基于影響模型設計的基坑降水對鄰近建筑影響研究*

沈 勇 方漢中 馬玉剛 孫志強

(1 浙江潮遠建設有限公司 杭州 311200)(2 杭州水電建筑集團有限公司 杭州 310000)(3 浙江南業建設有限公司 杭州 310015)(4 浙江同濟科技職業學院 杭州 311200)(5 寧海縣路康交通工程試驗檢測有限公司 浙江 寧波 315600)

在建筑工程的施工期,評價施工的好壞是從多方面決定的[1],而建筑物施工本身的施工質量也影響了城市的發展,見微知著,建筑工程的好壞能反映當地社會城市綜合建設水平、基礎設施設備以及城市發展速度。隨著社會與科技協同發展,建筑工程的施工也發生了巨大的變化,技術水平提高,更加智能化、科技化。隨著市場的不斷發展,對施工建設的需求水平也不斷提高,要求施工建筑物的性能要有更高的質量[2]。

1 研究降水時開挖深基坑對周圍建筑物基礎影響模型

1.1 計算土壤的濕密度

在實際工程應用中,將土體分為粗粒土和細粒土,在地下水的抽取降落過程中,對粗粒土壤來說,土體的重力水能夠迅速的排出所剩的結合水幾乎沒有,因此,粗粒土的重度近似等于天然容重;反之,細顆粒土體在地下水的下降過程中,土中的重力水是不會完全被排空的,因此,土壤還保留著部分水體,這部分水稱為結合水,因此它的含水重量和天然重量存在著一定的差異[3]。根據土壤中含水重量的概念,提出了濕密度p和土壤含水重量γ之間的關系[4]如下表示:

其中,g為重力加速度,9.81N/kg。

土壤進行排水的時間越長,給水度的數值就越大,但是在經歷一段時間的變化之后,會達到一個穩定狀態,給水度的數值會趨于一個穩定值,這個變化如圖1所示。

圖1 土壤給水度變化的規律圖

總結以上三個定義參數,可以得到土壤濕密度p計算公式為:

其中,psat表示土壤在充滿水的狀態飽和密度,μ表示土體的給水度,pd表示烘干水分得到的干密度,ps表示土壤微觀的顆粒密度,e表示土體的孔隙比,n表示土壤孔隙度。根據上面的公式帶入相關的參數值,從而得到持土密度p。

1.2 分析土層應力變化規律

利用分層總和法計算地面沉降量是一種常見的方法。其關鍵點是要計算總的應力,然后在不同深度的水頭作用下,計算出不同分層的土壤的變形數據,將不同的變形數量進行累加,最終得到的數值即為地面的沉降計算值。將每一層劃分的土壤層的沉降進行計算,最后累加得到最終沉降量[6]。

將建筑周圍的環境相關的土層分為四層,分別是土壤的潛水層、土地的承壓層、土壤與地下水之間的隔水層以及土壤半承壓的相關含水系統。對這四部分不同的土層進行相應的應力應變分析,判斷其應力應變增量。最終得到土壤應力應變相關的變化增量S。以上計算過程用計算公式表示為如下:

其中,ai可以代表表示第i層土體的特征壓縮系數,pi可以代表第i層土體因為降水引起的附加應力;hi可以代表為第i層土體的厚度;ei表示為第i層土體的最開始狀態的孔隙比。

1.3 研究影響土體的應力變化規律因子

上述公式已經計算了不同土層的應力應變增量,為了對開挖深基坑在降水的情況下,引起的地面沉降的變化進行研究,筆者引用FLAC 方法進行相關計算。根據已有相關工程經驗,進行參數修正,最終得到了模擬降水情況下,開挖深基坑建筑在降水時候的情況,變化曲線如圖2所示。

圖2 開挖比較深的基礎后,降水影響示意圖

采用FLAC方法對開挖深基坑進行降水引起的地面沉降計算,地面沉降深度b的計算公式如下:

其中,b1可以代表被壓縮的土體層的最開始土層厚度,S為上述計算出的土壤的應力增加值,γ為測定的土壤的持水重量,Ss為土體壓縮層的含水系數比值。根據以上公式對開挖深基坑由于降水引起的地面塌陷變化程度進行相關計算,以開挖深基坑為研究對象,觀察降水期間周圍環境的變化。

