基坑周边建筑物沉降变形的影响因素
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Key word s: foundation p it; defo rm ation; so il ancho r; num erical ana lysis
0 引 言
基坑开挖 必然 引起周 边 建 筑 物 产 生 沉 降 变
收稿日期 : 2005 - 12 - 30
形 ,从而影响建筑物的正常 使用 与安 全 [ 1 ] 。基 坑 开挖所引起的周边建筑物沉降变形是多种因素耦 合作用的结果 ,现有的计算理论很难对此作出全 面 、正确的解释 。近年来发展起来的基于计算机
基坑周边建筑物沉降变形的影响因素
赵延林
(黑龙江科技学院 建筑工程学院 , 哈尔滨 150027)
摘 要 : 基坑开挖引起的周边建筑物沉降变形是多种因素耦合作用的结果 ,现有的计算理论很
难对此作出全面、正确的解释。采用工程软件 FLAC - 2D 对北京地区桩 —锚支护形式下基坑开挖引
起的周边建筑物沉降问题进行了模拟分析 ,得出了锚杆层数 、开挖深度等因素对周边建筑物沉降变形
下的平衡计算 ,获得土体的初始应力状态 。 (2)模拟开挖周边建筑物的基坑 ,建立建筑物
的模型 ,进行建筑物自重作用下的平衡计算 ,以获得 基坑开挖前的土体应力状态 。
(3)基坑开挖分九步进行 ,前八步每步开挖 2 m ,第九步开挖 1 m ,最终开挖深度为 17 m。
3 数值模拟结果及分析
3. 1 建筑物距基坑 815 m 的情况 当建筑物距基坑 815 m 时 ,建筑物 A、B 点的沉
土层名称
厚度 密度 黏聚力 内摩擦角
/m / kN ·m - 3 ) / kPa
/ ( °)
填土
218
20
10
10
粉质黏土 —重粉质黏土 116
20
23
18
粘质粉土 —砂质粉土
216
20
18
23
粉细砂
015
20
0
30
粘质粉土 —砂质粉土
018
20
18
23
粉质黏土 —重粉质黏土 017
20
23
18
细中砂
表 1 排桩的设计参数
Table 1 D esign param eter of p ile
支护 桩长 桩距 桩径 混凝土 钢筋
结构
/m
/m
/m 等级 等级
排桩
32
112
018
C30 二级
表 2 锚杆的设计参数 Table 2 D esign param eter of so il anchor
锚杆 第一道
第 1期
赵延林 :基坑周边建筑物沉降变形的影响因素
23
基础上的数值模拟方法是分析基坑变形的一种有 效方法 [ 2 ] ,笔者应用大型工程软件 FLAC - 2D , 采 用弹塑性大变形理论 ,对桩 —锚支护形式下基坑 开挖引起的周边建筑物沉降因素进行了数值模拟 分析 ,以期获得周边建筑物的沉降规律 。
第 16卷 第 1期
黑 龙 江 科 技 学 院 学 报
Vol.16 No11
2006年 1月
Journal of Heilongjiang Institute of Science & Technology
Jan. 2006
文章编号 : 1671- 0118 (2006) 01- 0022- 05
用 interface单元模拟 ,锚杆用 cable单元模拟 。
24
黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 第 16卷
2. 2 数值模拟参数 土层参数见表 3,结构物参数 ,见表 1、2。
2. 3 数值模拟过程 整个数值计算过程与实际施工过程完全一致 ,
具体步骤如下 : ( 1 )对没有建筑物和基坑的土体进行重力作用
影响的一些规律 :当建筑物与基坑的距离小于 115 H时 ,建筑物的沉降量受锚杆层数的影响较大 ,并
随锚杆层数的增加而减小 ;当建筑物与基坑的距离大于 115 H时 ,建筑物的沉降量受锚杆层数的影响
不大 。建筑物的沉降量随基坑开挖深度的增加而增加 。当基坑开挖深度小于临界开挖深度时 ,建筑
物沉降位移的变化率比较小 ,当基坑开挖深度大于临界开挖深度时 ,建筑物沉降位移显著增加 。
2 数值模拟模型及参数的选择
2. 1 数值模拟模型 2. 1. 1 土体模型
模型中土体长度为 105 m ,厚度为 40 m,选择较 大的边界 ,主要是为了减小边界条件对计算结果的影 响。土体应用 Mohr - Coulomb 屈服准则 ,土体左右边 界限制水平位移 ,底部边界限制竖向位移。
表 3 土层参数 Table 3 Param eter of so il layer
(1) 基坑周围无建筑物 :此方案分为设一层锚 杆 、设二层锚杆 、设三层锚杆三种情况 。
(2) 基坑周围有建筑物 :此方案分为建筑物距 离基坑 015 H (815 m ) 、110 H ( 1710 m ) 、115 H ( 2515 m ) 、210 H ( 34 m )四种情况 ,其中 H 为基坑设计深 度 。每种情况又分为设一层锚杆 、设二层锚杆 、设三 层锚杆三种情况 。
217
20
0
30
卵石
416
20
0
38
细中砂
019
20
0
30
粉质黏土 —重粉质黏土 216
20
25
19
中砂
0百度文库7
20
0
32
卵石
1015
20
0
38
粉质黏土 —重粉质黏土 019
