基坑开挖对单桩及群桩回弹位移的影响分析

基坑开挖后坑底土体回弹,将会带动坑内基桩回弹,并在桩侧产生侧摩阻力。为了分析基坑开挖条件下单桩及群桩的受力变形特性,采用三维有限元方法对单桩及群桩在基坑开挖条件下的回弹位移进行了分析。分析结果表明,基桩在基坑开挖条件下的回弹位移分为桩侧土体回弹而引起的基桩回弹和下卧层回弹导致的基桩回弹两部分。由于群桩外侧桩的遮帘效应,中心桩的回弹位移小于外侧桩,中心桩桩侧摩阻力的发挥量也小于外侧桩。随下卧层相对刚度E_b/E_c变大,5×5群桩回弹位移相对减小量W_r变大,且W_r的变化与桩位置有关。3种不同构形群桩的对比分析结果表明:群桩桩数越多,遮帘效应越明显;W_r受桩数的影响大于受桩间距的影响。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明:随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

水平荷载下桩身侧阻抗力矩的作用机制与计算模型研究

为探讨摩阻力增强效应影响下的水平受荷桩承载机制,建立了水平荷载作用下考虑增强效应影响的桩侧摩阻力τ-s曲线模型,并在此基础上推导了桩身单位长度侧阻抗力矩数值解。随后开展了桩径、临界位移、极限侧摩阻力等因素影响下Ms,ini/Msu,ini-θ/θref,ini无量纲化曲线规律分析。结合摩阻力增强效应理论进而分别建立了线弹性-塑性、双曲线、API规范砂土与黏土τ-s曲线模型作用下的桩身侧阻抗力矩简化理论解,并基于传递矩阵法原理,解得了考虑桩侧摩阻力作用时基桩水平承载力半解析解。通过多组验证工况和工程实例分析验证了所建立的侧阻抗力矩简化解以及考虑侧阻抗力矩影响的基桩水平承载力方法的正确性,同时也证明了摩阻力增强效应对基桩水平承载力的影响不能忽略,并得出如下结论:无试验数据参考时,砂土、黏土与桩接触面的刚度指数可分别取0.725和0.600;桩身侧阻抗力矩随着桩径、极限摩阻力的增加以及临界位移的减小而增加,其中桩径对侧阻抗力矩影响更为明显。     

开挖卸荷对既有群桩竖向承载性状的影响分析

既有建筑下增层开挖对已有桩基础的影响不同于基坑开挖对坑内桩基的影响。基于工程实例验证的有限元参数,用硬化土弹塑性模型模拟土体,用接触面单元模拟桩土相互作用,建立了桩筏基础-地基-增层开挖三维有限元模型,对增层开挖后群桩基础的竖向承载性状进行研究。分析了桩顶刚度、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻比以及土体回弹的变化规律,并研究了不同桩端土体刚度和增层开挖深度对这些参数的影响。结果表明,增层开挖后群桩中不同基桩表现出不同的承载性状,增大桩端土体刚度可明显提高单桩承载力和端阻比临界值;随着增层开挖深度的增加,侧阻和端阻的发挥程度也随之提高。研究结果有望为地下室增层开挖施工中的结构托换变形控制和补桩设计提供依据。     

考虑开挖卸荷影响的桩侧摩阻力等效计算方法

基坑开挖后的卸荷回弹会导致桩侧摩阻力减小,但这一影响仅局限于基坑底部一定深度范围内。在计算开挖后的桩侧摩阻力时,可将卸荷视为作用在坑底的均布上拔荷载。当荷载作用在地表以下,土体附加应力应采用Mindlin应力解。定义基于Mindlin解计算开挖后桩侧摩阻力与开挖前变化为5%时的深度为开挖影响计算深度Hc,开挖深度和宽度对Hc的影响明显,土体内摩擦角的影响较小,而泊松比的影响可以忽略。据此推导出Hc的计算公式。开挖卸荷导致的竖向附加应力,Boussinesq解求得的结果大于Mindlin解,但随着深度增加,二者差异逐渐减小。分别针对开挖深度、宽度和内摩擦角不同取值的216种组合进行计算,结果表明,Hc范围内基于Mindlin解求得的桩侧摩阻力与基于Boussinesq解结果的比值? 最大为1.124,最小为1.001。工程实践中为偏于安全,可直接采用Boussinesq解进行桩侧摩阻力计算。     

湿陷性黄土地区桩侧负摩阻力问题的试验研究

负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中,在我国西北部自重湿陷性黄土地区尤为普遍,若处理不当,将导致严重的桩基功能失效。由于湿陷性黄土地区基桩负摩阻力受各种因素的影响,目前大面积现场浸水载荷试验仍是确定负摩阻力大小和发展规律最有效的方法。结合山西某电厂地基处理试验中大直径桩的大面积浸水静载荷试验,对自重湿陷性黄土浸水过程中桩侧负摩阻力的变化规律及湿陷变形对基桩竖向承载力性能的影响进行了分析,得到了桩侧负摩阻力的分布规律及对承载性状的影响,具有重要的工程指导意义。     

