深开挖条件下抗拔桩分析与设计方法

上海世博500kV地下变电站抗拔桩桩端埋深为82.3m,开挖深度约34m,且开挖面积大,开挖土方量达450000m3。结合工程实际提出了深开挖条件下抗拔桩的分析与设计问题。对深开挖条件下抗拔桩开挖段侧摩阻力的扣除、开挖卸荷桩周土体围压减小引起的抗拔桩承载力损失及开挖卸荷基底土体回弹对桩产生预拉力等问题进行了分析。提出了一种双套管法实现开挖段侧摩阻力的扣除,得到有效桩长的抗拔承载力;采用有限元法和基于Mindlin解的简化分析方法预估大面积深开挖土体卸荷引起抗拔桩承载力损失比例;采用有限单元法分析基坑开挖卸荷土体回弹对桩身产生预拉力,并指出深开挖的桩身设计应进行开挖过程及正常使用阶段两个方面的抗拉强度的验算。     

抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性分析

由大面积大深度基坑开挖引起的土体卸荷回弹会对坑底桩基产生不利影响,这一影响对抗拔桩尤为突出。针对上海世博地下变电站的抗拔桩设计,采用基于非线性有限元的数值方法对抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性进行了研究。首先通过对抗拔桩地面单桩静载荷试验结果的反分析确定土层本构参数,然后对抗拔桩在开挖过程和正常使用状态下的受力特性进行了数值分析。分析结果表明,基坑开挖引起的桩身轴力对抗拔桩的负面影响较轴心受压桩更为明显,在抗拔桩设计中应充分考虑开挖引起的预拉力,且扩底抗拔桩受到的预拉力大于等截面桩。正常使用状态下桩身轴力是土体回弹隆起引起的轴力和桩顶上拔的引起的轴力的叠加,应以此对桩身的钢筋配置进行校核。     

辽沈地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力分析

以辽沈地区的某工程为例,在现场试验的基础上,结合数值模拟计算软件对等截面抗拔桩的承载特性进行了分析,结果表明开挖将导致坑内土体产生卸荷回弹,从而带动抗拔桩回弹,桩身上下部分分别承受正、负摩阻力,并在桩身产生轴向拉力,同时,桩土界面法向应力降低,导致桩的极限抗拔承载力降低。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

基坑开挖对抗拔桩影响的原位桩检测分析

基于基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩—土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,对抗拔桩的变形也产生影响的情况,通过地表和不同开挖深度位置进行原位桩静载荷抗拔试验,对沈阳砂土地区抗拔桩在不同深度时的承载性能进行了原位检测分析,得出了一些有意义的结论。     

深埋纯地下建筑不同抗拔桩型承载性状试验研究

通过对某沿海城市500 kV深埋地下变电站不同抗拔桩型的现场试验研究,对扩底抗拔桩和桩侧压浆等截面抗拔桩两种不同抗拔桩型的承载力性状进行了分析,研究了两种不同桩型的荷载传递规律和承载力提高机理。本文认为,对于含砂丰富地层且单桩承载力要求较高的长桩,宜优先选用压浆桩,而且在技术经济条件相当的情况下,选择桩侧压浆方案可以节省工期;对于以软土或黏土为主的地层或桩长较短的情况,扩底桩则比压浆桩更具优势。     

基坑开挖对抗拔桩极限承载力影响的模型试验研究

采用模型试验的方法研究了砂土地基中基坑开挖对抗拔桩极限承载力的影响,试验过程中考虑了基坑开挖直径、开挖深度及坑底以下有效桩长不同的情况,共进行19组试验。试验结果表明：开挖深度相同时,基坑开挖直径越大,抗拔桩极限承载力下降越多,开挖直径为30 cm（10d）时,抗拔桩极限承载力较开挖前有明显下降,随着开挖直径的继续增加,极限承载力继续下降,但下降幅度逐渐减小,并趋于一个稳定值;开挖深度相同时,坑底以下有效桩长越短,开挖后抗拔桩极限承载力损失比例越大;开挖卸荷后坑内土体处于超固结状态,抗拔桩极限承载力大于土体为正常固结状态时,开挖深度相同时,坑底以下抗拔桩长度越短,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力与土体正常固结状态相比增加比例越大;坑底以下有效桩长相同时,开挖深度越大,开挖后桩周土体超固结比越大,抗拔桩极限承载力也越大。     

超深开挖对抗拔桩承载力影响的离心机试验研究

深基坑开挖会改变桩周土的应力状态,影响抗拔桩的承载力。通过离心机模型试验,研究了超深开挖对抗拔桩承载力的影响。采用考虑基底土超固结效应影响的有限元数值模拟分析方法,对离心机试验进行了计算分析,研究超深开挖对抗拔桩承载力影响的内在机理。研究结果表明：坑内土体卸荷,桩侧土体有效应力降低,抗拔桩承载力下降;受基底土超固结效应的影响,桩侧土静止土压力系数要大于正常固结状态,桩侧极限摩阻力与抗拔桩承载力大于正常固结状态;不考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,以覆土条件下的承载力做为设计取值,偏于不安全;考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,但不考虑基底土的超固结特性,抗拔桩承载力的取值偏于保守。     

