黏弹性地基中基坑开挖对邻近桩基变形影响的时域解

目前就软土基坑开挖卸荷对邻近桩基变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,很少考虑时间效应对桩-土相互作用的影响,但实际工程中软土在开挖情况下具有较为明显的流变效应。从地基黏弹性角度出发,采用两阶段法研究了黏弹性地基中基坑开挖与邻近桩基相互作用的时域问题。第1阶段基于Boltzmann黏弹性模型推导出Mindlin时域解,用于分析黏弹性地基中基坑开挖引起的邻近桩基处的土体附加应力;第2阶段采用Pasternak地基模型分析桩基与黏弹性土体之间的相互作用,并求得考虑流变效应的桩基水平变形的简化时域解。最后,采用大型有限差分软件对相关工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与简化时域解进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,也针对Boltzmann黏弹性模型参数(体积模量、剪切模量、黏性系数)、桩径、基坑开挖深度、桩与基坑间距和基坑开挖尺寸进行了影响因素分析。分析结果表明,所得出的简化时域解能较好地反映基坑开挖对邻近桩基水平变形的影响,以及桩基变形随时间的发展趋势,可为相关实际工程提供一定理论依据。     

某软土深基坑支护桩入土深度分析

软土深基坑支护,一般采用桩锚或桩撑支护结构,支护桩的入土深度直接影响支护结构稳定和支护工程造价,合理确定支护桩的入土深度是软土地区深基坑支护设计的一项重要内容。结合某软土区基坑工程实例,按国家基坑规范和上海基坑规范分别对支护桩多种入土深度进行相关计算和分析比较,并考虑工程桩对支护桩入土深度的有利影响,力求支护桩的入土深度安全、合理、经济。按上海基坑规范计算,软土深基坑支护桩的入土深度可以明显缩短,适当考虑坑内工程桩的有利影响,支护桩的入土深度可以进一步优化,为类似基坑支护设计提供参考。     

开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析

基坑开挖对坑内工程桩的影响不可忽视。基于工程试桩实测资料验证的有限元参数,对地面加套管试桩及基坑开挖条件下不同长度单桩进行有限元计算,研究了深厚软土地区在以常规试桩法得到的单桩极限承载力设计的桩基础的承载及变形性状。计算结果表明,基坑开挖条件下坑底工程桩侧阻和端阻异步发挥的现象明显。设计工作荷载下,长度超过40 m的桩的端阻比几乎为0。同时,桩身侧阻呈“R”形分布,长度大于80 m的单桩桩身下部甚至还存在一定的拉力,桩身下部存在较大范围的负摩阻区。考虑开挖条件下侧阻分布特点的沉降计算值要较Geddes假设分布模式下的沉降值更接近于实测结果。     

软土地区基坑开挖引起桩基质量问题的判定与处理

软土地区在基坑开挖时常常引起桩基破坏等工程问题,特别是在沿海、沿江等软土地区发生较多。以江苏一个沿江电厂为工程实例,通过对桩基位移和桩身裂缝的数据统计分析,揭示了基坑开挖时桩基发生移位、倾斜甚至断桩的真实原因。通过桩基取心试验、超声波试验和开挖验证找到了产生桩身缺陷的原因。此外还结合工程实例,提出了桩基出现质量问题时,可采取补强注浆的方法进行补救和处理,实践证明提出的处理方法效果良好。     

软土狭长深基坑抗隆起破坏模式试验研究

针对软土地区基坑底土层为饱和软黏土的情况,设计了狭长深基坑的抗隆起离心模型试验,分析不同开挖深度和水位条件下的基坑围护墙弯矩、土压力分布、水平位移以及基坑隆起稳定破坏机制。基于离心模型试验的基本参数和工况,建立了有限元数值模型,分析试验工况基坑的抗隆起稳定性与破坏状态,并进行对比验证。试验结果表明：随着开挖深度和坑外水位的增加,坑底软土层产生向上的隆起变形,当隆起变形较大时,围护墙由于坑内土体侧向约束的减弱,底部产生较大的向坑内的水平位移,同时导致支撑轴力增大,基坑最终表现出围护墙绕某道支撑点向坑内的转动踢脚破坏。数值计算结果表明：随着坑外水位的升高,基坑抗隆起稳定性安全系数逐渐减小,当发生抗隆起稳定破坏时,基坑底产生较大的隆起位移,破坏机制与离心模型试验结果相同。     

