边载对组合桩复合地基的影响及预防

2018-01-10

福建质量管理 2018年1期

(华北科技学院北京 101601)

边载对组合桩复合地基的影响及预防

程一杰刘洋

(华北科技学院北京101601)

针对刚性基础下组合桩复合地基，进行现场试验与Flac3D数值模拟，通过数据对比，分析了组合桩复合地基在单边施加荷载的条件下其特性的变化。调整边载与复合地基间距，来观测记录复合地基加载板总沉降、不均匀沉降变化，通过对这些变化的分析，进一步揭示组合桩复合地基在边载下的特性变化，并提出一些预防性的建议。

复合地基；边载；边载预防

一、引言

近年来，随着我国城市现代化进程的加快，城市地上空间资源也越来越宝贵，因此导致现在建筑物趋于密集化。建筑物周边新起建筑物、临时堆载、停靠大型机械，都将会改变复合地基的应力状态，地基土层也发生一定的位移，复合地基的特性改变导致上覆建筑发生沉降、倾斜、开裂等一系列问题[1]。目前复合地基凭借其优良的性能在实际工程中广泛应[2]，尤其是既能节省材料又保持良好的承载能力的组合桩复合地基，但组合桩复合地基的研究却比较少。组合桩复合地基在边载条件下有什么影响，桩、桩间土变化又是如何，是解决边载对组合桩复合地基不利影响的首要问题。所以，本文采用室内模型试验结合Flac3D模拟软件对组合桩复合地基在边载条件下的特性变化进行分析。

二、试验概况

本文以北京市亚运村的锦绣馨园为工程背景，建筑物建成后其承载力特征值为210KPa，土层以粉质黏土为主。采用正方形布桩方式，桩间距为1.2m，长桩直径0.4m，长8m，短桩直径0.45m，长4m。选取组合桩复合地基中的九桩作为试验的单元。

(一)室内试验模型

室内模型试验在2m×2.4m×3m土力学试验箱中进行，单元尺寸与实际比例为1比10。室内试验的长桩直径为4cm、长80cm，短桩直径为4.5cm、长40cm，桩由C20预制素混凝土桩制成，桩间距为12cm，褥垫层为中砂，其厚度为2cm。如图1所示，左边千斤顶施加荷载模拟建筑物自重，其正方形加载板边长为18cm，右边千斤顶施加荷载模拟边载，其正方形加载板边长为9cm。改变两个加载板之间的距离，分别为6cm，9cm，12cm，15cm，18cm，即1/2桩间距至3/2桩间距。

图1 室内试验布置图

图2 数值模拟桩布置图

(二)数值模拟模型

Flac3D在模拟的后处理上具有良好的性能，并且适合于岩土方面的模拟[3]，所以本文采用Flca3D有限元分析软件进行模拟分析。下表1是有限元分析的模型参数。

本文的有限元计算中，桩、加载板选用理想弹性本构模型，土选择Mohr-Coulomb模型作为土体的本构模型。Mohr-Cou-lomb强度准则为

τ=c-σtanθ

(1)

式中:τ为剪切强度；σ为正应力；c为粘聚力；θ为摩擦角

模拟尺寸为20m×24m×30m，模拟尺寸与室内模型尺寸为10比1。模型侧面四个边界设定为水平滑动支座，其底面边界设定竖向滑动支座，上边界无限制，设定为自由边界。

表1 有限元模型物理指标

三、结果分析

(一)边载对刚性桩复合地基沉降分析

下图2在边距为0.6m，加载板中心平均沉降随着荷载变化关系图，由于施加边载导致加载板发生倾斜，所以取其平均值作为复合地基的总沉降。图3左边是只在正压的条件下，每隔30KPa测一次数据，210KPa作为正压的最大荷载。工程测得锦绣馨园沉降为11.7mm，大于模拟值，略小于室内试验值，由于模拟是在加载之前将土完全固结，而现场是达不到这个水平，所以这点误差是比较合理的，同时也证明了模型的可靠性。在达到正压最大值一段时间后，施加边载，每级边载为80KPa，期间随时调整正压千斤顶，保持在210KPa，可以看出在边载作用下，复合地基的总沉降是逐渐增大，在480KPa时，平均总沉降增大2.7mm左右，并且增大的趋势。分析原因：边载的应力场与复合地基应力场相互叠加，导致复合地基下土应力增大，土沉降大于桩沉降，桩承受正压压力增大，所以桩沉降也增大。

(二)边载间距对复合地基的影响

单侧边载条件下，必定靠近边载一端的建筑物影响大，远离边载的一端影响小，因此会产生不均匀沉降，不均匀沉降直接导致上覆建筑物倾斜，倾斜超过7‰对建筑物就算是一个致命的问题了。上图4是复合地基加载板两端的沉降差，根据实验数据可以得出靠近边载的建筑物一端沉降大于远离边载的一端，边载荷载越大，其沉降差越大，边载间距越小，其沉降差越大。所以控制边载造成的建筑物不均匀沉降控制的要点有两个：①边载间距②边载荷载大小。