基坑下方既有隧道的抗拔桩抗浮技术研究

抗拔桩是利用桩身与土体之间的摩擦力抵抗地下结构上浮的一种有效的抗浮措施,在地铁车站、地下停车场、地下商场等工程中得到了广泛的运用。不少学者也对抗拔桩开展了深入的研究,但成果大都集中于在桩身抗拔极限承载力和对上部建(构)筑物的抗拔效果方面。文章则针对基坑下方既有隧道的抗浮,通过数值模拟方法分析基坑开挖卸荷作用下抗拔桩控制基坑下方既有隧道隆起变形的工作机理和控制效果。     

深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析

抗拔桩极限承载力的确定对于工程设计有决定性作用,由于实际工程情况和现场试验条件的限制,深层开挖条件下的抗拔桩极限承载力实际上无法通过现场试桩得到,因而理论研究显得尤为重要。采用基于直接约束算法的桩土库仑摩擦模型,借助于弹塑性有限单元法对上海某工程的等截面和扩底抗拔桩单桩足尺试验进行对比分析,验证了所采用的理论计算分析方法的合理性,得到了上海软土地区抗拔桩有限元计算的相关参数。然后在此基础上,对比了等截面和扩底抗拔桩受力特性,通过在不同开挖宽度和埋置深度条件下抗拔桩极限承载力的对比分析和影响因素的探讨,最后得到了深层开挖条件下抗拔桩承载力变化的一般规律。     

深开挖卸载条件下坑底群桩受力特性的有限元分析

大面积的深基坑坑底往往设置密集的工程桩,深开挖导致的土体卸荷回弹作用会对这些工程桩产生强烈的影响。采用ABAQUS软件建立平面有限元分析模型,对深开挖过程中坑底群桩的受力特性进行研究,确定桩顶抬升量、桩土相对位移、桩身轴力和桩侧摩阻力的分布。最后在开挖结束时对各工程桩重新加载,根据Q-s曲线来判断其抗压承载力和抗拔承载力。结果表明,工程桩的承载力与其在基坑平面中的位置有关。     

抗拔桩的变形与极限承载力计算

抗拔桩常用于地下构筑物的抗浮和受较大弯矩作用高耸构筑物的基础。本文推导了基于轴向Winkler地基模型的抗拔桩弹性解答和基于统一极限摩阻分布(由Nc,αs和n三参数描述)的弹塑性有限差分求解方法,编制了相应的程序。应用上述解答和程序,对抗拔桩的变形性状和极限承载力进行了详细地研究,重点讨论了Winkler模型弹簧刚度ks、统一极限摩阻参数Nc、αs和n,以及上覆土层对抗拔桩的变形和极限承载力的影响。结果表明,Nc和ks对抗拔桩的弹塑性变形影响显著,而极限承载力主要取决于Nc值和上覆土层厚度。     

开挖条件下抗拔桩的承载力损失比分析

基坑开挖不可避免地引起地基应力场变化,导致桩–土接触面法向应力发生改变,从而降低抗拔桩承载力,而由于实际工程情况限制,开挖后抗拔桩的承载力又无法通过现场试桩获得,因此采用理论方法分析开挖条件下抗拔桩的承载力就显得尤为重要。基于此,首先采用极限平衡法,应用经典Mindlin应力解考虑土体开挖卸载在开挖面下引起的附加应力,推导出开挖条件下抗拔桩承载力的简化计算公式;其次利用弹塑性有限元法分析了开挖条件下抗拔桩的承载力并和极限平衡法计算结果进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。在此基础上分析了开挖条件下抗拔桩的承载力损失比与开挖半径和桩长的变化规律,分析表明:抗拔桩承载力损失比随开挖半径的增大而增大,随有效桩长增长而减小;相同开挖条件下,扩底桩的承载力损失比等截面桩少。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩(JPP桩)进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明:1)JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2)极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3)在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4)侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

后注浆抗拔桩在复杂地层下的试验及模拟研究

以郑州某工程抗拔试桩单桩抗拔承载力试验结果为基础,针对抗拔桩抗拔承载力不足的情况,采用桩端桩侧复式后注浆工艺来减小泥皮和沉渣对桩侧摩阻力和端阻力的影响,从而提高桩抗拔承载力。对注浆结果进行分析并用经验公式计算。结果表明通过试验验证,由《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)公式计算的注浆量可适当减小。分析了有泥皮存在的情况下桩侧摩阻力的减小以及注浆后桩侧摩阻力的增强。最后对后注浆桩进行数值模拟,证明了后注浆尤其是加强桩端后注浆能明显提高抗拔桩承载力。