建筑樁基沉降特性分析

吳春華　宋軍華

摘要：在軟土地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的沉降觀測(cè)具有更重要的意義，在探討軟土地基沉降的一般規(guī)律基礎(chǔ)上，分析了樁基沉降研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：軟土基地；樁基沉降；存在問(wèn)題ブ型擠擲嗪牛篏267

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198(2009)19031102お1引言建筑物的沉降觀測(cè)是為了掌握建筑物的各個(gè)部位的沉降變化情況，通過(guò)測(cè)量建筑物底部各結(jié)構(gòu)點(diǎn)的沉降量、沉降差值及沉降速度，由此可以計(jì)算出基礎(chǔ)傾斜、局部?jī)A斜、相對(duì)彎曲等。在軟土地區(qū)建筑物沉降問(wèn)題是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，因此在軟土地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的沉降觀測(cè)具有更重要的意義，除反映建筑物的實(shí)際變形情況以及變形對(duì)建筑物的影響程度，在必要時(shí)可以及時(shí)采取補(bǔ)救措施。本文在探討軟土地基沉降的一般規(guī)律基礎(chǔ)上，分析了樁基沉降研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。2軟土地基沉降的一般規(guī)律2.1沉降變形原理サ鼗的沉降變形可能是由多種原因引起的，包括建筑物荷重、環(huán)境荷載，不直接設(shè)計(jì)荷載的其它原因，常涉及環(huán)境原因?，F(xiàn)今的沉降計(jì)算方法和最終沉降的預(yù)測(cè)方法主要是針對(duì)荷重引起的那部分沉降。根據(jù)軟土地基上的荷載試驗(yàn)和建筑物的長(zhǎng)期沉降觀測(cè)，軟土地基在荷載作用下的沉降歷程，其可以分為三部分之和，即瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。上述三種分量實(shí)際上是相互搭接的，無(wú)法截然分開(kāi)，只不過(guò)某時(shí)段以一種分量為主。在軟土地基的沉降計(jì)算和沉降預(yù)測(cè)中主要考慮固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降的過(guò)程。2.2軟土的蠕變特性ネ撂宓謀湫魏頹慷炔喚鋈【鲇謨行вαΓ而且還與時(shí)間有關(guān)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為土的流變現(xiàn)象。對(duì)于沉降分析，主要考慮土受壓時(shí)的流變變形，而軟土中的流變現(xiàn)象很大程度上屬于蠕變現(xiàn)象。軟土的蠕變特性可以通過(guò)單軸或三軸壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)或彎曲的蠕變?cè)囼?yàn)研究獲得。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力水平較低時(shí)蠕變過(guò)程可能以減速進(jìn)行；當(dāng)應(yīng)力水平較高時(shí)，蠕變可能以加速進(jìn)行。第一種情況稱(chēng)為衰減蠕變過(guò)程，第二種過(guò)程稱(chēng)為非衰減蠕變過(guò)程。非衰減蠕變除瞬時(shí)變形外，還包括三個(gè)階段第一階段為衰減蠕變階段，在這個(gè)階段里蠕變變形不斷增加，但應(yīng)變變形速率越來(lái)越小第二階段為穩(wěn)定流變階段，即等速蠕變階段，這時(shí)變形速率大體恒定不變。第三階段為急劇流動(dòng)階段，即加速蠕變階段，這時(shí)變形速率增加，最終導(dǎo)致土體破壞，所以這個(gè)階段也成為破壞階段。軟土的蠕動(dòng)是十分普遍的現(xiàn)象。在很多情況下，軟粘土即使在相當(dāng)小的剪切荷重作用下，其變形也可能長(zhǎng)期的發(fā)展。因此，盡管不改變荷載，土也幾乎可以不斷地蠕動(dòng)。從而使上部的建筑物產(chǎn)生緩慢的水平位移。一般地說(shuō)，這種蠕動(dòng)的速度很小，每年移動(dòng)幾十厘米或只移動(dòng)幾厘米，但決不能因此而輕視它可能造成的后果。軟土厚度大的地區(qū)，由于表層經(jīng)受長(zhǎng)期氣候的影響，使含水量減小，在收縮固結(jié)作用下，表面形成所謂的“硬殼”。這一處于地下水位以上的非飽和“硬殼”層厚度通常是1。其承載力較下層軟土為高，壓縮性也較小，?？捎脕?lái)作為淺基礎(chǔ)的持力層。但是，對(duì)于一般的工業(yè)建筑通常都采用樁基。2.3軟土地基沉降的一般規(guī)律ト磽戀謀湫翁卣骱腿磽戀牧鞅涮匭裕喝磽撂烊緩水率等于或大于液限，空隙比大于1，土具有結(jié)構(gòu)性，土體的含水率隨液限成正比增大；軟土的壓縮性也隨液限的增加而增加，軟土的滲透性弱，地基受荷后，會(huì)形成較高的超靜孔隙水壓力，這是在很大程度上決定軟土變形延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且具有流變特性的原因。因此，在軟土地基上修建多層和高層建筑物，可能產(chǎn)生較大的沉降量，而且軟土地基的沉降是一個(gè)歷史很長(zhǎng)的過(guò)程，并不隨著建筑施工的結(jié)束而結(jié)束。