基坑开挖卸荷工程桩受力及变形特性分析

基坑开挖将引起坑底土体大面积回弹,带动坑内工程桩向上位移,改变桩土间受力状态。立柱桩上抬还将影响基坑的支撑体系,对基坑整体稳定性产生不利影响。本文基于桩弹性理论方法,充分考虑大面积基坑分步开挖卸荷、土体回弹对工程桩受力及变形的影响,采用残余应力法对土层回弹量进行计算,结合回弹量计算结果建立大面积基坑开挖工程桩位移和受力计算理论模型,分析桩顶荷载、基坑开挖深度以及桩长、桩径对桩侧摩阻力及桩土位移的影响,最后通过与工程监测数据对比验证结果的可靠性与合理性。计算分析结果表明,桩顶荷载、基坑开挖深度、桩长及桩径对桩侧摩阻力及桩土位移产生明显影响,随着基坑开挖深度增加桩侧将出现负摩阻力,可能引起桩身产生拉应力导致破坏。     

基坑开挖中群桩受力及变形性状的三维有限元分析

通过有限元计算,研究了大面积深基坑开挖对群桩的受力和变形特性的影响。群桩基础的受力及变形性状明显不同于单桩。对于坑底群桩,随着基坑开挖深度增加,桩身轴力随之增加,桩身轴力最大值位置由桩身中上部转移到中部,与单桩的轴力最大值位置(桩身中下部)有一定程度的差别。在同一开挖深度中,距离地下连续墙近的桩身轴力较小,距离基坑中心近的桩身轴力较大。其主要原因是基坑中心处的土体回弹大于基坑边部,相应的桩土位移及桩侧摩阻力发挥程度也较大。由于基坑开挖造成支护结构发生侧向变形,使得靠近支护结构的桩产生弯曲,整体表现为桩身上部变形较大,中下部变形较小。     

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。     

桩的侧向变形和竖向荷载的耦合分析

就工业厂房的桩基在地面超载情况下竖向荷载对桩身侧向变形的影响进行分析,并提出耦合分析的计算方法,着重分析桩顸荷载和桩侧摩阻力对侧向变形的影响.推导了考虑耦合作用的有限元方程,根据此方程编制了有限元计算程序.耦合计算分析结果表明,桩顶荷载和桩身摩阻力的分布对桩身的侧向变形和桩截面的内力几乎没有什么影响,但桩顶荷载的偏心距对桩顶位移产生较大影响,且与桩顶位移基本上成线性关系.指出由于桩顶荷载和桩身摩阻力作用方向与桩身侧向变形初始方向垂直,根据正交法则二者之间的矢量积为零.因此,在桩基侧向受力和变形计算中可以不考虑桩顶荷载的影响.     

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。     

渗流作用下深基坑开挖对桩基影响的数值模拟

基坑开挖导致基坑土体处于卸载状态,坑底工程桩的受力状态也会发生改变。本文采用数值分析的方法,分析了开挖过程中桩体的轴力和桩侧摩阻力的变化规律。模拟过程对比了单桩、群桩分别在一次降水和分次降水过程中受到基坑开挖的影响。结果表明:在基坑开挖过程中单桩的侧摩阻力表现形式和群桩的侧摩阻力表现形式相反;在考虑群桩降水施工时,采用不同的降水方式对最终的桩身轴力的影响不是很大,但是不同的降水方式对边桩轴力的变化趋势产生较大影响。该结果可以为进一步研究渗流对桩基的影响提供参考。     

深基坑中心岛法开挖过程中工程桩对基坑位移影响的有限元分析

武汉市某基坑工程开挖面积大,工程桩数量多,在施工过程中考虑工程桩对基坑位移的影响非常必要。为此,对该基坑工程中心岛法开挖过程进行数值模拟,并采用5种不同工程模型进行对比分析,得出以下结论:已施工工程桩可有效减小基坑整体水平位移、坑外沉降和坑底隆起;预留土区工程桩主要减小双排桩桩身受力变形引起的水平位移,中心岛区域工程桩主要减小双排桩整体水平位移;加固体内工程桩可以有效减小预留土体隆起,并改变其隆起形态;中心岛区域工程桩使坑底土体隆起后顶面整体呈波浪形;基坑开挖将导致工程桩产生较大的整体水平位移和桩身弯曲,导致桩身大部分区域受向上的侧摩阻力作用,使桩身受拉。     

