多层建筑施工论文：多层建筑沉降缝对倾及纠偏分析

1、 多层建筑施工论文：多层建筑沉降缝对倾及纠偏分析【摘要】:根据相邻基础相互作用的分析理论,发展了被沉降缝分隔的两个建筑单元对倾、纠偏的计算方法。纠偏分析分以下步骤进行:纠偏前在有效荷载作用下作没有桩支承的两个相邻单元基础的相互作用分析;纠偏后在剩余荷载作用下作有静压桩支承的两个相邻单元基础的相互作用分析;然后对两个计算结果进行叠加;有效荷载相对总荷载的比例与根据沉降观测资料推算的固结度相当。本文的计算方法可近似考虑单桩极限承载力的影响和沉桩产生的拖带作用。最后对一个工程实例进行了分析,根据倾斜量与桩数的相互关系可确定控制倾斜和纠偏的最佳桩数。关键词: 相互作用; 对倾; 纠偏; 沉降缝; 固结

2、度收稿1前言近年我国软软土地区区常出现现一些沉沉降缝两两侧建筑筑物对倾倾碰顶,造成两两侧建筑筑结构损损坏的事事故,随随后不得得不面临临纠偏加加固问题题。而对对这方面面机理的的研究却却很少,缺乏有有效合理理的计算算分析方方法。对于基础倾倾斜一般般用近似似方法计计算,假假定基础础为柔性性基础,基底压压力线性性分布,然后用用分层总总和法计计算基础础两端的的沉降,两点之之间的沉沉降差除除以两点点之间的的距离即即为该基基础的倾倾斜。对对于绝对对刚性基基础,作作者已在在文献1中中基本解解决了对对高层建建筑箱形形基础倾倾斜的综综合分析析问题,提出的的方法可可综合考考虑偏心心荷载、基基础的埋埋深效应应、荷载载

3、的高重重心效应应、邻近近建筑物物的相互互影响问问题。文文献22进一一步实现现了相邻邻桩基础础由于相相互影响响导致对对倾的计计算分析析。本文文在文献献1、22计算算方法的的基础上上,提出出了沉降降缝两侧侧建筑物物对倾及及锚杆静静压桩加加固纠偏偏的计算算分析方方法,并并对一个个工程实实例进行行了分析析研究。2相邻基基础倾斜斜计算的的基本原原理对多层建筑筑基础的的倾斜问问题也可可近似按按刚性基基础来分分析,假假定某被被影响刚刚性基础础的基底底始终与与地基紧紧密接触触,将接接触面划划分为nn个矩形形网格,在上部部荷载与与相邻基基础荷载载的影响响下,考考虑基础础埋深和和建筑物物高度对对倾斜的的影响后后,

4、刚性性基础地地基反力力和整体体倾斜式式中:xxi,yyi,RRi分别别为第ii个网格格的中点点坐标和和集中反反力;x、y、ss分别为为基础平平面坐标标原点沿沿x轴、yy轴的整整体倾斜斜值和沉沉降量;P,MMx,MMy分别别为上部部荷载的的竖向合合力及其其对x轴轴、y轴轴的偏心心弯矩;i为相相邻建筑筑物的荷荷载对各各网格中中心点产产生的附附加沉降降; ij为地基基的柔度度矩阵,ij表表示第jj网格的的单位荷荷载对第第i个网网格产生生的沉降降,即为为各网格格单元间间的相互互影响系系数,作作为桩基基础就是是桩土桩相互互作用系系数,对对于分层层地基模模型,可可根据BBousss-iinessq及MMi

5、nddlinn应力公公式用分分层总和和法求得得。I=1366b1D4,b1为为矩形箱箱形基础础侧面的的计算宽宽度,由由于基础础宽度较较大,可可近似取取受力侧侧面的基基础宽度度,D为为基础埋埋深;mm为地基基比例系系数;hh为上部部结构荷荷载重心心的高度度。为了了对同时时建造的的A、BB两座相相建筑的的相互影影响进行行分析,令BA、AB分分别为AA基础对对B基础础和B基基础对AA基础产产生的附附加沉降降。A基基础受BB基础作作用而产产生的AB的的影响而而改变基基础变形形和基底底反力分分布,将将使BA发发生变化化,这又又最终影影响到BB基础的的分析结结果和AB,要最后后确定这这种影响响量,就就需要

