沈陽(yáng)市明成嘉園建筑物沉降監(jiān)測(cè)與有限元分析

摘要：本文以沈陽(yáng)市明成嘉園建筑物為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、沉降預(yù)測(cè)和數(shù)值模擬的技術(shù)手段，參考監(jiān)測(cè)資料，用多種預(yù)測(cè)方法對(duì)樁基礎(chǔ)變形值進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(shí)測(cè)結(jié)果和ANSYS模結(jié)果進(jìn)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(shí)際的土體模量，建立計(jì)算模型，得出模擬值與實(shí)際監(jiān)測(cè)變形值相差不大，驗(yàn)證了ANSYS軟件在模擬樁基沉降方面的可行性。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ);沉降監(jiān)測(cè);沉降預(yù)測(cè);ANSYS軟件

本文以沈陽(yáng)市名城嘉園建筑工程為主要研究對(duì)象，在主持該工程的勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)四個(gè)階段后，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)，采用預(yù)測(cè)理論對(duì)沉降進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用有限元方法對(duì)不同的參數(shù)對(duì)建筑物樁基進(jìn)行模擬，分析得出不同參數(shù)對(duì)建筑物樁基的影響，得出結(jié)論如下：

1、本工程形成勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)于一體，有利于樁基參數(shù)的選取及設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，施工中采用“動(dòng)態(tài)式設(shè)計(jì)、信息化施工”是科學(xué)可靠的。

2、 在系統(tǒng)學(xué)習(xí)沉降預(yù)測(cè)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行了最終沉降值的推算，通過(guò)沉降觀測(cè)可以取得第一手資料，積累實(shí)踐性經(jīng)驗(yàn);通過(guò)沉降預(yù)測(cè)，判斷出建筑物在下一時(shí)段的沉降發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)可能的危害防患于未然。當(dāng)建筑物發(fā)生不正常沉降及時(shí)分析原因并采取措施保證建筑物的安全，防止事故發(fā)生。通過(guò)重復(fù)或持續(xù)觀測(cè)，并進(jìn)行前瞻性預(yù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化，并討論了各種預(yù)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及對(duì)樁基工程的適用性。

3、本文通過(guò)對(duì)沈陽(yáng)市明成嘉園6#、7#、8#、9#進(jìn)行系統(tǒng)的沉降觀測(cè)，獲得了珍貴的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)工程上常用的最終沉降預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了研究。對(duì)比實(shí)測(cè)結(jié)果得出，應(yīng)用雙曲線法進(jìn)行最終沉降預(yù)測(cè)所得的預(yù)測(cè)值較應(yīng)用對(duì)數(shù)曲線法進(jìn)行預(yù)測(cè)所得的結(jié)果更大。著重選取對(duì)數(shù)曲線法、雙曲線法、以及基于雙曲線型經(jīng)驗(yàn)公式的回歸分析法三種最終沉降量預(yù)測(cè)方法對(duì)樁基建筑的最終沉降量進(jìn)行了推算。盡可能的應(yīng)用了實(shí)測(cè)沉降數(shù)據(jù)，故應(yīng)用該方法計(jì)算得出的最終沉降量推算值與實(shí)測(cè)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)公式選點(diǎn)計(jì)算時(shí)可能造成的人為誤差，應(yīng)用該方法進(jìn)行最終沉降量的推算可以達(dá)到良好的效果。

4、并通過(guò)對(duì)6#樁的的沉降模擬，計(jì)算得到的沉降值與實(shí)測(cè)沉降值吻合的很好，說(shuō)明本文的幾何模型的建立和本構(gòu)模型的選擇是合理的，同時(shí)說(shuō)明借助有限元分析建筑物沉降規(guī)律是行之有效的。實(shí)際設(shè)計(jì)中可以根據(jù)勘察報(bào)告參數(shù)作為基本資料，輔以必要的參數(shù)實(shí)驗(yàn)，以規(guī)范的沉降、變形、傾斜允許值來(lái)校核模型的正確性，這樣可以樁基結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到很好的幫助。

5、利用ANSYS軟件對(duì)該建筑樁的沉降特性進(jìn)行比較計(jì)算和深入分析，以探討多個(gè)影響因素下單樁樁沉降的變化規(guī)律：

（1）對(duì)單樁和群樁中的3類樁型進(jìn)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(yīng)影響，其剛度和承載力都有所下降。

（2）當(dāng)樁徑及其他參數(shù)不變時(shí)，樁長(zhǎng)增加，即長(zhǎng)徑比增加，樁基礎(chǔ)沉降減小，而當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到某值時(shí)，這與上面樁長(zhǎng)改變時(shí)長(zhǎng)徑比的影響相反。因此考慮長(zhǎng)徑比改變對(duì)樁的影響時(shí)，還要看具體是哪個(gè)參數(shù)在改變減少沉降的作用不明顯了。設(shè)計(jì)中因?yàn)橐紤]樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮情況，因此只要滿足沉降要求，就不必增大樁長(zhǎng)了。而當(dāng)樁長(zhǎng)及其他參數(shù)不變時(shí)，樁徑減少，即長(zhǎng)徑比增大，群樁基礎(chǔ)沉降反而增大。

（3）土的彈性模量是樁基礎(chǔ)沉降的一個(gè)主要影響因素。說(shuō)明土的變形能力影響樁土間的相對(duì)位移，對(duì)樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮產(chǎn)生一定影響，從而直接影響到樁基礎(chǔ)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(xù)增加對(duì)單樁的沉降影響不大，持力層土體的粘聚力c和內(nèi)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(chǔ)的沉降量，可以通過(guò)對(duì)地基土進(jìn)行改良，比如反復(fù)夯實(shí)、對(duì)軟土進(jìn)行置換等方法。

（4）樁長(zhǎng)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(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力將上部結(jié)構(gòu)荷載更多的傳到持力層中去，從而減小了沉降。在這幾個(gè)因素當(dāng)中，土的彈性模量對(duì)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(wèn)題，可以通過(guò)改變樁問(wèn)題影響因素總結(jié)出一定的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系規(guī)律，對(duì)樁的設(shè)計(jì)和施工起到一定的參考和借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]董建國(guó)，趙錫宏，高層建筑地基基礎(chǔ)一共同作用理論與實(shí)踐，同濟(jì)大學(xué)出版社，1997.

[2]橫山幸滿[日].樁結(jié)構(gòu)物的計(jì)算方法和計(jì)算實(shí)例.北京：中國(guó)鐵道出版社，1984.

[3]袁聚云等.基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)原理.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2001.

[4]陳國(guó)興、樊良本等.基礎(chǔ)工程學(xué).北京：中國(guó)水利水電出版社.

[5]林天健、熊厚金、王利群.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)指南.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社

作者簡(jiǎn)介：郝連學(xué)（1984.12.29— ）男，漢族，遼寧阜新人，遼寧省阜新市交通運(yùn)輸事務(wù)服務(wù)中心工程建設(shè)部副部長(zhǎng)，職稱：高級(jí)工程師，主要研究方向是道路與橋梁工程。