http://www.jzsbs.com/html/26570502.htm住宅楼倾倒的三维数值分析
□尹骥 徐枫
编者按：
莲花河畔景苑事故发生后，上海岩土工程勘察设计研究院有限公司的技术人员就事故原因进行计算机三维数值分析，为事故的原因提供了可能的理论依据。以下为编者改写的“科普版”，为广大探求事故深度原因的读者提供参考。为了让大部分的读者看明白，文章省略大量的取值及分析过程以及图形，仅余平白的事实和结论，如有更高的要求请直接与专家探讨，欢迎大家提出见解共同研究。
倾倒的13层住宅楼为剪力墙结构体系，位于基地北侧，北临河道。基础采用PHC 管桩+条形地基梁。工程桩总数为114根，桩型为PHC AB型高强预应力混凝土管桩，采用《先张法预应力混凝土管桩》上海图集。桩端持力层均为第7-1-2 层粉砂层，单桩承载力设计值为1300kN。工程桩具体参数：桩长33米，管径400毫米，壁厚80毫米，混凝土强度等级为C80。
据了解，建筑物北侧堆土分两次完成。第一次堆土坡顶高度约3～4米左右，距离建筑物约20米，距离防汛墙约10米；第二次堆土坡顶高度约10米左右，一侧基本上紧挨着建筑物，另一侧与第一次堆土相接。
建筑物的南侧正在开挖地下车库基坑，基坑开挖深度从地表计算约为4.6米左右，围护边距离建筑物2～4米左右。基坑采用复合土钉支护形式，土钉长度长度约6～9米，均打入建筑物基础以下。(堆土实况照片及堆土平面范围如图1所示)
我们采用岩土工程数值分析软件zsoil.pc v2009进行建模分析。模型（图2）中考虑了在建住宅楼一侧两次堆土以及另一侧的基坑开挖，并采用HSS模型模拟土的应力应变强度特性。堆土引起的附加水平推力估算值约为3000吨。
以下为分析结果。
第二次堆土完成后，建筑物的水平位移约为12厘米，沉降值约为2.0厘米。总体来说建筑物的位移以平移为主，由于地下车库基坑尚有1/4左右未开挖，因此建筑物近开挖至坑底处(西南侧)位移较大，近未开挖处位移较小，差异值约为6厘米，建筑物在地表平面内有“扭转”的趋势。
桩基变形后的形状如图3所示。在上部条形基础梁及剪力墙结构的约束作用下，桩顶随着上部结构的平移而平移。下部2/3桩桩体基本没有侧向移动。就桩基的位移的数值来看，上部位移较大，最大值约为11.5厘米；沿着桩身侧向位移逐渐减小，在对应于软土、硬土交界面附近的位置，桩基的侧向位移已经衰减为2厘米左右。可见下卧的好土层对桩基的中下部有较好的嵌固作用。
桩基的弯矩如图4(左)所示，堆土侧最大弯矩约为131kN.m(中部)，基坑侧最大弯矩约为140kN.m(西南角)，基坑侧桩基的最大弯矩略大于堆土侧。在软土、硬土交界面附近，堆土侧和基坑侧桩基均存在较大的弯矩，堆土侧桩基弯矩与桩顶弯矩同方向，而基坑侧桩基弯矩与桩顶弯矩反方向。
桩基轴力如图4(右)所示，堆土侧对应最大桩顶弯矩的桩，其桩顶轴力为960kN左右；而基坑侧对应最大桩顶弯矩的桩，其桩顶轴力为1200kN左右。
桩基剪力如图5所示，堆土侧桩基最大剪力约为177kN；基坑侧桩基最大剪力约为162kN。桩基的最大剪力均发生在桩头锚入基础处，且堆土侧与基坑侧桩顶剪力方向相反。
由计算结果可得，堆土侧中部的桩基以及基坑侧西南处的角桩具有较大的内力组合。堆土侧弯矩较大桩基的内力组合为：轴力960kN，弯矩131kN.m，剪力165kN；基坑侧弯矩较大的角桩的内力组合约为：轴力1200kN，弯矩140kN.m，剪力118kN。根据《先张法预应力混凝土管桩》提供的不同轴力条件下的极限弯矩值，上述桩基均接近于压弯构件的承载能力极限状态。因此，较小的荷载增量即可能导致桩基破坏。
图6为堆土侧中部的桩基以及基坑侧西南处的角桩的在堆载完毕时刻的弯矩分布图。堆土侧的弯矩分布形式类似于两端固定，中间施加均布(梯形)荷载的梁的情况；基坑侧的弯矩分布，类似于两端固定的梁，其两约束之间产生相对平移的情况。虽然两者的弯矩最大值绝对值相差不多，但是弯矩的分布形式相差较大。因此，弯矩分布形式可能影响了桩基的破坏顺序。
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