20
24
20
中砂
118
20
0
35
卵石
310
20
0
38
粉质黏土 —重粉质黏土 1319
20
24
20
2. 1. 3 支护结构模型 排桩用 beam 单元模拟 ,桩与土体间的接触面
关键词 :基坑 ; 沉降 ; 锚杆 ; 数值分析
中图分类号 : TU473. 2
文献标识码 : A
Effe c t fa c ts a bo u t se d im e n ta tio n de fo rm a tio n o f bu ild ing a ro und fo unda tio n p it
1 数值模拟方案
1. 1 基坑支护方案 模 拟基坑长 110100m ,宽 74100m ,深 17100m ,
采用桩 —锚支护形式 ,排桩与锚杆的设计参数如表 1、2所示 。
2. 1. 2 建筑物模型 基坑周边的建筑物为一栋地上 10层 、地下 1层
的框架结构的高层建筑 。地上部分层高为 310 m , 地下部分层高为 410 m , 基础为筏板基础 , 筏板厚 015 m ,框架柱的横向间距为 6、3 、6 m ,纵向间距为 6 m ,框架梁 、柱的截面尺寸分别为 013 m ×015 m、015 m ×015 m。框架中的梁和柱用 beam 单元模拟 ,地 下部分与土体的接触面用 interface单元模拟 。建筑 物基础左下点为观测点 A ,建筑物基础右下点为观 测点 B ,如图 1所示 。
ZHAO Yan lin ( Schoo l of C ivil Enginee ring, H e ilongjiang In stitu te of Science and Techno logy, H a rb in 150027 , China)
A b stra ct: D irected at ove rcom ing d ifficu tties due to u sing the cu rren t comp u ta tional theo ry to rea lize a comp lete and co rrec t enp lana tion fo r the sed im en tation defo rm a tion of nea rby bu ild ing, crea2 ted by excavation of foundation p it, nam e ly, the re su lt of coup ling action of som e effec ts, the p ap er in troduces the app lication of large2scale engineering software FLAC 22D to analyze the sed im en tation defo rm ation of nearby bu ild ing created by excavation of foundation p it under the suppo rt fo rm of p ile2 ancho r, and ob ta in som e ru le s of sed im en tation defo rm a tion of nearby bu ild ing affected by ancho r lay2 er and excavation dep th: when the d istance be tween bu ild ing and founda tion p it is sm a ller than 115 H , the sed im en tation defo rm a tion of bu ild ing is affected by ancho r layer largely and decreases w ith the increase of ancho r layer, when the d istance be tween bu ild ing and foundation p it is mo re than 115 H , the sed im en tation defo rm a tion of bu ild ing is affected by ancho r laye r little; the sed im en tation de2 fo rm ation of bu ild ing inc rea ses w ith the increase of excavation dep th, when the excavation dep th is sm aller than the c ritical excava tion dep th, the va riety ratio of sed im en ta tion defo rm ation of bu ild ing is sm aller, when the excava tion dep th overrun s the c ritical excavation dep th, the sed im en tation defo rm 2 ation of bu ild ing inc rea ses ob se rvab ly.