上海地區(qū)統(tǒng)計(jì)了數(shù)十幢建筑物在施工階段完成最終沉降量的百分?jǐn)?shù)Kb，和最終沉降量的關(guān)系。Kb一般為20%-40%。地基發(fā)生較大沉降時(shí)，往往伴隨著建筑物在使用和外觀上的破壞，但真正影響建筑物使用和外觀性能的往往不是較大的沉降量，而是因?yàn)椴痪鶆虺两岛投虝r(shí)期內(nèi)發(fā)生的較大沉降。不均勻沉降產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)裂縫、扭曲或傾斜，嚴(yán)重時(shí)倒塌破壞的事故都有發(fā)生。由于環(huán)境因素或臨近基坑開(kāi)挖等因素造成短期內(nèi)建筑物大幅度沉降而產(chǎn)生工程事故也曾有發(fā)生。因此，在軟土地基上修建建筑物，地基變形問(wèn)題顯得尤為重要。另一方面，在建筑的設(shè)計(jì)和施工中，如能事先預(yù)估并妥善考慮地基的變形問(wèn)題并加以控制和利用，是可以防止和減小地基變形帶來(lái)的不利影響。3樁基沉降研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題3.1按沉降觀測(cè)結(jié)果推算最終沉降量方法的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題ビ墑?chuàng)踱硟杀I客饌譜鈧粘兩凳貝統(tǒng)的方法是采用雙曲線(xiàn)型或指數(shù)、對(duì)數(shù)曲線(xiàn)型經(jīng)驗(yàn)公式、固結(jié)度對(duì)數(shù)法和Asoaka(沉降遞推方法)，但隨著近些年來(lái)一些新的數(shù)學(xué)理論用于巖土力學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，一些新的估算地基最終沉降的方法相繼提出，如泊松曲線(xiàn)預(yù)測(cè)法(邏輯斯蒂曲線(xiàn))、灰色系統(tǒng)理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法等。由于雙曲線(xiàn)型或指數(shù)、對(duì)數(shù)曲線(xiàn)型經(jīng)驗(yàn)公式、固結(jié)度對(duì)數(shù)法和Asoaka(沉降遞推方法)中有關(guān)參數(shù)都不是常數(shù)，而是在沉降過(guò)程中不斷變化的。因此為使外推最終沉降盡可能接近實(shí)際發(fā)生值，應(yīng)當(dāng)具備歷時(shí)較長(zhǎng)的沉降觀測(cè)曲線(xiàn)，并且在分析、計(jì)算時(shí)重點(diǎn)在拐點(diǎn)以后，甚至是平段的誤差程度。在實(shí)際工程的計(jì)算中，建議采用多種方法綜合比較，確定一個(gè)相對(duì)較為準(zhǔn)確的值。隨著數(shù)學(xué)理論和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)不斷有學(xué)者探索將一些新的理論和方法應(yīng)用于建筑物沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析和外推中，但由于數(shù)學(xué)建模本身的嚴(yán)格性、局限性和計(jì)算難度的提高，將這些理論和方法在真正的實(shí)際工程進(jìn)行應(yīng)用還需要進(jìn)一步探索以及計(jì)算軟件的相應(yīng)發(fā)展。3.2樁基礎(chǔ)沉降計(jì)算的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題ト磽戀鼗的樁基礎(chǔ)大多為群樁形式，而且經(jīng)常需要計(jì)算其沉降量。目前，群樁沉降計(jì)算方法主要有等代實(shí)體基礎(chǔ)法、彈性理論分析法和以Geddes(蓋德斯)單樁和以應(yīng)力公式為依據(jù)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法等幾類(lèi)。群樁基礎(chǔ)沉降與樁長(zhǎng)、樁數(shù)、樁距、樁頂荷載水平等多種復(fù)雜因素有關(guān)。由于群樁沉降發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程以及影響因素的復(fù)雜性，群樁沉降計(jì)算的各種計(jì)算方法，計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間總是存在著相當(dāng)?shù)碾x散性，因此群樁沉降計(jì)算方法目前只能是屬于半理論半經(jīng)驗(yàn)方法的范疇，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)考慮進(jìn)行一定數(shù)量的實(shí)際工程反分析，以得到相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)，然后將計(jì)算沉降量進(jìn)行調(diào)整才能得到較符合實(shí)際的計(jì)算沉降量。參考文獻(xiàn)[1]@黃紹銘，高大釗.軟土地基與地下下程[M].北京：中國(guó)建筑下業(yè)出版社，2005.[2]@錢(qián)玉林，丁毅.路基沉降預(yù)測(cè)汲取工程應(yīng)用[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，(4).