2 深基坑影響因子模型的實踐應用

研究深基坑在降水過程中對周邊建筑地基的沉降影響,對環境保護具有重要、特殊且深遠的意義。

首先,建立模型,將深基坑的幾個決定性影響因素引入模型當中,通過模型計算降水對深基坑的建筑物的地面沉降的影響,能夠直觀的通過數據反饋,建立生態環境與人類活動之間的關系。

其次,利用構建的影響模型,能夠幫助大家更全面的認識到影響生態環境惡化的影響因素,采用參數化分析解決問題,提出方案。利用這個模型,能夠直觀地反映出影響深基坑的影響因素,分清影響因素的主次關系,并且通過對一層建筑的相關數據進行采集,進一步為防止水土流失進行土壤加固提供可行的解決方法。

最后,人們可以利用本文建立的影響研究模型有針對性的解決深基坑生態環境問題。一方面,該模型能夠通過具體分析引起人們對深基坑降水對周圍環境建筑物的沉降影響的重視,在未發生前進行提前預防,從根本上反患于未然,降低災害發生的影響因素;另一方面,在通過利用影響研究,模型分析得出的結論基礎上,提出更加科學的有針對性的環境治理方案,從而使開挖深基坑的生態環境影響問題的解決速度更加快,效果更加明顯。

3 實驗結果分析

為了驗證本文建立的深基坑的降水對周邊建筑的土壤環境影響因子研究模型的有效性,本文利用對比實驗,選用已有工程深基坑開挖、降水引起的沉降模型,對其影響的相關因子進行設置,研究其在降水條件下的變化。

3.1 前期準備工作

筆者采用了控制變量法,對實驗的變量因子進行控制,研究深基坑降水對周圍建筑環境影響的研究模型的可靠性。除了兩個模型不同以外,確保其他的影響相關因素保持一致,從而保證實驗結果的客觀、準確性。在進行實驗前,實驗對象保證一致,實驗環境進行相關參數對照設置。對實驗對象、實驗環境的相關影響因素的數值設置用表2展示。

表2 實驗研究對象以及實驗環境設置參數(單位:m)

3.2 兩種模型下的實驗結果

一組是本文的實驗組,采用建立的深基坑降水對周圍建筑環境影響研究模型進行研究。另一組是對照組,采用傳統研究模型,對實驗對象進行研究。在其他相同條件情況下,設置不同的降水強度,觀察周圍建筑的基礎高程發生的變化。記錄研究采用不同模型使用的時間,并與已有相關工程經驗的實際數據進行比較,然后分析兩種模型準確性的高低,得出計算結果的研究速率哪個更好,通過繪制模型曲線進行展示,研究兩種模型的影響因素數值結果如圖3所示。

圖3 影響研究效率對比圖

通過圖3可以看出,本文所建立的深基坑降水對周圍環境建筑影響研究模型,對比傳統相關影響,研究模型的優點更加明顯。實驗進行了30 h,隨著時間的增加,降水有很大的調整,但是整個建立的新的研究模型中受降水影響的變化不大,曲線波動不明顯。從圖中可以看出,該模型得出的結論是比較穩定的,在不同的環境中,利用該模型得到的數值結果始終保持在95%左右,具有穩定性。對比作為對照組的傳統建筑工程領域研究方法,傳統的模型受環境影響因素較大,得到的結果極不穩定,數值結果保持在20%～65%。因此,通過兩個模型的對比,本文新建立的模型具有更好的實踐效果,能夠適應不同的環境,而且能夠較快的得出實驗數據。

4 結語

深基坑的降水對周圍建筑的地基基礎沉降具有重大的影響,因此研究深基坑降水對周圍建筑環境具有重要的意義。

深基坑降水導致的環境破壞可能影響社會的經濟效益,甚至可能威脅人類的生存安全。因此,在開挖深基坑時,需要加強降水時間與降水量的觀測,及時采取相應的支護措施,保證施工人員安全。筆者建立了深基坑降水對周圍建筑環境影響研究的相關模型,并且對該模型進行了實驗驗證。通過實驗驗證對比,可以知道該模型能夠適應多種條件下的工作需要,并且對研究分析效率有了明顯的提高。