《非线性理论在纠倾工程中的应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非线性理论在纠倾工程中的应用研究（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、特种工程新技术基础加固桩替代地梁承载。其次，对位于住院楼北侧的办公楼，采用微型钢管桩进行隔离，避免由于住院楼的纠偏施工引起办公楼的人为倾斜。最后再施打应力解除孔，并采取如射水、加压等辅助手段促使地基土的淤出。采用监测数据指导施工的进行，使住院楼按人为沉降速度回倾到正常状态。对纠偏扶正后的建筑物基础，在地基强度较差一侧，选用钻孔灌注桩，上加与原基础连结一体的承台进行加固，最终取得了较好的纠偏效果。纠偏施工布置情况如图331所示。整栋建筑经纠偏，由原来1434e的倾斜率扶正到小于4，达到了安全使用的目的。334结束语薤口加固桩及承台连续粱分离处t-XAA隔离桩施工处ooo应力解除孔施工处巴建筑物范
2、围图331纠偏施工位置示意图工程实践表明，建筑纠偏技术的选用，应结合工程所在地的土层情况及建筑物的结构特点选取；同是迫降法，其施工工艺措施，也应根据土层和基础形式的不同而异。只要方法得当，均可取得较好的纠偏加固效果。341引言王士恩1吴木林2(1广东省水利水电科学研究院；2新兴县第七建筑工程公司)34非线性理论在纠倾工程中的应用研究目前，建(构)筑物的设计计算以刚体力学和线性小变形力学为基础，地基和结构通常只考虑弹性变形和一小部分塑性变形。比如，确定地基承载力时，主要考虑地基的弹性变形，将塑性区严格限制在一个较小的范围内。地基沉降设计计算，多采用分层总和法和规范法。前者将地基视为均质连续、半无
3、限空间各向同性线性弹性体，按弹性理论计算土中附加应力。后者也是按弹性理论计算土中附加应力，采用一维压缩试验确定土的压缩模量，并采用经验系数加以修正。我国规范规定在风荷载和地震(小震)作用下，建筑结构处于弹性状态，其内力及位移分析计算采用弹性方法。除少数情况下，构件的刚度一般采用弹性刚度。但是，倾斜建(构)筑物在纠倾过程中，地基土普遍进入塑性大变形阶段，部分结构也出现塑性变形。迫降法纠倾时，当地基土比较均匀、荷载很小时，地基土的应力应变呈线性关系。但对分层地基或荷载较大的建筑物地基(大部分纠倾工程属于此类)，应力与应变不遵守直线关系。在回倾速度较快、或回倾过程中遇到较大的荷载(如地震、热带风暴)
4、等一些情况下，建(构)筑物一些结构构件也进入弹塑性状态，多表现为梁、板、柱、墙体开裂或产生较大变形等，应力与应变114第3章纠倾工程也不再遵守线性关系。大量的纠倾实践证实，建(构)筑物在纠倾工程的整个力学过程中，不服从力的叠加原理，力学平衡关系与各种荷载(包括原有的各种永久荷载和可变荷载，以及纠倾施工中所施加的各种荷载)特性、加载过程密切相关。纠倾作用力的施加顺序不同，结果有着较大的差别，同时对边界条件和初始条件也比较敏感。这些特点说明建(构)筑物纠倾所表现出的力学效应是非线性的，遵循非线性力学规律。因此，建(构)筑物纠倾设计不能简单地利用参数设计来代替，应建立在非线性力学理论的基础之上，采用
5、非线性力学的设计理论和方法。342工程概况3421建筑物概况该住宅楼位于海口市海甸岛，7层框架结构，建筑高度230m，建筑面积770m2，采用钢筋混凝土灌注桩基础，桩径600ram，桩长40m，桩尖标高为一56m，基础梁断面尺寸为600mm700mm，基础梁标高为一160m。该住宅楼的基础平面图和27层平面图分别如图341和图342所示，图343为该住宅楼纠倾前的倾斜状况。该住宅楼于1994年竣工并投入使用，但在施工过程中便发生倾斜，以后倾斜继续发展。1996年5月的测量结果表明，住宅楼向北倾斜237nan，向西倾斜495mm，倾斜合成矢量为549nan，方向为NWWl940，单面最大倾斜率为