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。     

不同开挖方式下基坑受力变形特性三维数值分析

基坑在不同开挖卸荷方式下引起的受力变形效应不同。针对此问题,运用有限元软件midas GTS建立理想化的三维基坑模型,研究悬臂支护基坑在岛式、分层、盆式3种开挖方式下支护结构、坑底土体、周边地表、工程桩的变形规律。结果表明：3种工况下支护结构的位移随着开挖深度的增加而增加,最大位移出现在顶部,岛式开挖下支护结构的变形比分层、盆式降低了10.33%、6.23%。坑底土体隆起变形呈“拱”形,基坑中心土体隆起最大,分层和盆式最大隆起量分别是岛式的1.086倍和1.044倍。周边地表以沉降为主,分层开挖最大沉降是岛式和盆式的2倍。坑底工程桩会受到支护结构变形的影响,离支护结构越近桩位移越大,岛式开挖对工程桩的影响范围约为1.48 H,分层开挖和盆式开挖对工程桩的影响范围约为1.8 H;工程桩桩身下部位置受拉,最大拉力出现在桩身的0.6～0.7 H处。     

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。     

深基坑桩锚支护结构受力与变形特性现场试验

在成都地区某基坑支护工程开展了深基坑条件下桩锚支护结构受力与变形特性现场试验,研究了冠梁上土压力与内力变化规律、锚索轴力及支护桩侧向位移分布特征。结果表明:①在基坑中部,冠梁对桩顶侧向位移有一定的协调作用,角点处冠梁协调作用较弱,应适当提高冠梁刚度,并将其与其他部位断开;②锚索轴力沿基坑深度呈类抛物线型分布,且(0～2/3)倍基坑最终开挖深度h_e范围内的中上层锚索对支护桩顶侧向位移影响比较明显,施工时应尽量控制该深度范围的开挖速度及重点关注中上层锚索预应力损失;③受边界效应影响,基坑变形具有空间效应特征,具体表现为基坑中部大于角点处、长边大于较短边,边界效应对其影响范围大致为1h_e。     

复合支护下深基坑的变形破坏和支护结构

以某深基坑工程为研究对象,利用岩土数值分析FLAC 3D软件,建立三维数值分析模型,模拟开挖和支护实际工况,分析了双排微型桩复合土钉支护下基坑开挖过程中的变形破坏和支护结构受力演化特征。结果表明:坑壁水平位移总体上呈现基坑顶部小、基坑中下部大的形式,位移等值线呈鼓肚状;基坑基底隆起量较大,随着距基坑壁距离的减小而减小;基坑边坡竖向沉降较小,最大沉降量出现在支护结构之后;土钉轴力分布呈中间大、两端小的形式,离基坑底部越近,土钉的最大轴力点越靠近基坑开挖面,且随着开挖深度增加,土钉轴力初始增长迅速而后发展较为缓慢;前排微型桩弯矩大于后排,微型桩最大弯矩随着开挖深度的增加不断增大且不断下移,开挖完成后弯矩最大值位于基坑底部以下2 m深度处;基坑开挖及支护过程中监测点的位移时程曲线和塑性区分布区域说明基坑整体稳定性较好,但在坡顶后缘出现拉张塑性区,基坑壁浅表层和基坑底角部位出现剪切破坏区,在施工中应对其采取针对性措施进行保护;该研究成果对深基坑开挖过程中动态演化过程认识和变形破坏防治具有一定参考意义。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

