基坑开挖对邻近桩基的影响及数值分析

深基坑开挖时的土体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,因此深基坑开挖时土体侧向移动对邻近桩基的不利影响分析是有必要的。本文采用有限元软件MIDAS/GTS建立基坑开挖三维实体模型,分析基坑开挖对邻近桥桩的影响;根据相关计算结果,采用MIDAS/CIVIL建模验算邻近桩基的极限承载力及桩身裂缝宽度。结合监测数据可知,数值模拟结果与实测结果相近且在安全控制范围,基坑开挖对邻近桩基的影响及数值分析对施工预测有一定的指导意义。     

基坑开挖与邻近桩基相互作用的弹塑性解

基于弹性理论法和p–y曲线法,通过桩土间设置的界面滑块和土体统一极限抗力来考虑土体塑性屈服,提出了基坑开挖对邻近桩基影响的弹塑性解。其基本思想是将桩基视为一维杆系结构,其和周围土体的相互作用通过设置的由弹簧和滑块构成的界面单元实现。当土体处于弹性状态时,桩土变形协调,滑块不发生作用;当土体应力达到极限抗力时,土体发生塑性变形,滑块承受极限抗力并发生塑性滑动。计算中,土体弹性模量随土体位移变化,即桩土之间非线性关系,其值可通过各土层处p–y曲线确定。实例分析表明,该方法计算结果合理可行,能够较为有效的分析基坑开挖对邻近桩基的影响。     

隧道开挖引起邻近单桩沉降的理论解

采用两阶段法计算隧道开挖引起的自由场地土体沉降,通过连续分布的土体弹簧来模拟桩土间的相互作用,计算出桩周的负摩阻力,并考虑桩基的端承效应,对隧道施工对邻近桩基附加沉降和附加轴力计算进行了理论研究。     

深基坑开挖引起的桩基承载力损失和桩身附加拉力简化计算方法

对于深大基坑工程,当桩基础在基坑开挖之前已经施工完成时,在基坑开挖过程中,桩基础将因土体卸荷松弛而导致承载力降低。另外,坑底以下土体隆起将在桩身产生附加拉力。从理论推导入手,提出一种既简便实用又能合理评估开挖卸荷对桩基基础影响的简化算法,主要用于计算开挖卸荷引起的桩基础承载力降低值和土体回弹引起的桩身附加拉力。并结合桩基础开展参数分析,获得了基坑开挖时桩基承载力和桩身附加拉力随开挖深度和桩径的变化规律,并提出几点应对建议,供工程技术人员参考。     

双线盾构隧道开挖对临近桥桩的影响规律研究

为了研究盾构隧道近距侧穿既有桥桩产生的影响,基于呼和浩特地铁1号线侧穿鼓楼立交桥桩工程实例,借助ABAQUS进行数值建模,采用Mohr-Coulomb弹塑性理论,对桩长、桩径、隧道埋深和桩顶荷载等影响因素进行了对比分析。结果表明：在隧道开挖土体扰动的影响下,随着桩长、桩径和桩顶荷载的增加,3根桩的水平位移都逐渐降低,Ⅰ号桩和Ⅲ号桩的桩身弯矩都逐渐增加;因Ⅱ号桩位于双线隧道之间,在开挖过程中桩身弯矩受到左右两线隧道开挖产生的叠加效应而相互抵消,使其桩身弯矩不呈规律性变化;随着隧道埋深的增加,3根桩的水平位移均未产生规律性变化,但桩身弯矩显著增加,且桩身弯矩最大值位于隧道埋深范围内;当隧道埋深较浅时,其开挖影响范围较小,对临近桩的影响也较小;注浆加固可有效控制隧道开挖过程中桩基的水平位移和地面沉降,但桩基水平位移的控制效果随着盾构隧道与桩基间净距的减小而逐渐降低。     

桩孔垂直度对嵌岩灌注桩承载力影响规律研究

为解决嵌岩灌注桩因桩身偏斜引起的承载力不足问题,本文基于工程实例研究桩孔垂直度对嵌岩灌注桩竖向承载力影响机理,提出桩孔偏斜误差下嵌岩灌注桩承载性能劣化规律,并给出该类桩基成孔施工误差控制要求。研究表明：桩孔垂直度偏差可导致桩身嵌固段偏心受力,使得桩身摩阻力与端阻力分布不均,从而降低单桩承载能力,但随着嵌岩深度增加,偏斜单桩承载力劣化程度逐渐减低;当桩孔偏斜度大于临界值时,偏心轴力下桩身局部压应力易集中,可引起因超过材料极限抗压强度的结构失效问题。     