深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制,以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景,按1:50的相似比设计了室内离心模型试验,从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降和土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面,分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响,并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明:对上部为淤泥质土,下伏较好土层的地基,当淤泥质土的抗剪强度相对较高时,开挖时基桩受力较大,容易出现断桩事故;开挖过程中基桩应变出现两处极值,深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近;由于基桩的存在,靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳,而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈;基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后的48h内,之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合,为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴依据。     

深厚淤泥质土中基坑开挖对基桩影响的离心模型试验研究

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制,以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景,按1:50的相似比设计了室内离心模型试验,从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降、土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面,分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响,并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明:对上部为淤泥质土,下伏较好土层的地基,当淤泥质土的抗剪强度相对较高时,开挖时基桩受力较大,容易出现断桩事故;开挖过程中基桩应变出现两处极值,深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近;由于基桩的存在,靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳,而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈;基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后48h内,之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合,为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴的依据。     

软土地区地下连续墙深大基坑的变形性状研究

结合前人对上海地区地下连续墙基坑实测分析的成果,以上海软土地区两个典型类似的深大基坑为工程背景,通过现场实测数据的分析,研究基坑采用顺作法两墙合一地下连续墙基坑的变形性状以及对坑外建筑的影响,尤其是基坑浅层软土层厚度和开挖面积因素。研究结果表明,(1)基坑施工过程中围护墙侧向变形均呈"鼓肚子"抛物线形状。基坑变形主要产生在基坑开挖阶段,换撑产生的二次变形仅为开挖阶段的10%左右。挖深范围内的软土层厚度对地墙侧移影响较大;(2)软土地层的厚度不仅影响坑外地表沉降最大值与位置,而且对沉降发展速率及稳定时间均有较大影响,但基本不改变沉降凹槽型的分布形态;(3)基坑开挖过程中基坑围护墙顶与坑内立柱均处于向上隆起状态,隆起量以"碟状"的形态从坑边至坑中不断增大,中间区域的相邻立柱隆起差异量不大,靠近基坑边的相邻立柱隆起差异量大,其差异界限在距离坑边约(1.0～1.5)H_e(H_e为开挖深度)处,软土地层厚度、基坑开挖面积大小对立柱隆沉的量值有较大影响;(4)基础形式与埋深、离基坑的距离对基坑开挖而引起坑外建筑沉降的影响程度尤为明显。     

基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析

基坑开挖时尤为关注的问题是土体侧向移动对邻近桩基的不利影响,土体的侧向移动使邻近桩基产生侧向位移和附加应力及弯矩,甚至可能使上部建筑物功能失效。采用土工有限元软件Plaxis 8.2对内支撑排桩支护基坑开挖过程进行数值模拟,分析了基坑开挖时对邻近桩基的各种影响因素,包括单排桩、双排桩在不同开挖深度、支护桩的刚度、桩基刚度、桩基距基坑开挖面距离、桩身的约束和桩长条件下桩身水平位移和弯矩的变化特性。     

考虑主应力轴旋转的基坑开挖应力路径研究

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展,提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径,然后采用数值方法,对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析,研究了基坑内外各种应力路径及其规律,结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向,应力路径都表现出卸荷特性,且坑内卸荷量大于坑外卸荷量,使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大;随着离基坑中心距离的增大,坑内应力变化减小,主应力轴旋转趋缓;开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小,广义剪应力q减小,主应力轴偏转角? 增大;坑外应力路径总体表现为p减小,q增大,? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径,以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。     

