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。     

基坑围护结构增量计算法的改进

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言,基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前,该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理,结合基坑施工过程,综合分析得出：荷载增量除上述两部分外,还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量;开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明,与传统增量法相比,采用改进增量法,围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近,计算结果更加符合工程实际。     

隧道开挖引起邻近单桩水平反应分析

隧道开挖会降低邻近桩基承载力,如何更为合理评价桩基水平附加响应是需要解决的问题。基于Pasternak双参数地基模型和三折线弹塑性荷载传递模型,采用两阶段分析法,并考虑侧向土体作用及地基土层的非均质特性,提出了更符合实际的单桩水平反应简化分析方法。通过与Winkler地基梁法及边界元法的对比分析,验证了方法的合理性。结合对单桩水平反应的多种影响因素进行参数分析,通过各因素相应的修正系数来对基准工况中单桩最大水平反应进行修正,得到计算工况中单桩的最大水平位移和最大弯矩。分析结果表明,桩基水平位移计算时可忽略侧向土体作用,而弯矩计算时应予以考虑;桩基计算工况的最大水平位移 最大弯矩 与平均地层损失比 呈现线性关系,而与隧道半径R、隧道轴线深度H、桩距隧道中心线距离x及桩身柔度系数 均呈现非线性关系。     

连拱式组合拱结构在深基坑工程中的应用

钻孔灌注桩连拱式组合拱结构是由大直径的钢筋混凝土钻孔灌注桩（拱脚支持桩）和小直径钻孔灌注桩排列呈拱型组合成一个组合截面,将水土压力产生的弯矩和剪力转化为沿拱轴方向的轴向压力,不仅受力合理,而且,有更好的截面效能,刚度和强度也比相同质量的桩（墙）式结构大得多,顶部用钢筋混凝土圈梁连接成整体,在不加撑锚条件下比桩墙式结构能支护更深的基坑,如开挖深度较大,可沿深度方向适当距离增加钢筋混凝土加劲肋,是一种新的支护结构型式,经济效益非常显著。通过在南京某大厦深基坑支护中的应用和土体开挖过程中,对其侧向土压力、桩身应力、支护结构的侧向位移及外侧土体的变形的实测研究,获得了连拱支护结构在软土地区受力和变形的基本规律。     

内支撑结构基坑的空间效应及影响因素分析

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度,使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移,即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离;He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响,量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现,边角效应能够减小侧向位移的平面应变比,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时,对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大,土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加,边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中,灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。     

近海取水工程板桩墙安全性离心模型试验研究

板桩墙明沟结构是海岸电厂取水工程的一种结构型式。根据电厂取水工程初步设计方案,对电厂取水工程结构进行离心模型试验研究,分析板桩墙结构在波浪荷载作用下的安全性。试验表明,悬臂式斜拉桩板桩墙结构在设计最大波浪荷载作用下会产生较大的水平位移,墙身弯矩较大;引起板桩墙位移、弯矩的主要荷载是海床面以上的波浪荷载,板桩墙承载力主要由桩墙被动侧土体抗力提供。工程中板桩墙入土深度的增加不能有效改善墙体水平位移和墙身弯矩,不会提高板桩墙结构的承载能力。     

真空预压的环境效应及其防治方法的试验研究

真空预压极有可能引发相邻建（构）筑物倾斜、开裂、地下管线变形等环境效应。从加固区外地下水位、侧向变形和地表沉降变化看,真空联合堆载预压试验的影响区为地基处理边线外12.5 m。分别研究了采用水泥搅拌桩隔离、开挖应力释放沟和采用树根桩托换技术三类防治方法对减小周围土体变形的作用。现场测试结果表明：土体向内侧向变形主要发生在地表下6 m;水泥搅拌桩外侧最大土体水平位移仅为内侧的1/3,堆载后外侧位移远小于内侧位移;应力释放沟内侧最大水平位移仅为搅拌桩内侧水平位移的3/10,外侧最大水平位移仅为搅拌桩外侧位移的3/8。试验中真空预压阶段对于减小侧向变形而言,应力释放沟的作用要优于水泥搅拌桩,而堆载后应力释放沟深部土体向外挤出较为明显;树根桩托换后的铁塔基础在抽真空过程中沉降很小。     

地面超载条件下土体侧移模式及对邻近桩基影响分析

建立了三维数值模型,进行堆载-弹塑性地基-桩基共同作用有限元数值分析。在地面超载条件下,对自由场土体的侧向位移模式进行了探讨,得出了土体侧向变形规律。在此基础上,对堆载作用下邻近桩基的力学性状进行了分析,包括不同堆载大小、不同堆载距离和不同桩间距等情况下桩基的侧向变形和弯矩的变化规律。分析结果表明：随着堆载的增加,桩基的变形和弯矩都有显著的增长,桩基逐渐弯曲。在同样条件下,增加桩的刚度,桩身弯矩迅速减小,桩身刚度很大时,会发生整体侧移。桩间距和堆载距离对桩身弯矩和变形有重要影响,随着桩间距和堆载距离的增大,桩身的变形和弯矩都将减小。     