隧道开挖条件下被动群桩遮拦效应分析

隧道开挖不可避免地会引起周围土体位移,从而导致临近建筑物桩基础产生附加变形和内力,降低桩基承载力,引起上部结构失稳甚至破坏。如何分析隧道开挖对邻近群桩的影响成为岩土工程界所关心的问题,为此作者提出隧道开挖对群桩影响的两阶段分析方法:第一阶段采用Loganathan等(1998)提出的解析解计算隧道开挖引起的土体自由位移场;第二阶段基于Winkler地基模型将土体自由位移施加于桩分析桩基的力学反应,同时考虑桩基的遮拦效应分析隧道开挖对群桩的影响。采用三维整体数值分析方法分析隧道开挖对临近群桩的影响,并通过对比验证了简化解析方法的合理性,在此基础上分析隧道开挖条件下被动群桩的遮拦效应,分析表明:(1)群桩遮拦效应随桩间距增大而减小;(2)遮拦效应对前排桩影响小于对后排桩的影响,尤其是轴力;(3)遮拦效应对位移的影响远小于对内力的影响,其中对水平位移的影响很小,可以忽略不计。     

考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析

目前就隧道开挖对桩基变形影响的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,较少考虑地基的剪切变形和桩侧土体三维作用效应。基于Pasternak地基模型,首先推导了隧道开挖与邻近桩基相互作用的简化理论解,该解反映了地基剪切变形但未考虑桩侧土体三维作用效应。在此基础上,为反映桩侧土体三维作用效应,将其等效成集中力通过剪切层传递到桩基两侧,推导了体现三维作用效应的群桩反应表达式。将考虑与不考虑桩侧土体三维作用效应的结果进行对比,发现考虑桩侧土体三维作用效应的桩基水平位移和弯矩值更接近监测数据和离心试验数据。此外,还针对群桩影响因素进行了分析。结果表明：土体剪切变形对桩基影响不容忽视,剪切层模量越大,隧道开挖引起的桩身水平位移越小;桩径越大,桩身水平位移越小,桩身弯矩越大;桩基与隧道距离越小,桩基最大水平位移和弯矩值越大。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

基于静力触探试验的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失预测研究

选取典型成层地基场地并设计试坑开挖卸荷试验,开展了基于静力触探(CPT)测试的基坑开挖卸荷单桩水平承载力损失程度预测研究。通过在试坑开挖卸荷前后进行CPT原位测试,得到了试坑开挖卸荷前后的CPT贯入锥尖参数变化规律。进而基于CPT测试p–y模型研究了基坑开挖卸荷前后邻近既有单桩的水平承载力损失及桩身弯矩分布特征。分别考察了基坑开挖卸荷后邻近桩基试桩加载模式下的残余水平承载力和桩顶加载联合土体位移共同作用下的卸荷桩基水平承载特性。研究表明,依据真实卸荷土体CPT参数更能准确预测桩基水平承载力损失程度及损失特征,卸荷桩设计阶段须同时考虑卸荷桩较自由场地桩基的水平承载力损失及土体运动位移对桩基水平承载的影响。以上研究为合理确定基坑开挖引起的既有桩基水平承载力损失提供了一种技术思路,同时对卸荷桩水平承载性能评价具有参考意义。     

浙江财富金融中心超长单桩与群桩实测沉降分析

 单桩静载试验和基础沉降实测资料表明：在设计工作荷载下超长单桩的桩顶沉降主要来自桩身压缩,且在最大加载条件下超长桩表现为端承摩擦桩性状。超长单桩侧摩阻力由上部土层到下部土层依次发挥,砂质粉土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限相对位移为14～18 mm,粉质黏土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限位移为17～19 mm,当桩土相对位移大于该极限位移后,桩侧土层会出现侧摩阻力软化现象。群桩基础的沉降随施工荷载水平的增加而增大。荷载较小(第5层以下)时,大楼沉降较小且沉降均匀;当荷载达到一定值(第30层以上)时,核心筒处沉降大于大楼周边沉降。大楼竣工时核心筒与周边沉降差较小,大楼整体变形协调。群桩效应沉降比随着荷载水平(施工层数)的增大先增大后减小。     

超长PHC管桩承压性能试验研究

根据6个PHC超长管桩的抗压静载试验,分析了PHC管桩的抗承载性能,采用高应变检测方法,得到了不同土层的侧摩阻力及桩端阻力值,研究结果表明:单桩抗压承载力因持力层的不同而不同;随着桩长的增加,单桩极限承载力、桩端阻力及其所占总阻力的比例相应增加;根据管桩复打和初打检测结果的比较,得到承载力恢复系数(桩周土阻力恢复系数)平均值为1.13。     

软土地区大吨位超长试桩试验设计与分析

温州350 m超高层中超长桩加载2800 t的试桩静载试验设计与分析表明：在地表土质承载力较低场地进行大吨位堆载试验时,可选择桩梁式堆载支墩–反力架装置来完成试验。对超长桩来说,在最大加载条件下,实测桩端阻力仅为桩顶荷载的25%左右,超长桩表现为端承摩擦桩性状。在使用荷载下,桩顶沉降的90%以上来自桩身压缩,在进行超长桩设计时,要充分考虑桩身质量对试桩沉降的影响。同时,桩底沉渣清除的干净与否,也直接影响超长桩的沉降。超长桩桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有较弱的强化效应,因此在超长桩承载力计算时,不同深度土层的桩侧阻力和桩端阻力都应乘以相应不同的修正系数。试验结果显示淤泥土、淤泥质黏土、淤泥夹粉砂土中极限侧阻充分发挥所需的桩土相对位移阀值分别约为5～7 mm、6～8 mm和8～10 mm。     