6、215。该建筑物的倾斜量为房屋增层和纠倾技术规范中纠倾合格标准40的5倍多，同时也严重超出了我国危险房屋鉴定标准中规定的1的标准(23mX1=230mm)。该建筑物属于严重危险建筑物，如不立刻进行纠倾扶正，则不能继续居住和使用，应予以报废。、一8一-Io卧室客厅oJ8寸葛81I高l。厂誊o嘴滞iIn导罱120034004200。t20“)1舌76100。、尚一、图3422。7层平面图N图341基础平面图图343住宅楼倾斜状况115特种工程新技术3422工程地质该工程没有进行地质勘察工作，整个场地是围海造地形成的。从后来加固开挖的情况看，土层从上到下分布为：杂填土、淤泥(Lk=40kPa，c=o
7、08kgcm2，d=45。)、中细砂(厚度约05m，砂层从东南方向到西北方向的标高由一35m降低至一50m)、亚黏土(A=130kPa，c=01kgcm2，艿=150)。该场地的地下水位标高为一10m。343事故分析造成该建筑物严重倾斜的主要原因有以下几个方面。3431基础桩的单桩承载力严重不足由于有效范围内的地基土大部分为杂填土和淤泥土，仅有一薄砂层，基础桩的单桩承载力较小，其极限承载力仅为200kN，而建筑物作用于每根桩的竖向力却为240kN，超出承载力，不符合规范要求。所以，基础桩在上部较大荷载的作用下，必然产生较大的沉降。3432荷载严重偏心住宅楼从2层到7层均向北悬挑15m，向西悬挑
8、10m，并且在7层的楼梯间正上方建造一水箱问，蓄水10t。由此而来，形成向北3760kNm的倾覆力矩和向西4100kNm的倾覆力矩，使建筑物向西北方向产生倾斜。3433基础桩平面布置失误该建筑物东侧轴线上的基础桩打完之后，邻居认定桩位超出建筑红线，侵占了他人地盘。不得已，业主只好紧邻东侧基础桩的西侧一边又打了一排基础桩，轴线基础梁则置于两排桩的中间。这样，客观上就形成了东侧基础为双排桩，而其余基础均为单排桩，轴线上基础桩的单桩受力仅为设计荷载的一半，其沉降量也较其他基础桩大为减少。3434地基土分布不均该地基中承载力较大的砂层起伏较大，使得基础桩承载力由东南向西北方向递减，沉降量递增。3435
9、负摩擦力影响由于持力层部分的地基土大部分属于新近回填土，这些欠固结土的沉降对基础桩产生向下的负摩擦力，形成下拉荷载，进一步削弱了桩基的承载力。344非线性纠倾设计3441非线性纠倾原则建筑物非线性纠倾设计应遵循的原则是“对症下药”原则、过程原则和优化原则。(1)“对症下药”原则建筑物纠倾设计时，首先应查明建筑物倾斜的原因，然后，通过“对症下药”的纠倾措施，达到“改斜归正”的纠倾目的。(2)过程原则建筑物纠倾是一个复杂的过程，不能一蹴而就，必须依靠一系列“对症下药”的措施逐步来实现。(3)优化原则建筑物的优化纠倾包括纠倾方案比选、纠倾过程优化和纠倾参数优化等，并应满足三个条件，即缓慢启动、均匀回
10、倾、平稳锁定。3442非线性纠倾设计程序建筑物纠倾设计比较复杂，不能按照刚体力学或小变形力学理论，只进行参数设计；应充分考虑各种因素，按照非线性理论，采取工程对象分析、力学对策设计、过程优化设计和最优参数设116第3章纠倾：程计等设计程序。(1)工程对象分析首先要面向工程对象，对倾斜原因(包括规划、勘察、设计、旌工、管理、使用和自然灾害等)进行全面、深刻分析，准确地找到其症结所在，并分清主次矛盾。如果没有找到建筑物倾斜的真正原因，或者是倾斜原因分析得不够全面，很可能导致纠倾工程的失败，甚至弄巧成拙。(2)力学对策设计根据建筑物的倾斜原因，分析作用在建筑物上的各种荷载特征，综合考虑纠倾建筑物现状
11、、工程性质、结构类型、基础形式、整体刚度、荷载特性、工程地质、水文条件、环境情况等因素，然后进行力学对策设计。建筑物非线性纠倾工程设计时，要对各种纠倾方法的适用范围、工作原理、作用特性、施工程序等了如指掌，同时应根据实际情况灵活运用。如果纠倾措施不力，可能导致倾斜建筑物纠而不动，甚至越纠越偏。相反，如果因地制宜地采用恰当纠倾对策，会收到事半功倍的效果。纠倾扶正方案应从安全可靠、经济合理、施工方便等方面进行认真比选，挑选出最佳方案。本纠倾工程的住宅楼为短桩基础，周围建筑物较密集，纠倾方法采用综合纠倾法，。其中包括桩身卸载法、基础梁卸载法和加压法等。(3)过程优化设计对各种纠倾方法的施加方式和施加
