天津?yàn)I海新區(qū)高層建筑荷載作用下地面沉降研究.pdf

1、地面沉降是在自然和人為因素作用下,地面標(biāo)高降低的一種環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象,是一種不可補(bǔ)償?shù)挠谰眯原h(huán)境和資源損失。二十世紀(jì)中期,由于工業(yè)化的需要,開始大量開采地下水資源,導(dǎo)致了地下水位持續(xù)大幅度下降,產(chǎn)生地面沉降現(xiàn)象,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,迫使人們對(duì)地面沉降開始進(jìn)行分析和研究。而目前隨著全球變暖,海平面上升,使得全球沿海城市的安全受到威脅,人們對(duì)于地面沉降的研究和重視提升到了一個(gè)新的高度。
　　 上海浦東新區(qū)隨著各種高層建筑不斷建造,已經(jīng)

2、得到控制的地面沉降變得迅速發(fā)展。天津?yàn)I海新區(qū)內(nèi)規(guī)劃和建筑的高層建筑密集、數(shù)量多,與浦東新區(qū)相比有過之而無不及；同時(shí)分布有厚層海積軟土為兩者同樣具有的工程地質(zhì)特征,因此,高層建筑荷載引發(fā)的地面沉降會(huì)隨著建設(shè)的推進(jìn)逐步顯現(xiàn)。高層建筑荷載作用下的地面沉降也是城市地面沉降災(zāi)害研究的新方向、新問題。而針對(duì)濱海新區(qū)高層建筑荷載作用下的地面沉降研究,以指導(dǎo)濱海新區(qū)的規(guī)劃和建設(shè),有益于天津?yàn)I海新區(qū)科學(xué)、快速、可持續(xù)發(fā)展。
　　 本文圍繞著濱海新

3、區(qū)這一新的地面沉降影響因素,主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行研究工作:
　　 (1)收集天津?yàn)I海新區(qū)沉降資料,對(duì)近年來塘沽、漢沽、大港的地面沉降情況進(jìn)行了詳盡的分析、總結(jié),研究表明,天津?yàn)I海新區(qū)地面沉降的防控形勢(shì)依然嚴(yán)峻。
　　 (2)制作天津?yàn)I海新區(qū)離心試驗(yàn)地層模型,進(jìn)行了單體高層建筑施工過程中及相鄰高層建筑工后長期作用的地面沉降試驗(yàn)研究。
　　 (3)結(jié)合離心機(jī)實(shí)驗(yàn)成果,利用相關(guān)計(jì)算理論及有限元軟件就離心機(jī)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行

4、分析及補(bǔ)充。
　　 研究取得創(chuàng)新性成果有:
　　 (1)離心機(jī)模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),研究區(qū)建筑加載期間,地表會(huì)發(fā)生局部隆起現(xiàn)象。
　　 在離心機(jī)模型試驗(yàn)中,100g離心加速度條件下,通過液壓裝置施加建筑荷載段實(shí)測沉降曲線與原有沉降趨勢(shì)預(yù)測曲線相比,發(fā)現(xiàn)在高層建筑施工過程中,地面局部地區(qū)發(fā)生隆起的現(xiàn)象,對(duì)應(yīng)原型建筑設(shè)計(jì)荷載,原型地面最大隆起量達(dá)到68.9mm。借鑒預(yù)制樁軟土地區(qū)擠土效應(yīng)理論及利用有限元軟件對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了分析

5、,分析得到隆起區(qū)域隨建筑物施工發(fā)展而變化,研究模型中與建筑物中心距離2.0～5.0倍建筑物寬度范圍內(nèi)局部地面發(fā)生隆起,隆起部位分布受周圍建筑物邊界影響。
　　 (2)揭示了建筑荷載作用下,地面沉降在平面上的分布特點(diǎn)及剖面上的分布規(guī)律。
　　 由于高層建筑施工期間,地表局部發(fā)生隆起、地基土在高層建筑荷載引起的附加應(yīng)力作用下使得距離建筑物較近部位土體沉降量大,較遠(yuǎn)處沉降量逐漸衰減的特點(diǎn)、海積軟土自重固結(jié)產(chǎn)生沉降,而樁基-軟土

6、相互作用,樁基約束距離建筑物較近軟土的沉降,三種因素作用下使得濱海新區(qū)高層建筑作用下的地面沉降平面分布規(guī)律復(fù)雜,地面沉降平面分布復(fù)雜性具有時(shí)間效應(yīng)。
　　 剖面上研究高層建筑施工過程中,海積軟土中分布的沉降量占據(jù)總地面沉降量的70％～77.8％。
　　 (3)揭示了高層建筑物作用下孔隙水壓力變化規(guī)律。
　　 濱海新區(qū)高層建筑荷載在海積軟土中引發(fā)超孔隙水壓力平面分布大于建筑物周圍2倍建筑物寬度的范圍。
　　

7、 實(shí)測建筑荷載引起的超孔隙水壓力沿深度增大而增大,距離建筑物較近處,深部超孔隙水壓力與淺部超孔隙水壓力的比值小于距離建筑物較遠(yuǎn)處。
　　 影響范圍內(nèi),超孔隙水壓力具有隨建筑物距離增大而減小的分布規(guī)律,土體中淺層超孔隙水壓力隨著與建筑物的距離增加衰減快。
　　 在高層建筑周圍,由于已有建筑荷載在土體中產(chǎn)生附加應(yīng)力隨建筑物距離增大而衰減,其長時(shí)間作用導(dǎo)致土體工程性質(zhì)具有差異性,距離已有建筑物較近的土體工程性質(zhì)好,因此試驗(yàn)中相