大直径桩桩身压缩量和侧摩阻力综合分析

为了分析桩身压缩量和侧摩阻力对大直径桩承载力的影响,通过桩基现场静载试验,获得各级荷载作用下各土层交接面处的桩身应力应变值,计算出不同土层间每1m桩身段的压缩量和侧摩阻力值。实验结果表明：各土层间桩侧摩阻力实测最大值与勘察报告值之比差别较大,其中上部土层问的摩阻力比值较小,下部比值较大。上部土层桩侧摩阻力在各级荷载作用下变化不大,而下部土层桩侧摩阻力随荷载逐级递增。由于压缩量是反映材料受力变形的物理量,虽然下部土层的摩阻力实测值与报告值比值较大,但其桩身压缩量较小,因而可以判断侧摩阻力发挥程度并估算其极限值。大直径桩的承载力主要是由侧摩阻力来提供的,因此可以通过桩身压缩量和侧摩阻力的综合分析为石家庄乃至河北地区的大直径桩承载力确定提供有价值的参考。     

开挖条件下非均质地基中单桩竖向承载特性非线性分析

在考虑开挖引起土体回弹和土体强度特性、应力状态变化的基础上,提出了开挖条件下非均质地基中竖向受荷单桩非线性计算方法,并与已有试验结果对比,证明了简化方法的正确性,并对开挖前、后单桩的竖向承载特性的变化以及开挖后土体回弹对基桩受力和变形的影响进行研究分析。研究表明,常规试桩法和套管试桩法高估了基桩竖向极限承载力和桩顶刚度,采用常规试桩和套管试桩法得到的承载力作为设计值偏于不安全;开挖卸荷引起桩周土体回弹使得桩身出现拉力,开挖深度较大时桩身中、下部的配筋应充分考虑由于开挖引起的沿桩身的拉力,防止开挖过程中基桩被拉断;桩周土体的卸荷回弹将会引起桩顶刚度的明显降低。     

基于支持向量机的缩径桩承载力可靠度分析

针对常用的一次可靠度方法（FORM）计算基桩承载力可靠度指标的精度不高,将支持向量机（SVM）与FORM相结合计算缺陷桩承载力可靠度指标.以缩径缺陷桩为例,开展了1根完整桩及5根缩径桩的竖向加载试验.采用随机加权法对缺陷桩承载力折减系数的均值进行估计.算例表明缩径处被土体填充,致使此处桩的侧摩阻力转化为土体界面摩擦力,削弱了桩的承载能力.缩径长度越大,缩径处被土体填充的面积就越大,桩承载力折减系数和可靠度指标越小.缩径位置距离桩顶越近,缩径限制侧摩阻力发挥的程度越大.桩端阻力弥补了部分损失的侧摩阻力,使得缩径位于桩身浅部和中部时,桩承载力折减系数及可靠度指标大致相同;位于深部时,承载力损失最小,可靠度指标最大.     

考虑基桩嵌岩段侧阻的岩溶区顶板安全厚度计算

为考虑岩溶区基桩嵌岩段侧阻力的影响,提出了一组确定岩溶区桩端顶板安全厚度的计算方法。考虑顶板的整体承载效应,结合弹性力学及第一强度理论,得到了顶板抗弯安全厚度计算式;考虑嵌岩段桩侧摩阻力对桩顶荷载的分担作用,结合格里菲斯判据及摩尔判据,获得了顶板抗冲切和剪切的安全厚度计算公式,进而运用ABAQUS建立了岩溶顶板与基桩整体分析计算模型,有限元计算结果与理论计算值吻合良好。结合工程实例重点分析了顶板厚跨比对抗弯安全厚度的影响,顶板岩层厚度对抗冲切、剪切安全厚度的影响以及嵌岩段侧摩阻力系数?对顶板安全厚度计算的影响。     

地铁车站深基坑桩锚支护结构内力试验研究

为研究深大复杂基坑桩锚支护结构内力演化规律和受荷特性,以总面积约为16×104 m2、最大开挖深度为26 m的基坑工程为依托,在支护桩和锚杆钢筋上预埋钢筋计,分别对基坑开挖过程中和桩头侧向加载、不同工况锚杆拉拔过程中桩的内力和锚杆内力进行监测。结果表明：（1）随着基坑的开挖,悬臂阶段3根支护桩外侧桩身应力呈拉-压-拉变化,内侧桩身应力呈压-拉变化;同一测点钢筋应力逐渐增大,最大值位置略微下移,应力零点出现的位置随桩长的不同而不同。单支点阶段随着基坑暴露时间的增加,外露桩身应力增大,桩身钢筋应力峰值出现在开挖面附近区域,嵌固段桩身应力变化复杂且应力零点比悬臂阶段出现的早。两支点阶段桩身钢筋应力变化更复杂,主要受基坑开挖时间和预应力锚杆的张拉锁定等因素的影响。（2）支护桩、锚杆支护结构设计需考虑其最大允许变形量;满足锚固长度临界值要求后,自由段越长,锚固效果越好,锚固段越短越经济。（3）在未施加拉力和不同拉力作用过程中,锚杆受力发生重分布,与以往土质或岩质基坑认识不同。（4）锚杆侧摩阻力中性点和潜在滑移面的出现与移动是一致的,可用于确定基坑潜在滑移面位置和锚杆临界长度。     

