基于影响模型设计的基坑降水对邻近建筑影响研究*

沈 勇 方汉中 马玉刚 孙志强

(1 浙江潮远建设有限公司 杭州 311200)(2 杭州水电建筑集团有限公司 杭州 310000)(3 浙江南业建设有限公司 杭州 310015)(4 浙江同济科技职业学院 杭州 311200)(5 宁海县路康交通工程试验检测有限公司 浙江 宁波 315600)

在建筑工程的施工期,评价施工的好坏是从多方面决定的[1],而建筑物施工本身的施工质量也影响了城市的发展,见微知著,建筑工程的好坏能反映当地社会城市综合建设水平、基础设施设备以及城市发展速度。随着社会与科技协同发展,建筑工程的施工也发生了巨大的变化,技术水平提高,更加智能化、科技化。随着市场的不断发展,对施工建设的需求水平也不断提高,要求施工建筑物的性能要有更高的质量[2]。

1 研究降水时开挖深基坑对周围建筑物基础影响模型

1.1 计算土壤的湿密度

在实际工程应用中,将土体分为粗粒土和细粒土,在地下水的抽取降落过程中,对粗粒土壤来说,土体的重力水能够迅速的排出所剩的结合水几乎没有,因此,粗粒土的重度近似等于天然容重;反之,细颗粒土体在地下水的下降过程中,土中的重力水是不会完全被排空的,因此,土壤还保留着部分水体,这部分水称为结合水,因此它的含水重量和天然重量存在着一定的差异[3]。根据土壤中含水重量的概念,提出了湿密度p和土壤含水重量γ之间的关系[4]如下表示:

其中,g为重力加速度,9.81N/kg。

土壤进行排水的时间越长,给水度的数值就越大,但是在经历一段时间的变化之后,会达到一个稳定状态,给水度的数值会趋于一个稳定值,这个变化如图1所示。

图1 土壤给水度变化的规律图

总结以上三个定义参数,可以得到土壤湿密度p计算公式为:

其中,psat表示土壤在充满水的状态饱和密度,μ表示土体的给水度,pd表示烘干水分得到的干密度,ps表示土壤微观的颗粒密度,e表示土体的孔隙比,n表示土壤孔隙度。根据上面的公式带入相关的参数值,从而得到持土密度p。

1.2 分析土层应力变化规律

利用分层总和法计算地面沉降量是一种常见的方法。其关键点是要计算总的应力,然后在不同深度的水头作用下,计算出不同分层的土壤的变形数据,将不同的变形数量进行累加,最终得到的数值即为地面的沉降计算值。将每一层划分的土壤层的沉降进行计算,最后累加得到最终沉降量[6]。

将建筑周围的环境相关的土层分为四层,分别是土壤的潜水层、土地的承压层、土壤与地下水之间的隔水层以及土壤半承压的相关含水系统。对这四部分不同的土层进行相应的应力应变分析,判断其应力应变增量。最终得到土壤应力应变相关的变化增量S。以上计算过程用计算公式表示为如下:

其中,ai可以代表表示第i层土体的特征压缩系数,pi可以代表第i层土体因为降水引起的附加应力;hi可以代表为第i层土体的厚度;ei表示为第i层土体的最开始状态的孔隙比。

1.3 研究影响土体的应力变化规律因子

上述公式已经计算了不同土层的应力应变增量,为了对开挖深基坑在降水的情况下,引起的地面沉降的变化进行研究,笔者引用FLAC 方法进行相关计算。根据已有相关工程经验,进行参数修正,最终得到了模拟降水情况下,开挖深基坑建筑在降水时候的情况,变化曲线如图2所示。

图2 开挖比较深的基础后,降水影响示意图

采用FLAC方法对开挖深基坑进行降水引起的地面沉降计算,地面沉降深度b的计算公式如下:

其中,b1可以代表被压缩的土体层的最开始土层厚度,S为上述计算出的土壤的应力增加值,γ为测定的土壤的持水重量,Ss为土体压缩层的含水系数比值。根据以上公式对开挖深基坑由于降水引起的地面塌陷变化程度进行相关计算,以开挖深基坑为研究对象,观察降水期间周围环境的变化。