地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟

以某城市大型地铁车站基坑为研究背景,对基坑围护结构及其变形监测方案进行了设计,并对基坑围护结构变形的现场监测数据进行了分析,重点分析了基坑施工过程中围护结构的水平变形随基坑开挖深度和时间的变化规律。建立了弹塑性有限元模型,并对地铁车站深基坑开挖进行施工仿真模拟计算,将获得的围护结构变形结果与监测结果进行了对比分析,再引用多种围护形式对基坑变形进行敏感性因素分析。结果表明：钢支撑+围护桩的围护形式对基坑土体的侧向变形有较好的限制作用,有限元数值计算结果与现场实测结果比较一致,有限元计算的结果是可信的,改变钢支撑的施作位置对限制基坑的侧向变形有重要作用。随着围护桩入土深度的增大,土体向基坑内侧变形的趋势有所减缓。     

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。     

基坑开挖反压土作用机制及其简化分析方法研究

分析了反压土与支护结构相互作用的机制。在此基础上,基于弹性抗力法,结合天津市一些工程经验,建立了考虑反压土影响时支护结构内力和变形的计算方法,并结合工程实例进行比较分析。分析结果表明,反压土高度不变时,随着反压土的坡度减小或反压土宽度的增大,支护结构的最大位移和最大弯矩都逐渐减小;当反压土的坡度减小到一定值或顶宽增大到一定的程度时,支护结构的最大位移和最大弯矩不再减小而趋于一个定值。反压土土质条件对反压土的作用的发挥有着显著作用。开挖前进行良好的降水,开挖过程中注意不要扰动反压土,并对反压土做好良好的护坡,防止雨水侵入土坡,这些措施均有助于保证反压土作用的充分发挥。必要时,可考虑对反压土进行注浆加固。工程实测表明本文建议方法的计算结果与工程实测结果较吻合,并表明在开挖面积较大的基坑工程中,条件适当时,采用基坑内侧预留反压土的方法可不需设置水平支撑,可节约大量基坑支护投资,并缩短工期,具有良好的经济效果。     

既有−新增排桩双层支挡结构开挖模型试验研究

在既有地下室以下增设地下空间,常面临既有支护桩与新增支护桩构成双层支挡结构的开挖工况,这是传统开挖设计方法未涉及的新问题。通过大比尺模型试验,以内外双层支护桩排间距为主要参数,研究其对支护结构性能演变、排间土压力的影响。试验结果表明,随排间距减小,新增支护桩位移与弯矩逐渐增大,由嵌固作用转变为主要受力结构。开挖至既有支护桩失效退出工作后,新增支护桩位移与弯矩突增,最大弯矩点下移。既有支护桩背单位土压力随开挖逐渐减小,达到主动极限状态后主动土压力随排间距增大而增大,并接近朗肯主动土压力分布线。通过各试验桩背主动土压力数据分析拟合,建立了以排间距、土体内摩擦角、桩土摩擦角为参数并考虑土拱效应的既有支护桩背主动土压力预测方法。     

非对称荷载单层对撑基坑计算方法研究

支护桩（墙）加内支撑作为基坑支护的一种重要型式,已经被基坑支护工程广泛采用。但是,由于基坑所处地质条件、周围环境和土方开挖的复杂性,给基坑支护体系的精准设计计算带来障碍。对非对称荷载作用下的单层内支撑支护设计计算方法进行了探讨。首先,基于极限土压力法分析了单层内支撑与支护桩支点铰接和固结条件下的不动点调整系数的差异性;其次,利用杆系有限单元法分析了基于位移土压力和基于《规程》给出的主动土压力这两种土压力方法计算的桩身位移、弯矩和剪力的差异性。由于非对称荷载作用于基坑支护体系,引起荷载大小侧支护桩桩身位移不同,导致荷载大小侧支护桩受到的土压力也不同,大小侧支护桩桩身内力存在较大差异现象应引起重视。提出的不动点调整系数计算方法和位移土压力计算支护桩受到的土压力计算方法更为合理。     