基坑施工对临近运营地铁影响控制标准及关键技术

随着城市的快速发展,地铁车站周边开发的建筑越来越多,周边建筑施工对地铁车站将产生不可避免的不利影响。本文结合某大型建筑深基坑工程的设计、施工及监测数据,通过有限元计算,分析基坑开挖施工力学特征,研究基坑施工对临近地铁车站的变形影响。研究发现,基坑采用合理的地下连续墙、钻孔灌注桩等围护体系、适当的被动区加固方式、科学的分基坑开挖施工组织等措施,可以保证基坑开挖施工对临近车站的影响在可控制、可接受的范围内,为软土地区类似基坑的设计、施工提供参考经验。     

长江漫滩区深大异形基坑施工对紧邻特大型桥梁影响及变形控制研究

随着地下空间资源的开发利用,越来越多深基坑呈现出开挖深、规模大、形状不规则等特点,其支护结构设计复杂,施工难度大,具有明显的空间效应。本文以南京地铁某基坑工程为例,分析基坑施工对邻近桥梁的影响。其场区位于长江下游漫滩相二元结构地层分布地段,上部软土层厚度大,下部承压含水层地下水位高、水量丰富,地质条件复杂,该基坑为典型的深大异形基坑,距离某大桥的双曲拱引桥仅为7. 2 m,由于之前桥梁已遭受其他地下工程施工产生的较大变形,所以后续工程对其影响变形控制要求极高。为此,该车站基坑支护结构设计基于地下空间实际功能采用设置分隔墙分区开挖及MJS超深工法墙综合变形控制方案。本文通过有限元数值模拟计算,开展复杂环境下基坑开挖引起的围护结构及桥梁桩基的变形预测分析,计算结果显示,该深大狭长异形基坑开挖对邻近桥梁沉降变形影响显著,通过设置分隔墙分区开挖及MJS工法墙进行变形控制,能够较好地控制基坑的空间效应,减少“长边效应”、“异形效应”等对桥梁沉降变形的影响。通过现场基坑开挖过程实际监测结果,验证这一综合变形控制方案的可行性。该研究成果对于类似复杂地质条件下深大狭长异形基坑的支护及施工设计具有很好的借鉴意义。     

暗挖隧道与邻近结构物相互作用研究现状及展望

软土中采用暗挖方式开挖隧道往往会引起土体变形。由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有结构物的损伤不容忽视。同时,既有暗挖隧道周围结构物的施工也不可避免地会引起隧道的变形和受力。文章主要阐述了目前暗挖隧道施工引起的土体变形对邻近地面建筑物、桩基、地下管线、既有隧道和基坑的影响以及邻近结构物施工对既有暗挖隧道影响的研究成果,并提出了需要进一步研究的课题及研究方法。     

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。     

粉砂地基深基坑渗透破坏研究

在地下水丰富的砂土和粉土地区进行深基坑开挖,坑内降水施工或渗漏引起的渗透破坏问题是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。通过模型试验结合数值模拟,研究了土体密实度、黏聚力、内摩擦角、桩土界面摩擦特性以及围护结构插入深度等因素对临界水力梯度以及渗透破坏模式的影响。研究表明,发生渗透破坏时的水力坡降不仅与土的密实度有关,还与土性、强度指标、桩表面粗糙度以及围护结构的插入深度等因素有关,这些结论为实际基坑工程分析提供了指导。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。     

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。     

开挖卸荷条件下抗拔桩破坏机理及承载力分析

随着大型基础施工进度和地层限制等要求的提高,抗拔桩基础先于基坑开挖施工逐渐成为发展趋势。伴随着基坑开挖产生的大面积卸荷,抗拔桩受力状态和极限承载力将产生重大变化。本文将颗粒流数值模拟与极限平衡理论分析相结合,剖析开挖卸荷条件下,抗拔桩破坏机理和极限承载力特征。分析表明：抗拔桩周边土体的破坏特征为倒锥台形,存在线性破坏面和破坏角;开挖卸荷对桩周土的破坏角影响不大,但桩长对破坏角的影响显著;根据机理研究结果,建立理论分析模型,推导出较实用的抗拔桩承载力及其损失比理论公式,并针对前人的模拟试验结果对理论公式进行了检验。     

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁施工中由于周边环境复杂,基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。以某地铁深基坑工程为背景,借助FLAC3D,建立了基坑开挖计算模型。现场实测与模型计算结果表明,计算值和实测值基本吻合,采用的计算模型可以近似模拟实际开挖过程。通过改变模型参数,研究了围护桩刚度、锚索倾角及锚索位置对围护体系受力和变形的影响,得出一些有益的结论,为保证城市深基坑开挖周边环境及围护结构安全,提供一定的参考。