12、过程进行研究，尤其是要认真分析同时采用综合纠倾法和逐一采用单种纠倾法的力学效果，并分析各种纠倾方法的施加顺序。实践证明，相同的力学对策，不同的过程，其纠倾效果相差很大。(4)最优参数设计在力学对策设计和过程优化设计的基础上，对最佳纠倾过程再进行最优参数设计。需要指出的是，同一种纠倾方法，在不同的工程地质、水文条件和环境情况下，参数设计可能相差较大。3443非线性纠倾设计计算(1)设计最终沉降量、倾斜量(包括水平变位值、倾斜角等)和倾斜方向。(2)计算倾斜建筑物基础形心位置和偏心距，其中偏心距按下式计算。M。=(以+Gk)e+MHk式中M。倾斜建筑物基础底面偏心距；Fk相应于荷载效应标准组合时，
13、建筑物上部结构传至基础顶面的竖向力值；e倾斜建筑物偏心距；MHk相应于荷载效应标准组合时，水平荷载作用于基础底面的力矩值。(3)计算基础底面压应力凡+Gkpk。i几十GkMppkk。ra“in2i1-一W；式中Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面平均压应力值；P。一相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘最大压应力值；Pk。i。相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘最小压应力值；A基础底面面积；肜基础底面抵抗矩；Gk基础自重和基础上的土重。“7特种工程新技术(4)确定回倾方向。回倾方向取住宅水平变位合成矢量的反方向。(5)确定纠倾时建筑物基础转动轴。根据偏心荷载作用基底压力计算图，建筑物纠倾转
14、动轴位置取距沉降大的一侧基础长度的1314，并应根据纠倾进展情况适时调整。(6)根据基底压力图设计迫降位置和数量(采用顶升法时，确定顶升位置和机具数量)。345非线性纠倾施工按照非线性纠倾原则，纠倾施工过程分为迅速止倾、缓慢启动、均匀回倾、平稳锁定等四部分。3451准备工作与止倾并举6月20日，首先开挖地面进行承台梁卸载，并为桩体卸载创造条件。承台梁卸载从两方面进行，一方面首先卸去压在住宅楼轴线和轴线承台梁上的回填砂，同时将这些回填砂搬运到室外，压在轴线和轴线附近。另一方面，在轴线和轴线的承台梁下隔段掏土，破坏承台下土体阻力。承台梁卸载和压重的顺序、数量等应进行过程优化，使倾斜建筑物迅速止倾，
15、并缓慢地进行回倾。承台梁卸载后该建筑物向东回倾了5mm，向南回倾了2mm。3452缓慢启动，均匀回倾根据建筑物平面刚度和各方向的倾斜情况，进行过程优化设计和参数优化设计，确定倾斜建筑物的回倾程序，从而再确定卸载桩的数量、卸载桩的位置、单桩卸载量等。7月1日建筑物纠倾正式开始，利用钢管射水对轴线和轴线的基础桩，以及建筑物内部各轴线上基础桩分阶段进行“桩身卸载”，破坏土体对桩身的部分摩擦力以及桩尖部分端阻力，降低基桩的承载力，使其按照纠倾设计方案产生沉降。，桩体卸载与建筑物回倾的关系如表341所示。表341桩体卸载与建筑物回倾关系射水次数(第n次)射水深度(m)向南回倾量(叫r次)向东回倾量(nH
16、n次)535O263503735O2835029412104045114135124031345161445l6154517164516注：表中仅列举了具有代表性的部分数据。118第3章纠倾工程采用桩基卸载法纠倾，摩擦端承桩基础的建筑物的回倾规律可总结为：桩侧摩阻力减少50时，建筑物开始回倾，其速度为13mm次；桩侧摩阻力减少70时，建筑物回倾速度为24mm次；桩侧摩阻力减少90时，建筑物回倾速度为47mm次。每个回合的“桩身卸载”，当完成预定12工作量时，建筑物开始回倾；当完成预定全部工作量时，建筑物回倾量达到本次总回倾量的12；在其后的45h以内，建筑物再回倾12，以后的时间里建筑物基本不动。3453建筑物平稳锁