基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。     

考虑堆载和桩载施加顺序的单桩负摩阻力模型试验研究

通过室内模型试验,研究堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。试验结果表明:先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点位置离桩顶最远,随桩载增加,中性点位置逐渐上移,最终中性点位置在桩顶以下0.5l附近,桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数为0.69。先桩载后堆载工况下,先施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小趋势,中性点出现并逐渐下移,最终中性点位置在0.41l附近,单桩承载力发挥系数为0.86。先桩载后堆载较先堆载后桩载桩基承载力发挥系数大,即桩基承载力安全储备小。以上分析表明,荷载施加顺序对基桩的负摩阻力分布有很大的影响,建议在实际工程中综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力。     

软土地区大直径中掘扩底法管桩承载性能现场试验分析

基于软土地区大直径中掘扩底法管桩静载荷试验,分析软土地区大直径中掘扩底法（简称中掘法）管桩承载特性,研究成果表明：在等桩径等桩长条件下,中掘扩底法管桩的单桩极限承载力较常规锤击法管桩低10%左右,但较钻孔灌注桩可提高30%以上;中掘法管桩桩顶荷载沉降曲线均呈现缓降型,单桩竖向桩基极限承载力应根据桩顶沉降量确定;在桩顶达到极限承载力时,中掘法管桩桩端阻力有明显提高,桩端阻力可占桩顶荷载40%~50%,呈现为端承摩擦桩,竖向承载能力得到明显提高。文中研究成果可为软土地区大直径中掘扩底法管桩的理论研究和工程应用提供参考价值。     

基于桩侧广义剪切模型的大直径超长灌注桩承载变形计算方法

大直径超长灌注桩桩身变形较大,桩侧与土体易出现明显的界面滑移,传统剪切位移法难以适合其承载变形计算。基于大直径超长灌注桩桩–土剪切作用性状及桩侧摩阻力发挥特点,采用剪切位移和剪切滑移两阶段法描述其桩侧摩阻力发挥过程,形成桩侧广义剪切模型;在此基础上,采用传递矩阵增量方式建立大直径超长灌注桩承载变形计算方法,并给出计算参数的取值。该方法考虑了桩侧摩阻力发挥的非线性、桩端承载的非线性及桩身材料的非线性,并考虑了桩–土滑移后桩侧摩阻力软化特性及桩端后注浆对桩端承载性状的影响。工程实例计算结果与现场试桩实测值较为吻合,表明基于桩侧广义剪切模型建立的大直径超长灌注桩承载变形计算方法具有合理性与可行性。     

托底抗拔桩承载特性的模型试验研究

托底抗拔桩是一种通过无黏结钢绞线将上拔荷载传至桩底,使桩身混凝土受压工作的一类新型抗拔桩。能合理解决桩身受拉开裂问题和基础筏板受桩顶托问题,其承载特性与普通抗拔桩存在差异。通过室内模型试验,对比分析了普通抗拔桩与托底抗拔桩在极限抗拔承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布方面的差异及其原因。探讨了泊松效应对上述两种桩承载力的影响。基于普通抗拔桩承载力确定方法,引入桩相对柔度参数确定托底抗拔系数,提出了托底抗拔桩极限承载力的计算方法与关键参数得取值建议,并通过模型试验数据对该计算方法的合理性进行了验证。     

上海软土地区超长桩竖向承载特性试验研究

根据上海地区某工程超长灌注桩的现场静载荷试验和桩身应力测试结果,分析该地区超长灌注桩的竖向承载特性。实测结果表明,两根试桩的桩端阻力与桩顶荷载之比约为10%,超长桩的竖向承载力主要由桩侧摩阻力来提供的。通过对桩身轴力和侧阻分布曲线的分析,发现超长灌注桩侧摩阻力的发挥与桩顶荷载、桩周土性质等因素密切相关,而成孔质量在满足规范要求后对土体侧摩阻力发挥影响并不显著。根据桩身侧阻分布特点,建议在工程设计时应充分利用深层的密实粉砂层来提高桩身竖向承载力,研究结论可供同类地区的超长桩设计和理论分析提供参考。     

Analytical model for evaluating XCC pile shaft capacity in soft soil by incorporating penetration effects

The derivation of a new analytical model for predicting the soil displacement of X-section cast-in-place concrete (XCC) piles installed vertically into soft clay as well as for predicting limit shaft resistance during loading phases is presented in this paper. The analytical model is formulated by assuming that the XCC pile penetration process is an X-shaped cylindrical cavity expansion process. Based on the theoretical framework of the Strain Path Method (SPM), the strain, displacement and stress induced by X-shaped cavity expansion can be obtained. The proposed analytical model is validated by comparing the degenerate solution of this study with that of conventional circular (cylindrical) cavity expansion theory. Analytical model-based design methods are then proposed for evaluating soil displacement and XCC pile shaft capacity. Theoretical predictions are compared with field test measurements to verify the suitability of the proposed design method. The proposed new analytical model reveals the fundamental penetration mechanics of XCC piles and gives improved design methods for determining XCC pile shaft capacities.