降位移曲线如图 2、3 所示 。由图 2可知 ,锚杆层数 对建筑物 A 点的沉降量有很大的影响 ,建筑物的沉 降量随锚杆层数的增加而减小 。
一层锚杆时 ,A 点的沉降位移最大 ,为 4812 mm;二 层锚杆时 ,A 点的沉降位移为 3014 mm,约为一层锚杆 时的 6319%;三层锚杆时 A 点的沉降位移最小 (2114 mm) ,约为一层锚杆时的 4514%。同时 ,由数值模拟结 果可以清楚地看到 :第一步开挖结束时 , A 点发生微小 的沉降位移 ,这主要是由建筑物与基坑间的地面超载 引起的 ,随着开挖的进行 , A 点的沉降位移在逐渐减小 (这主要是因为建筑物离基坑较近 ,坑边土体在开挖过 程中的回弹以及坑底土体的隆起引起了土体的向上位 移 ,使得建筑物 A 点的沉降位移在开挖后受到一定的 抑制 ) ,直到开挖到第四步 , A 点的沉降位移才开始增 加 ,但在开始阶段位移的增加幅度不大 ,从第六步开挖 起 ,位移的增加幅度明显增大。
这里 ,把建筑物沉降位移增长率的转折点 (第 六步开挖 )所对应的开挖深度 ( 12 m )称为临界开挖 深度 He。当基坑开挖深度小于临界开挖深度时 ,建 筑物沉降位移的变化率比较小 ;当基坑开挖深度大 于临界开挖深度时 ,建筑物沉降位移显著增加 。在 实际工程中 ,要特别注意临界开挖深度 。当基坑开 挖深度超过临界开挖深度时 ,应采取多种有效措施 (比如及时喷混凝土面层 、减少土体的暴露时间 、增 加锚杆注浆压力等等 ) ,保证施工质量 ,以减小因基 坑开挖引起的周边建筑物的绝对沉降量 [ 3 ] 。
标高 长度 倾角 孔径 水平间距 预加轴力
/m /m / ( °) /mm
/m
/ kN
- 4 30 15 200
112
200
第二道 - 8 30 15 200
112
200
第三道 - 12 30 15 200
112
200
1. 2 数值模拟方案 为了便于比较 ,进而得到基坑开挖对周边建筑
物沉降变形影响的一般规律 ,选择的数值模拟方案 具体如下 :
0 引 言
基坑开挖 必然 引起周 边 建 筑 物 产 生 沉 降 变
收稿日期 : 2005 - 12 - 30
形 ,从而影响建筑物的正常 使用 与安 全 [ 1 ] 。基 坑 开挖所引起的周边建筑物沉降变形是多种因素耦 合作用的结果 ,现有的计算理论很难对此作出全 面 、正确的解释 。近年来发展起来的基于计算机
基坑周边建筑物沉降变形的影响因素
赵延林
(黑龙江科技学院 建筑工程学院 , 哈尔滨 150027)
摘 要 : 基坑开挖引起的周边建筑物沉降变形是多种因素耦合作用的结果 ,现有的计算理论很
难对此作出全面、正确的解释。采用工程软件 FLAC - 2D 对北京地区桩 —锚支护形式下基坑开挖引
起的周边建筑物沉降问题进行了模拟分析 ,得出了锚杆层数 、开挖深度等因素对周边建筑物沉降变形
下的平衡计算 ,获得土体的初始应力状态 。 (2)模拟开挖周边建筑物的基坑 ,建立建筑物
的模型 ,进行建筑物自重作用下的平衡计算 ,以获得 基坑开挖前的土体应力状态 。
(3)基坑开挖分九步进行 ,前八步每步开挖 2 m ,第九步开挖 1 m ,最终开挖深度为 17 m。
3 数值模拟结果及分析
3. 1 建筑物距基坑 815 m 的情况 当建筑物距基坑 815 m 时 ,建筑物 A、B 点的沉
土层名称
厚度 密度 黏聚力 内摩擦角
/m / kN ·m - 3 ) / kPa
/ ( °)
填土
218
20
10
10
粉质黏土 —重粉质黏土 116
20
23
18
粘质粉土 —砂质粉土
216
20
18
23
粉细砂
015
20
0
30
粘质粉土 —砂质粉土
018
20
18
23
粉质黏土 —重粉质黏土 017
20
23
18
细中砂
表 1 排桩的设计参数
Table 1 D esign param eter of p ile
支护 桩长 桩距 桩径 混凝土 钢筋
结构
/m
/m
/m 等级 等级
排桩
32
112
018
C30 二级
表 2 锚杆的设计参数 Table 2 D esign param eter of so il anchor
锚杆 第一道
第 1期
赵延林 :基坑周边建筑物沉降变形的影响因素
23
基础上的数值模拟方法是分析基坑变形的一种有 效方法 [ 2 ] ,笔者应用大型工程软件 FLAC - 2D , 采 用弹塑性大变形理论 ,对桩 —锚支护形式下基坑 开挖引起的周边建筑物沉降因素进行了数值模拟 分析 ,以期获得周边建筑物的沉降规律 。
第 16卷 第 1期
黑 龙 江 科 技 学 院 学 报
Vol.16 No11
2006年 1月
Journal of Heilongjiang Institute of Science & Technology
