基坑开挖土体扰动对邻近既有建筑桩基的影响研究

发布时间：2020-10-21 13:06

　　 基坑施工过程中对土体造成扰动,使土体应力路径、应力应变关系和强度变形产生很大改变,为了分析基坑开挖土体扰动对邻近既有建筑桩基的影响,本文通过对基坑开挖土体扰动区的分析,结合室内振动试验模拟土体扰动,进行固结不排水试验、不固结不排水试验和无侧限抗压试验,研究了土体强度与扰动度之间的关系;分析了常规直剪试验和扭剪剪切试验在不同应力和不同含水率条件下的桩土界面剪切特性的差异性;进行了不同扰动程度土样的桩-土界面扭剪试验;为了分析土体强度损失和高堆载在基坑开挖过程中对邻近既有建筑桩基的影响,本文以上海莲花河畔景苑倒塌7号楼为例,通过对开挖扰动区域范围内不同扰动程度区域的土体强度折减,应用ABAQUS有限元分析软件建立三维基坑开挖模型研究基坑对邻近既有建筑桩基轴力、弯矩和位移变形的影响,得出的结论如下:(1)通过现有扰动土体的研究,结合本文扰动土体的室内试验分析,确定了室内小型振动台试验模拟不同扰动区域土体扰动度研究的可行性,并初步确定基坑开挖土体扰动区(强扰动区、中扰动区和弱扰动区)的强度折减系数分别为0.45~0.57,0.62~0.8和0.85~0.9之间。(2)在同一法向应力和含水率下,扭剪剪切和直剪剪切两种剪切方式的剪切应力-剪切位移差别比较大,且随着法向应力的增加变化越显著,扭转剪切的桩-土界面剪切强度为直剪剪切强度的1.5~2.1倍。(3)土体扰动后土体原有结构遭到严重破坏,桩土界面的剪切强度随土体强度的损失的增加而降低;根据土体扰动后的强度损失与桩-土界面间强度损失关系,拟合经验公式。建立扰动土体强度损失与桩土界面剪切强度的损失关系,通过基坑开挖对土体强度造成的损失,评估桩土界面摩擦强度的损失,可为工程施工提供参考。(4)基坑开挖扰动区土体强度折减后,坑底土体隆起位移增加,桩体水平位移明显增大,折减前后建筑物地面处向基坑侧的位移分别为57.2mm和74.8mm,建筑物顶部向基坑侧的位移分别为47.7mm和87.2mm。折减前桩顶位移随距离坑边的距离增加呈递增的趋势,而折减后桩顶位移随距离坑边的距离增加基本呈线性递减。无折减桩身最大弯矩50.2kN·m,折减后桩身最大弯矩33.0kN·m,均未达到管桩抗裂弯矩52.0kN·m。而不折减桩轴力最大值2721.0 kN,折减后桩轴力最大值2267.9 kN,均超过桩身竖向承载力设计值2000kN。(5)堆载下的基坑开挖坑底隆起位移更加明显,堆载前后桩体水平位移变化趋势相反,堆载前后建筑物地面处向基坑侧的位移分别为21.5mm和74.8mm,建筑物顶部向基坑侧的位移分别为58.9mm和87.2mm;没有堆载条件下的桩顶位移随距离坑边的距离增加呈递增的趋势,而堆载的桩顶位移随距离坑边的距离增加基本呈线性递减,且有堆载下桩顶位移均明显大于没有堆载的桩顶位移。堆载作用使桩身弯矩明显增大,无堆载时弯矩最大值为20.4kN·m,堆载下弯矩最大值达到33.0kN·m。无堆载桩身最大轴力1770.6 kN,由于高堆载的作用建筑桩轴力明显增大,桩轴力最大值为2267.9 kN,超过了管桩承载力设计值2000 kN,导致管桩最终被压断。
【学位单位】：浙江科技学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU753
【部分图文】：

1.1 课题背景及意义随着社会的发展和城市化进程的加快, 土地需求与供应之间的矛盾越来越明显。城市建筑物密集程度越来越高,地下空间的开发利用日益受到重视。在基坑开挖、桩基施工和隧道施工等施工过程中不可避免的对周围土体造成扰动和对邻近既有建筑造成影响，对杭州、上海等软黏土地区，由于天然淤泥质黏土结构性强，灵敏度高，因此外界对土体产生的扰动非常明显。尤其对于深基坑工程来说，由于其施工地质环境复杂和技术难度大，人们对由基坑开挖引起的坑周土体性质的改变、土体结构和土体介质的变形、失稳、破坏的发展过程研究不足，即使有所研究，却缺乏较好地理论和方法进行解决，导致地下工程施工过程中产生基坑边坡失稳和坍塌的事故屡见不鲜。例如：2005 年 7 月 21 日中午 12 时许，广州市海珠城广场发生基坑坍塌事故，导致邻近 2 幢建筑物损毁，造成 3 人死亡，3 人受伤。

图 1-2 杭州地铁湘湖站北 2 基坑坍塌事故2006 年 1 月 4 日，黑龙江省哈尔滨市某勘察设计院经济适用住房工程发生一起基坑土方坍塌事故，造成 3 人死亡、3 人轻伤，直接经济损失 61.7 万元。

2图 1-3 哈尔滨某勘察设计院经济适用住房基坑土方坍塌事故 27 日清晨 5 时 30 分左右，上海闵行区莲花南路、罗阳路区， 一栋在建的 13 层住宅楼全部倒塌，造成一名工人
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本文编号：2850152