱：高級工程師，主要研究方向是道路與橋梁工程。