Jan. 2006
文章编号 : 1671- 0118 (2006) 01- 0022- 05
用 interface单元模拟 ,锚杆用 cable单元模拟 。
24
黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 第 16卷
2. 2 数值模拟参数 土层参数见表 3,结构物参数 ,见表 1、2。
2. 3 数值模拟过程 整个数值计算过程与实际施工过程完全一致 ,
具体步骤如下 : ( 1 )对没有建筑物和基坑的土体进行重力作用
影响的一些规律 :当建筑物与基坑的距离小于 115 H时 ,建筑物的沉降量受锚杆层数的影响较大 ,并
随锚杆层数的增加而减小 ;当建筑物与基坑的距离大于 115 H时 ,建筑物的沉降量受锚杆层数的影响
不大 。建筑物的沉降量随基坑开挖深度的增加而增加 。当基坑开挖深度小于临界开挖深度时 ,建筑
物沉降位移的变化率比较小 ,当基坑开挖深度大于临界开挖深度时 ,建筑物沉降位移显著增加 。
2 数值模拟模型及参数的选择
2. 1 数值模拟模型 2. 1. 1 土体模型
模型中土体长度为 105 m ,厚度为 40 m,选择较 大的边界 ,主要是为了减小边界条件对计算结果的影 响。土体应用 Mohr - Coulomb 屈服准则 ,土体左右边 界限制水平位移 ,底部边界限制竖向位移。
表 3 土层参数 Table 3 Param eter of so il layer
(1) 基坑周围无建筑物 :此方案分为设一层锚 杆 、设二层锚杆 、设三层锚杆三种情况 。
(2) 基坑周围有建筑物 :此方案分为建筑物距 离基坑 015 H (815 m ) 、110 H ( 1710 m ) 、115 H ( 2515 m ) 、210 H ( 34 m )四种情况 ,其中 H 为基坑设计深 度 。每种情况又分为设一层锚杆 、设二层锚杆 、设三 层锚杆三种情况 。
217
20
0
30
卵石
416
20
0
38
细中砂
019
20
0
30
粉质黏土 —重粉质黏土 216
20
25
19
中砂
0百度文库7
20
0
32
卵石
1015
20
0
38
粉质黏土 —重粉质黏土 019
20
24
20
中砂
118
20
0
35
卵石
310
20
0
38
粉质黏土 —重粉质黏土 1319
20
24
20
2. 1. 3 支护结构模型 排桩用 beam 单元模拟 ,桩与土体间的接触面
关键词 :基坑 ; 沉降 ; 锚杆 ; 数值分析
中图分类号 : TU473. 2
文献标识码 : A
Effe c t fa c ts a bo u t se d im e n ta tio n de fo rm a tio n o f bu ild ing a ro und fo unda tio n p it
1 数值模拟方案
1. 1 基坑支护方案 模 拟基坑长 110100m ,宽 74100m ,深 17100m ,
采用桩 —锚支护形式 ,排桩与锚杆的设计参数如表 1、2所示 。
2. 1. 2 建筑物模型 基坑周边的建筑物为一栋地上 10层 、地下 1层
的框架结构的高层建筑 。地上部分层高为 310 m , 地下部分层高为 410 m , 基础为筏板基础 , 筏板厚 015 m ,框架柱的横向间距为 6、3 、6 m ,纵向间距为 6 m ,框架梁 、柱的截面尺寸分别为 013 m ×015 m、015 m ×015 m。框架中的梁和柱用 beam 单元模拟 ,地 下部分与土体的接触面用 interface单元模拟 。建筑 物基础左下点为观测点 A ,建筑物基础右下点为观 测点 B ,如图 1所示 。
ZHAO Yan lin ( Schoo l of C ivil Enginee ring, H e ilongjiang In stitu te of Science and Techno logy, H a rb in 150027 , China)
A b stra ct: D irected at ove rcom ing d ifficu tties due to u sing the cu rren t comp u ta tional theo ry to rea lize a comp lete and co rrec t enp lana tion fo r the sed im en tation defo rm a tion of nea rby bu ild ing, crea2 ted by excavation of foundation p it, nam e ly, the re su lt of coup ling action of som e effec ts, the p ap