2 深基坑影响因子模型的实践应用

研究深基坑在降水过程中对周边建筑地基的沉降影响,对环境保护具有重要、特殊且深远的意义。

首先,建立模型,将深基坑的几个决定性影响因素引入模型当中,通过模型计算降水对深基坑的建筑物的地面沉降的影响,能够直观的通过数据反馈,建立生态环境与人类活动之间的关系。

其次,利用构建的影响模型,能够帮助大家更全面的认识到影响生态环境恶化的影响因素,采用参数化分析解决问题,提出方案。利用这个模型,能够直观地反映出影响深基坑的影响因素,分清影响因素的主次关系,并且通过对一层建筑的相关数据进行采集,进一步为防止水土流失进行土壤加固提供可行的解决方法。

最后,人们可以利用本文建立的影响研究模型有针对性的解决深基坑生态环境问题。一方面,该模型能够通过具体分析引起人们对深基坑降水对周围环境建筑物的沉降影响的重视,在未发生前进行提前预防,从根本上反患于未然,降低灾害发生的影响因素;另一方面,在通过利用影响研究,模型分析得出的结论基础上,提出更加科学的有针对性的环境治理方案,从而使开挖深基坑的生态环境影响问题的解决速度更加快,效果更加明显。

3 实验结果分析

为了验证本文建立的深基坑的降水对周边建筑的土壤环境影响因子研究模型的有效性,本文利用对比实验,选用已有工程深基坑开挖、降水引起的沉降模型,对其影响的相关因子进行设置,研究其在降水条件下的变化。

3.1 前期准备工作

笔者采用了控制变量法,对实验的变量因子进行控制,研究深基坑降水对周围建筑环境影响的研究模型的可靠性。除了两个模型不同以外,确保其他的影响相关因素保持一致,从而保证实验结果的客观、准确性。在进行实验前,实验对象保证一致,实验环境进行相关参数对照设置。对实验对象、实验环境的相关影响因素的数值设置用表2展示。

表2 实验研究对象以及实验环境设置参数(单位:m)

3.2 两种模型下的实验结果

一组是本文的实验组,采用建立的深基坑降水对周围建筑环境影响研究模型进行研究。另一组是对照组,采用传统研究模型,对实验对象进行研究。在其他相同条件情况下,设置不同的降水强度,观察周围建筑的基础高程发生的变化。记录研究采用不同模型使用的时间,并与已有相关工程经验的实际数据进行比较,然后分析两种模型准确性的高低,得出计算结果的研究速率哪个更好,通过绘制模型曲线进行展示,研究两种模型的影响因素数值结果如图3所示。

图3 影响研究效率对比图

通过图3可以看出,本文所建立的深基坑降水对周围环境建筑影响研究模型,对比传统相关影响,研究模型的优点更加明显。实验进行了30 h,随着时间的增加,降水有很大的调整,但是整个建立的新的研究模型中受降水影响的变化不大,曲线波动不明显。从图中可以看出,该模型得出的结论是比较稳定的,在不同的环境中,利用该模型得到的数值结果始终保持在95%左右,具有稳定性。对比作为对照组的传统建筑工程领域研究方法,传统的模型受环境影响因素较大,得到的结果极不稳定,数值结果保持在20%～65%。因此,通过两个模型的对比,本文新建立的模型具有更好的实践效果,能够适应不同的环境,而且能够较快的得出实验数据。

4 结语

深基坑的降水对周围建筑的地基基础沉降具有重大的影响,因此研究深基坑降水对周围建筑环境具有重要的意义。

深基坑降水导致的环境破坏可能影响社会的经济效益,甚至可能威胁人类的生存安全。因此,在开挖深基坑时,需要加强降水时间与降水量的观测,及时采取相应的支护措施,保证施工人员安全。笔者建立了深基坑降水对周围建筑环境影响研究的相关模型,并且对该模型进行了实验验证。通过实验验证对比,可以知道该模型能够适应多种条件下的工作需要,并且对研究分析效率有了明显的提高。