近间距下穿高架群桩的基坑施工可行性

应用平面有限元软件对上海某地道下穿轨道交通11号线基坑施工进行了模拟分析。基坑开挖造成的土体侧向卸载,影响着临近群桩基础的安全。分析结果表明:临近桩基侧移与围护桩变形有一定的相关性,发生最大侧移的地方均位于基坑开挖面处,而围护桩弯矩的发展变化跟支撑位置和刚度有着直接关系;基坑开挖造成的侧向卸载作用对临近桩基的影响明显大于对承台的影响;不考虑桩基侧移的情况下,侧向卸载造成摩擦群桩承载力降低量可忽略;围护结构支护状态的有效性对减少临近桩基侧移和保持群桩承载力起到关键作用。     

基坑底部土体裙边加固模型试验与数值模拟研究

为研究基坑底部土体裙边加固对基坑变形和内力的影响,分别对未进行坑底加固和采用坑底裙边加固2种工况进行模型试验。在填土过程中预先浇筑加固土体,实现坑底土体加固。在基坑开挖过程中对地表沉降、冠梁侧向位移、桩身弯矩以及桩后土压力进行监测。用有限元软件Abaqus对模型试验进行拓展,将基坑变形的计算结果进行极差分析。研究表明,对坑底土体采用裙边加固,可以有效地减小支护结构的侧向位移;坑顶地表沉降虽有减小,但效果不明显;桩身弯矩略小于未进行坑底加固的工况;土体开挖,桩随着坑底下某一点发生转动,造成桩上半部分土压力减小,桩底处土压力增大;裙边加固尺寸中深度相较于宽度对基坑的变形影响更大;土体加固深度与宽度超过一定范围,控制基坑变形的效果有所提高但不明显,加固深度宜取0.3～0.4倍的开挖深度,宽度宜取0.35～0.45倍的开挖深度。     

长春市某建筑基坑支护结构事故原因的分析

长春市某12m深基坑采用排桩锚杆支护结构,因土压力分析有误,支护结构设计不合理,导致基坑大部分开挖到基底后,排桩结构水平位移超过允许范围,桩间土大面积掉落,基坑外地面出现地裂缝,由槽钢组成的腰梁扭曲变形,桩顶冠梁向基坑内变形明显,并出现裂缝。由于施工单位及时采取回填反压措施,才控制住支护结构的变形。然后,通过进一步的理论分析,并对原支护结构增加一排锚杆后,基坑开挖才得以顺利进行。     

杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析

通过对杭州地铁秋涛路车站深基坑工程东区施工中围护桩水平位移、钢支撑轴力、地表沉降和地下水位等监测数据进行分析,得出了一些有价值的结论。实测表明:桩体水平位移能直接反映围护结构的变形特性,是评价围护结构安全状况的重要指标,桩体的侧向变形主要是由土方开挖所引起,与开挖后墙面暴露时间长短相关;钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加,其大小变化与开挖方式、开挖速度、气温以及下层支撑的拆除有关;基坑东侧的地表沉降曲线呈抛物线形分布,基坑南侧的地表沉降曲线呈三角形分布;坑外地下水位的变化可反映围护结构的止水效果。     

兰州某地铁车站深基坑监测与数值模拟分析

依托兰州市地铁某车站基坑工程,对基坑施工过程中的桩顶水平和竖向位移、地表沉降、钢支撑轴力及地下水位进行了监测,并对监测数据进行了系统分析。监测结果分析表明,桩顶水平位移随着基坑的开挖由小变大逐渐趋于平稳,桩顶竖向位移随着开挖深度的增加而逐渐增加,在开挖的过程中钢支撑的轴力趋于稳定。最后借助有限元软对基坑开挖进行了数值模拟,并将模拟结果与监测结果进行了对比分析,结果表明,数值模拟和监测结果变化规律基本一致,证明了钻孔灌注桩联合钢管内支撑结构安全可行,保证和维护了基坑的稳定,为类似基坑的施工提供了有效可靠的参考资料。     

城市地铁车站深基坑施工监测方案设计研究

以北京地铁奥运支线森林公园站南基坑工程为依托,根据深基坑工程施工监测的基本方法和基本原理,结合该深基坑工程的开挖围护方案对其进行了包括坡顶竖向及水平位移、围护桩桩身内力及桩体变形、钢支撑轴力、地下水位等内容的监测系统设计,给出了监测信息的反馈程序及监测数据的分析、预测方法.