沈阳市明成嘉园建筑物沉降监测与有限元分析

摘要：本文以沈阳市明成嘉园建筑物为研究对象，通过现场监测、沉降预测和数值模拟的技术手段，参考监测资料，用多种预测方法对桩基础变形值进行预测，以大型非线性有限元软件ANSYS为研究工具，建在工程模拟中的可行性;实测结果和ANSYS模结果进行比较，得出了一些单桩和群桩的基本立有限元模型，采用符合实际的土体模量，建立计算模型，得出模拟值与实际监测变形值相差不大，验证了ANSYS软件在模拟桩基沉降方面的可行性。

关键词：桩基础;沉降监测;沉降预测;ANSYS软件

本文以沈阳市名城嘉园建筑工程为主要研究对象，在主持该工程的勘察、设计、施工和监测四个阶段后，总结经验，整理数据，采用预测理论对沉降进行预测，采用有限元方法对不同的参数对建筑物桩基进行模拟，分析得出不同参数对建筑物桩基的影响，得出结论如下：

1、本工程形成勘察、设计、施工和监测于一体，有利于桩基参数的选取及设计方案的优化，施工中采用“动态式设计、信息化施工”是科学可靠的。

2、 在系统学习沉降预测理论的基础上，对实测沉降数据进行了最终沉降值的推算，通过沉降观测可以取得第一手资料，积累实践性经验;通过沉降预测，判断出建筑物在下一时段的沉降发展趋势，对可能的危害防患于未然。当建筑物发生不正常沉降及时分析原因并采取措施保证建筑物的安全，防止事故发生。通过重复或持续观测，并进行前瞻性预测，及时发现异常变化，并讨论了各种预测方法的优缺点及对桩基工程的适用性。

3、本文通过对沈阳市明成嘉园6#、7#、8#、9#进行系统的沉降观测，获得了珍贵的实测数据。并结合实测数据，对工程上常用的最终沉降预测方法进行了研究。对比实测结果得出，应用双曲线法进行最终沉降预测所得的预测值较应用对数曲线法进行预测所得的结果更大。着重选取对数曲线法、双曲线法、以及基于双曲线型经验公式的回归分析法三种最终沉降量预测方法对桩基建筑的最终沉降量进行了推算。尽可能的应用了实测沉降数据，故应用该方法计算得出的最终沉降量推算值与实测最终沉降量较其他两种方法更为接近，基于双曲线理论的回归分析法，由于其消除了应用经验公式选点计算时可能造成的人为误差，应用该方法进行最终沉降量的推算可以达到良好的效果。

4、并通过对6#桩的的沉降模拟，计算得到的沉降值与实测沉降值吻合的很好，说明本文的几何模型的建立和本构模型的选择是合理的，同时说明借助有限元分析建筑物沉降规律是行之有效的。实际设计中可以根据勘察报告参数作为基本资料，辅以必要的参数实验，以规范的沉降、变形、倾斜允许值来校核模型的正确性，这样可以桩基结构的优化设计起到很好的帮助。

5、利用ANSYS软件对该建筑桩的沉降特性进行比较计算和深入分析，以探讨多个影响因素下单桩桩沉降的變化规律：

（1）对单桩和群桩中的3类桩型进行分析，在不同荷载的条件下，各类桩型的受力特性和沉降性状用图表形式列出，在群桩沉降中以1类桩的沉降形式为主，群桩中的桩受到群桩效应影响，其刚度和承载力都有所下降。

（2）当桩径及其他参数不变时，桩长增加，即长径比增加，桩基础沉降减小，而当桩长达到某值时，这与上面桩长改变时长径比的影响相反。因此考虑长径比改变对桩的影响时，还要看具体是哪个参数在改变减少沉降的作用不明显了。设计中因为要考虑桩侧摩阻力的发挥情况，因此只要满足沉降要求，就不必增大桩长了。而当桩长及其他参数不变时，桩径减少，即长径比增大，群桩基础沉降反而增大。

（3）土的弹性模量是桩基础沉降的一个主要影响因素。说明土的变形能力影响桩土间的相对位移，对桩侧摩阻力的发挥产生一定影响，从而直接影响到桩基础的沉降。随弹性模量E的增加，桩的沉降随之减小，但是到一定限度以后，弹性模量E的继续增加对单桩的沉降影响不大，持力层土体的粘聚力c和内摩擦角必定增加，桩顶沉降随之减小。由此可得，要减小桩基础的沉降量，可以通过对地基土进行改良，比如反复夯实、对软土进行置换等方法。

（4）桩长L、桩径D和弹性模量E的增加反映了桩体刚度的增加，使得桩通过桩侧摩阻力和桩端阻力将上部结构荷载更多的传到持力层中去，从而减小了沉降。在这几个因素当中，土的弹性模量对桩顶沉降的影响要更大一些。

综上所述，用有限元方法分析桩工作性状问题，可以通过改变桩问题影响因素总结出一定的应力应变关系规律，对桩的设计和施工起到一定的参考和借鉴作用。

参考文献

[1]董建国，赵锡宏，高层建筑地基基础一共同作用理论与实践，同济大学出版社，1997.

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[3]袁聚云等.基础工程设计原理.上海：同济大学出版社，2001.

[4]陈国兴、樊良本等.基础工程学.北京：中国水利水电出版社.

[5]林天健、熊厚金、王利群.桩基础设计指南.北京：中国建筑工业出版社

作者简介：郝连学（1984.12.29— ）男，汉族，辽宁阜新人，辽宁省阜新市交通运输事务服务中心工程建设部副部长，职称：高级工程师，主要研究方向是道路与桥梁工程。