考虑基坑开挖影响的群桩基础竖向承载性状数值分析

对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,用接触面单元模拟桩-土相互作用,利用ABAQUS建立桩筏基础--地基--基坑开挖三维有限元分析模型。对基坑开挖影响下的群桩基础竖向承载性状进行了分析,讨论了桩顶反力分布、桩身轴力、桩侧摩阻力以及开挖引起的桩身水平位移及其弯矩的变化规律,并进行了考虑基坑开挖与不考虑基坑开挖的群桩基础竖向承载性状的对比分析。通过研究,取得了基坑开挖对高层建筑桩筏基础影响的基本认识,这些认识对于改进桩筏基础设计理论有一定的参考意义。     

信合嘉园小区高层住宅岩土工程实录

介绍了信合嘉园小区所建3栋高层住宅楼的工程地质条件、基础方案、软弱下卧层验算、复合地基承载力验算、地震液化检验、沉降量与倾斜验算、基坑开挖和基坑降水方案。该工程中夯扩灌注桩复合地基在箱基下形成似筏板基础,桩身未穿过可液化层,但通过挤密效应消除了地层液化,大大缩短了桩长和降低了地基处理成本。该项岩土工程不仅填补了河北省任丘地区高层建筑勘察设计的空白,而且说明了夯扩灌注桩对挖掘浅层可液化地层的地基的潜力具有很重要的意义。     

基坑围护结构最大侧移深度对周边环境的影响

围护结构最大侧移所在深度是衡量基坑变形的重要指标之一,而目前鲜有关于其对周边环境变形影响的研究。基于工程实测数据分析和有限元数值模拟,系统地研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降和坑外深层土体位移场的影响。经研究发现：围护结构最大侧移的下移会导致坑外土体位移场扩大,进而降低相应区域的桩基础承载力,导致邻近桩基础建筑物发生显著的不均匀沉降。不同深度的土体经历复杂的竖向位移,且位移形态与围护结构最大侧移深度密切相关。随围护结构最大侧移深度的逐渐下移,坑外土体位移场向深层土体发展,且主要影响范围相应地扩大。在实际工程中,根据基坑周边环境合理地控制围护结构最大侧移所在深度,可有效降低基坑开挖对周边环境的不利影响。     

悬臂式支护结构中几种控制变形的方法

悬臂式支护结构是基坑工程中常用的支护形式,多以排桩、地下连续墙、工法桩、钢板桩等形式出现。基坑工程中在条件受限的情况下,无法做内撑,但周边部分建（构）筑物对基坑变形很敏感,需要采取一些辅助措施来控制基坑的变形。结合工程实例介绍了悬臂式支护结构中常用的几种控制变形的方法,包括双排桩外拉、锚杆（索）加固、基坑内斜撑、基坑内土加固、坑内预留反压土等,并对这几种方法的适用范围、技术要求等进行了分析,为今后类似工程的设计施工提供借鉴。     

基于影像源法的基坑开挖对邻近单桩影响简化分析

邻近建筑物进行基坑开挖会使桩基产生附加变形和内力,降低其承载能力,如果桩基变形过大会威胁到上部结构的安全。针对该领域目前存在的三维有限元数值模拟法建模复杂且计算耗时的现状,同时为了充分利用基坑围护位移较易通过现场监测技术获取的优势,提出了基于影像源法的基坑开挖引起邻近单桩变形影响的两阶段简化分析方法。同时,引入了Kerr地基模型,并针对Winkler地基模型进行改进,弥补了Winkler地基不能考虑土体连续性的缺陷。在第1阶段基于影像源法,由基坑围护变形计算基坑开挖引起的土体水平自由场位移;第2阶段分别基于Winkler和Kerr地基模型,将土体自由场位移施加于桩基,建立桩基在被动位移扰动下的微分控制方程,得到基坑开挖对邻近桩基影响的简化解析解,包括基坑开挖引起桩基的水平位移、弯矩和剪力等。将计算结果与既有理论结果、监测数据以及三维有限元数值模拟结果进行对比,取得了较好的一致性,其中基于Kerr地基模型的简化解比基于Winkler地基模型的简化解更为精确。该简化方法可为有效分析基坑开挖对邻近桩基的变形影响提供一定理论依据。     