6、迭迭代法来来分析。具具体分析析步骤可可见文献献1、22所述述。3锚杆静静压桩纠纠偏计算算方法考考虑纠偏偏前后基基础受力力状况的的变化,基础纠纠偏计算算需要按按以下步步骤进行行:31纠纠偏前的的基础倾倾斜计算算基础纠纠偏计算算的基本本原理同同上,纠纠偏前的的基础倾倾斜计算算,可直直接按公公式(11)计算算,只要要将计算算荷载取取已经转转化为有有效应力力部分的的有效附附加荷载载。即:Pt=UP=SStSP(2)式中中:U为为地基平平均固结结度,SSt、SS分别为为加固前前的基础础沉降和和最终沉沉降。32纠纠偏后的的基础倾倾斜计算算锚杆静静压桩纠纠偏后的的基础倾倾斜计算算也可按按公式(1)计计算,与

7、与纠偏前前计算不不同的,只要将将公式(1)中中的天然然地基的的土土相互互作用系系数用桩桩土桩相互互作用系系数代替替,将计计算荷载载取纠偏偏前尚未未转化为为有效应应力部分分的附加加荷载,即(11-Ptt)。与与通常的的桩基础础不同,纠偏静静压桩主主要用于于控制变变形,桩桩的安全全系数很很小,相相当一部部分桩的的工作荷荷载可能能相当于于单桩极极限承载载力。而而按公式式(1)计算的的桩顶反反力却可可能会超超过单桩桩极限承承载力,为此对对公式(1)进进行计算算时,采采用了荷荷载截去去法(“loaad ccut-offfproocedduree”)33,如如果计算算结果出出现某一一桩顶反反力大于于单桩极

8、极限承载载力,即即令该桩桩的桩顶顶反力为为单桩极极限承载载力恒值值不变,同时将将该桩在在公式(1)左左边矩阵阵中删去去,将该该桩对邻邻近单元元的附加加沉降移移至右边边。33锚锚杆静压压桩用于于纠偏时时拖带下下沉的近近似计算算锚杆静静压桩压压桩时拖拖带下沉沉对基础础倾斜的的影响,可通过过公式(1)中中的参数数反映,这里关关键是要要确定基基础下各各网格单单元中心心的拖带带下沉量量。由于于挤土效效应,预预制桩沉沉桩对周周围土的的影响通通常出现现地面隆隆起现象象,而在在软土地地区对已已有建筑筑物用锚锚杆静压压桩进行行纠偏加加固施工工时,却却常常有有附加沉沉降出现现。这一一现象是是很值得得研究的的,目前

9、前还没有有有效的的方法进进行定量量分析。在空旷的场场地上,预制桩桩沉桩对对周围土土的影响响主要表表现在挤挤土效应应和沉桩桩过程中中产生的的拖带下下沉,前前者往往往是主要要的;由由于挤土土效应同同时对周周围土的的扰动作作用,土土的强度度及变形形模量降降低,在在基底压压力作用用下,地地基土会会产生新新的附加加沉降。作作者在此此近似认认为,在在软土地地区已有有建筑物物下沉桩桩时,由由于桩的的数量不不多、截截面尺寸寸较小,挤土效效应产生生的地基基隆起量量与对周周围土的的扰动作作用产生生的附加加沉降相相等,锚锚杆静压压桩沉桩桩对周围围土的影影响主要要就是沉沉桩过程程中所产产生的拖拖带下沉沉。在压压桩施工

10、工过程中中,由于于桩的挤挤土效应应,土的的粘聚力力被破坏坏,土中中孔隙水水压力增增大,土土的抗剪剪强度将将大大降降低。因此,桩侧侧摩阻力力也就明明显减小小。通过过对桩的的压桩阻阻力曲线线和埋设设在桩尖尖传感器器测得的的桩尖阻阻力曲线线进行分分析,压压桩时的的桩顶压压桩力曲曲线与桩桩尖阻力力曲线非非常接近近,进入入桩尖持持力层后后,两条条曲线才才有明显显的差别别。由此此可见,压桩阻阻力曲线线反映的的主要就就是桩尖尖阻力的的变化规规律44。因因此,沉沉桩过程程中产生生的拖带带下沉主主要是由由桩端阻阻力产生生的。桩桩端及桩桩端周围围土的位位移可近近似按下下式计算算5:wbb=Pbb(1-)44r0G