er in troduces the app lication of large2scale engineering software FLAC 22D to analyze the sed im en tation defo rm ation of nearby bu ild ing created by excavation of foundation p it under the suppo rt fo rm of p ile2 ancho r, and ob ta in som e ru le s of sed im en tation defo rm a tion of nearby bu ild ing affected by ancho r lay2 er and excavation dep th: when the d istance be tween bu ild ing and founda tion p it is sm a ller than 115 H , the sed im en tation defo rm a tion of bu ild ing is affected by ancho r layer largely and decreases w ith the increase of ancho r layer, when the d istance be tween bu ild ing and foundation p it is mo re than 115 H , the sed im en tation defo rm a tion of bu ild ing is affected by ancho r laye r little; the sed im en tation de2 fo rm ation of bu ild ing inc rea ses w ith the increase of excavation dep th, when the excavation dep th is sm aller than the c ritical excava tion dep th, the va riety ratio of sed im en ta tion defo rm ation of bu ild ing is sm aller, when the excava tion dep th overrun s the c ritical excavation dep th, the sed im en tation defo rm 2 ation of bu ild ing inc rea ses ob se rvab ly.
降位移曲线如图 2、3 所示 。由图 2可知 ,锚杆层数 对建筑物 A 点的沉降量有很大的影响 ,建筑物的沉 降量随锚杆层数的增加而减小 。
一层锚杆时 ,A 点的沉降位移最大 ,为 4812 mm;二 层锚杆时 ,A 点的沉降位移为 3014 mm,约为一层锚杆 时的 6319%;三层锚杆时 A 点的沉降位移最小 (2114 mm) ,约为一层锚杆时的 4514%。同时 ,由数值模拟结 果可以清楚地看到 :第一步开挖结束时 , A 点发生微小 的沉降位移 ,这主要是由建筑物与基坑间的地面超载 引起的 ,随着开挖的进行 , A 点的沉降位移在逐渐减小 (这主要是因为建筑物离基坑较近 ,坑边土体在开挖过 程中的回弹以及坑底土体的隆起引起了土体的向上位 移 ,使得建筑物 A 点的沉降位移在开挖后受到一定的 抑制 ) ,直到开挖到第四步 , A 点的沉降位移才开始增 加 ,但在开始阶段位移的增加幅度不大 ,从第六步开挖 起 ,位移的增加幅度明显增大。
这里 ,把建筑物沉降位移增长率的转折点 (第 六步开挖 )所对应的开挖深度 ( 12 m )称为临界开挖 深度 He。当基坑开挖深度小于临界开挖深度时 ,建 筑物沉降位移的变化率比较小 ;当基坑开挖深度大 于临界开挖深度时 ,建筑物沉降位移显著增加 。在 实际工程中 ,要特别注意临界开挖深度 。当基坑开 挖深度超过临界开挖深度时 ,应采取多种有效措施 (比如及时喷混凝土面层 、减少土体的暴露时间 、增 加锚杆注浆压力等等 ) ,保证施工质量 ,以减小因基 坑开挖引起的周边建筑物的绝对沉降量 [ 3 ] 。
标高 长度 倾角 孔径 水平间距 预加轴力
/m /m / ( °) /mm
/m
/ kN
- 4 30 15 200
112
200
第二道 - 8 30 15 200
112
200
第三道 - 12 30 15 200
112
200
1. 2 数值模拟方案 为了便于比较 ,进而得到基坑开挖对周边建筑
物沉降变形影响的一般规律 ,选择的数值模拟方案 具体如下 :