深基坑工程软托换技术影响因素分析

“软托换”是近年来工程实践中总结出来的一种新概念,其工作原理是根据基坑与既有建筑物的相对位置(距离)、建筑物重量、基土工程性质、可能产生破坏的类型和破坏的范围,以荷载传递和应力转移的原理为指导思想,设计用更少量的托换结构构件来达到防倾、抗倾的目的。以深基坑软托换工程为研究对象,借助Plaxis ver7.2有限元分析软件,对既有建筑物情况下的深基坑开挖过程采用锚杆静压桩进行软托换设计,并进行有限元模拟,以此来研究软托换对支护结构内力和变形的影响。通过有限元分析可以看出：基坑离既有建筑物的距离、软弱层厚度是影响软托换效果的重要因素。     

考虑初始不均匀沉降的建筑物受基坑开挖影响的有限元分析

在考虑土体的小应变现象及建筑物初始变形的基础上,研究了邻近建筑物与基坑相对距离的变化及自身刚度变化对建筑物不均匀沉降的影响。对于纵墙垂直于基坑边,且跨越坑外沉降槽最低点时,墙体产生的下凹挠曲变形与建筑物的初始变形趋势相同,初始变形将在一定程度上增大墙体的拉应变,尤其是对于刚度较小的建筑物,初始变形对墙体拉应变的影响将更为显著,此时考虑建筑物的初始变形是很有必要的;而当纵墙垂直于基坑边,且处于坑外土体上凸区域时,初始挠曲与基坑开挖产生的挠曲变形趋势相反,此时不考虑建筑物的初始变形则是偏于保守的。当建筑物部分处于下凹区、部分处于上凸区时,对于建筑物的下凹区部分也应考虑其初始变形的影响。     

边坡土体侧移模式对抗滑桩影响分析

在开挖、降雨或地震等外部因素作用下,边坡土体很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动,使抗滑桩产生附加位移及弯矩。基于两阶段分析方法,采用Winkler模型模拟抗滑单桩与土之间的相互作用,建立单桩水平位移控制方程组,根据内力与位移的连续条件得到考虑不同土体侧移模式下求解桩身响应的矩阵解析表达式,并采用现场监测数据及Poulos弹性理论进行验证,证明该方法是合理可行的,并通过参数分析土体侧移对抗滑桩水平承载性状的影响程度。分析结果表明,土体侧移模式包括最大侧移值、分布形状及重心、侧移势等,对抗滑桩的挠度和弯矩均有显著影响,在工程设计中应予以充分重视。     

考虑桩桩相互作用的双排支护桩受力变形分析

双排桩支护结构的变形与内力计算是其设计计算的重要内容之一。双排支护桩结构是由前排桩、后排桩及桩顶连系梁组成的空间门架式结构。在承受水平荷载时,后排桩向坑内发生挠曲变形,挤压桩间土体,同时桩间土体又对前排桩产生推力,使得前排桩向坑内发生挠曲变形,挤压前排桩桩前土体,以致该支护结构在传递水平荷载时,前后排桩及桩间土体之间存在非常复杂的相互作用。本文基于上述双排桩支护结构受力变形特性,将前、后排桩均视为竖向放置的弹性地基梁,以欧拉伯努利双层梁理论考虑前后排桩的相互作用,以水平向弹簧模拟桩间土相互作用,以朗肯土压力计算作用于后排桩的主动土压力,以弹性抗力法计算作用于前排桩基坑底面以下的被动土压力,以基坑底面为界人为将前、后排桩分为上下部分,并通过桩身各段的受力平衡建立前后排桩的挠曲变形控制微分方程,然后通过桩端约束及基坑坑底平面处的连续条件得到方程的解析解,给出了一种考虑桩桩相互作用以及桩土相互作用的双排桩支护结构计算方法。最后结合两个实例,将本文方法计算结果与实例结果进行对比分析,验证本文方法的可行性,以期为双排桩支护结构在工程中的设计计算提供借鉴。