11、G(3-1)这这两幢建建筑物结结构封顶顶时,发发现沉降降较大,并且相相互对倾倾明显, 100号房比比8号房房更明显显, 110号房房建筑物物竣工后后不久, 5楼楼沉降缝缝两侧墙墙体因缝缝内障碍碍物出现现局部鼓鼓出开裂裂现象,随即破破墙清除除并采用用锚杆静静压桩进进行加固固纠偏。88号房的的沉降、对对倾量相相对较小小,在沉沉降缝碰碰顶前,对沉降降缝上部部两侧墙墙体采取取了减薄薄措施,加大了了沉降缝缝上部的的净宽。图图2为88号楼东东西两单单元对倾倾量(绝绝对值,下同)随单元元平均沉沉降增加加的变化化情况。从从图中可可见,建建筑物倾倾斜量在在早期基基础沉降降较小时时很小,后随着着沉降的的增大迅迅速

12、增加加。西单单元的基基础长度度要小于于东单元元,因此此沉降也也小于东东单元,但倾斜斜量要大大于东单单元。图图3为110号楼楼东西两两单元对对倾量随随单元平平均沉降降增加的的变化情情况。在在第2336天,即结构构封顶约约1255天后,开始在在沉降缝缝附近的的建筑物物基础下下进行锚锚杆静压压桩加固固, 116天内内共压桩桩38根根,桩位位布置情情况如图图1所示示,桩长长20mm,以2层粉粉砂夹砂砂质粉土土作为桩桩端持力力层,桩桩身截面面尺寸均均为25502500mm,最终压压桩力3363鶫鶫4811kN。图图3中的的曲线在在锚杆静静压桩施施工后出出现了峰峰值,说说明对倾倾值有一一定的增增加,这这是

13、由于于压桩时时有一定定的拖带带下沉,加大了了东、西西单元沉沉降缝区区域的沉沉降。随随着桩开开始受力力发挥作作用,沉沉降缝区区域的沉沉降速率率迅速减减小,而而建筑物物的两端端几乎不不受加固固影响,沉降速速率依然然较大,这势必必使建筑筑物出现现自然回回倾,也也即图33中的曲曲线出现现下降现现象,达达到了纠纠偏的目目的。42计计算参数数确定上上述工程程实例均均采用粉粉喷桩作作复合地地基。目目前,已已有多种种复合地地基沉降降计算方方法,本本文采用用类似天天然地基基的分层层总和法法,加固固范围内内复合地地基压缩缩模量用用下式计计算:EEsp=mEEp+(1-mm)Ess(5)式式中:EEp、EEs分别别

14、为粉喷喷桩和天天然地基基土的压压缩模量量,m表表示置换换率。由由于当时时试块没没有作过过压缩试试验,本本文粉喷喷桩的压压缩模量量按经验验取值,参照文文献88水泥泥土试件件的压缩缩模量EEs=660鶫1100MMPa,鉴于实实际施工工的水泥泥土搅拌拌均匀度度要比室室内试验验时差,及当时时上海地地区粉喷喷桩的施施工质量量普遍较较差,本本文采取取不同的的数值进进行试算算,由于于上部采采取了复复搅措施施,因此此可取桩桩的上部部分压缩缩模量高高于下部部。天然然地基土土的压缩缩模量已已在文献献7中列出出。43计计算结果果分析对对8号房房的主要要计算结结果如表表1所示示,假定定不同的的粉喷桩桩压缩模模量值,

15、粉喷桩桩上部的的压缩模模量高出出下部220MPPa,可可以看出出,当粉粉喷桩的的上、下下部压缩缩模量分分别为660MPPa、440MPPa时,计算最最终沉降降与实测测推算结结果较为为吻合。由由于基础础长度较较小,西西单元的的倾斜值值要大于于东单元元。与天然然地基相相比,复复合地基基起到了了减小基基础沉降降、倾斜斜的作用用,荷载载的偏心心作用对对沉降缝缝两侧单单元的对对倾影响响较大,对于多多层建筑筑,荷载载重心的的高度对对倾斜的的影响不不明显。根根据表11, 88号房东东、西单单元的计计算倾斜斜值分别别为-3305、565, 110号房房在2332天纠纠偏前完完成的固固结度大大约为550%,参照