软土基坑中内插H型钢重力式挡土墙支护的变形及稳定性的有限元研究

基于硬化土模型（HS模型）,利用PLAXIS有限元分析软件对上海地区某软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护开展有限元分析,根据数值试验结果和监测数据对基坑变形和稳定性进行研究。研究发现,（1）内插H型钢重力坝围护在浅基坑局部开挖7~8 m范围内有着较好的可行性和工程效果,在浅基坑支护中可作为重力式围护的补充手段;（2）使用PLAXIS的HS硬化土模型模拟基坑开挖具有较好的精度和与实际情况较接近的结果,HS模型的参数可以根据工程经验进行取值;（3）实际基坑监测结果表明浅基坑的局部深坑处的内插H型钢重力坝在两端重力坝的约束下其位移发展受到一定控制,可显著提高基坑的整体稳定性,且内插H型钢可以增加围护体本身的刚度,可抵抗部分土压力弯矩,一定程度上控制了围护体的位移;（4）实际工程中对内插H型钢重力坝的局部开挖深度要谨慎选择,首先在周边环境保护条件较为宽松的条件下采用,局部深坑深度建议在7~8 m之间,并且基坑整体开挖深度建议在5~6 m之间。通过对软土浅基坑中内插H型钢的重力式挡土墙支护的研究,能对相关基坑支护工程提供更可靠的技术支持。     

软土地基某泵闸深基坑支护失稳分析及处理

介绍了某泵闸基坑灌注桩围护位移及钢管支撑受力过程,对造成支护失稳原因进行了详细分析,探讨基坑设计及施工工艺存在的问题,介绍了支护失稳后抢险、围护补强、防渗加固及支撑体系补强等措施,同时对加固补强处置效果进行了分析,得出相关结论及建议,为类似基坑顺利施工提供了一定依据。     

某深基坑支护结构内力与变形研究

以某深基坑支护结构位移与内力监测为依据,并结合计算分析探讨了位移与内力大小的变化规律。实测表明：施加的锚杆预应力有10 %～25 % 的损失,在开挖过程中锚杆轴力增加约10 % 左右。钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,轴力大小、变化与开挖方式、速度及下层支撑的逐一拆除有关;支护桩的变形随桩深、支撑条件变化而变化。基坑顶部的水平位移以坑壁中央最大,靠端部位移较小。总的来说,理论分析与实测结果大体一致,但由于支护结构受力与变形的复杂性及施工的影响,使得理论计算值与实测值存在一定的差异。     

森林公园地铁车站深基坑变形规律有限元分析

以北京地铁奥运支线森林公园车站南基坑为工程背景,采用有限元法研究了影响地铁深基坑围护结构变形的主要因素,预测了围护结构的变形,完成了监测方案设计,进行了深基坑变形规律现场监测研究。结果表明,森林公园车站南坑基坑围护结构监测方案可行,有限元计算得到的桩体水平位移与现场监测结果基本一致,建议的采用分层分小块的基坑土方开挖法是减小时空效应的有效施工方法,钢支撑对减小围护结构变形和弯矩十分有利。     

桩锚支护结构设计及支护结构变形监测分析

结合北京一个基坑支护工程,从设计角度就桩锚支护结构在基坑支护中的应用及变形控制进行了阐述。根据受力情况,护坡桩主筋配筋采用不均匀布置方式,结合工程、支护结构特点分段配筋;为了满足基坑安全及现场施工用地,砖墙设计时,在砖墙中部增设混凝土腰梁;护坡桩施工中,运用不同的施工工艺,保证了护坡范围内古树的生命安全。从基坑开挖监测角度,对支护结构顶部水平位移进行了监测,对周边建（构）筑物进行了沉降监测,同时对锚杆进行了检测与监测。结果分析表明,基坑水平及垂直变形量均在设计控制范围内,基坑整体稳定,桩锚支护结构对变形起到了有效的控制作用。     

斜支撑支护基坑与相邻地下室有限土体土压力反演分析

为探讨斜支撑支护基坑与相邻地下空间有限土体土压力分布规律,对某基坑现场监测数据进行反演分析。研究基于试算法改进后的三次样条法,运用Matlab软件进行反演计算得到支护结构弯矩值和桩后土压力值,结果表明:受有限土体位移模式、非极限状态、边界条件的影响,有限土体主动土压力在开挖面以上,呈现明显的"R"字形分布,比经典土压力计算值小约16.3%;被动土压力与主动土压力差值在开挖面以下,呈现近似矩形分布,比经典土压力计算值小约65%,分析结果可为该类工程支护设计及计算提供依据和参考。      

近接建筑荷载作用下阳角型深基坑最佳支撑位置

近接荷载作用下基坑阳角区的受力机制复杂,因此,研究支撑位置变化对基坑阳角区的影响具有重要意义。采用现场监测和数值模拟方法研究了支撑位置变化下基坑阳角区的受力特性和变形规律,主要包括内支撑轴力、桩身侧向土压力、支护桩水平位移、近接建筑沉降和支护桩弯矩等。研究结果表明,支撑位置深度太大或太小均对基坑支护系统的受力和协调变形规律不利,最佳支撑位置的深度在基坑深度的0.33～0.50倍之间(支护桩深度的0.10～0.33倍)。