16、88号房可可预计110号房房东、西西单元此此时的倾倾斜量分分别为-153、283,沉降降量分别别为11127mmm、10037mmm。纠偏偏后的变变形情况况及累计计变形量量的预测测结果如如表2所所示。加加固后东东西单元元的倾斜斜量有了了明显的的减小,即出现现了回倾倾现象,沉降继继续有所所发展,但比加加固前要要小得多多。表22中,分分别对是是否考虑虑单桩极极限承载载力和沉沉桩产生生的附加加沉降进进行了对对比分析析,可以以发现,不考虑虑单桩极极限承载载力和附附加沉降降的影响响,可使使预测的的纠偏效效果偏大大。其中中极限位位移wbb取100mm,相当于于上海地地区类似似桩静载载试验得得到的单单桩极限

17、限承载力力所对应应的沉降降量。110号房房纠偏前前的变形形和纠偏偏后沉降降的预测测结果均均要比实实测结果果小,这这是由于于计算时时没有考考虑建筑筑物中部部处理暗暗浜的砂砂填土的的影响,基底下下的砂垫垫层。44纠纠偏工程程中的倾倾斜控制制考虑单单桩极限限承载力力Qu=5000kN,沉桩产产生的附附加沉降降wb=10mmm,假假定不同同的桩数数进行分分别计算算,可以以得到纠纠偏后锚锚杆静压压桩的桩桩数与东东、西单单元倾斜斜量绝对对值之和和的关系系如图44所示。该该曲线与与沉降控控制复合合桩基的的桩数与与沉降关关系曲线线相似。桩桩的平面面位置会会对纠偏偏效果产产生影响响,在减减少桩数数时,从从单元中

18、中心由近近到远抽抽桩,在在增加桩桩数时,从单元元中心由由远到近近加桩,但基本本不超过过原实际际布桩范范围。从从图4可可以看出出,不纠纠偏时,东、西西单元新新增倾斜斜量绝对对值之和和为436 (153+283),是纠纠偏前的的2倍;桩数较较少时,增加桩桩数对减减小对倾倾量作用用较为明明显;桩桩数增加加到一定定数量时时,增加加桩数对对减小对对倾量的的作用就就不再明明显,也也就是说说此时再再增加桩桩数,对对减小基基础对倾倾量的作作用不大大。因此纠偏设设计时应应选择曲曲线趋于于平缓时时的拐点点后面附附近某一一点作为为纠偏的的用桩数数量,该该拐点所所对应的的桩数为为最佳纠纠偏用桩桩量。从从图4可可知,本

19、本工程的的用桩数数量388根略多多于最佳佳纠偏用用桩量。如果果地基加加固的目目的只要要控制建建筑物新新增对倾倾量为,即维持持加固前前的对倾倾量436,从图图4可知知,控制制不再发发生新的的倾斜的的最佳用用桩量为为16根根。这一一概念同同样可用用于预防防控制建建筑物出出现倾斜斜现象,当建筑筑物由于于相邻荷荷载等因因素影响响会出现现倾斜现现象时,就需要要在沉降降较大一一侧增加加地基的的刚度,如采用用锚杆静静压桩,可得到到相应的的桩数与与倾斜量量的关系系,倾斜斜量为零零所对应应的桩数数即为最最佳倾斜斜控制用用桩量。从从图4还还可以看看出,通通过增加加桩数建建筑物倾倾也只有有约2,要达达到完全全纠偏的的目的较较为困难难。5结论相互影响和和局部应应力集中中(偏心心)是导导致沉降降缝分隔隔的相邻邻建筑物物对倾的的主要因因素。在在沉降缝缝附近区区域使用用锚杆静静压桩可可达到控控制倾斜斜和纠偏偏的目的的,根据据倾斜量量与桩数数的相互互关系可可确定控控制倾斜斜和纠偏偏的最佳佳桩数。不不考虑单单桩极限限承载力力和附加加沉降的的影响,可使预预测的纠纠偏效果果偏大。参考文文献1楼楼晓明,刘建航