多支撑基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究

发布时间：2019-09-11 14:25

【摘要】：基坑开挖引起的地层移动对临近建筑物下桩基产生影响。运用岩土数值计算软件FLAC3D进行了多支撑围护基坑开挖对邻近桩基影响的三维数值研究,采用修正剑桥硬化土模型模拟土体的非线性应力—应变关系,桩基采用线弹性模型,桩土之间建立接触面。首先在标准问题中对不同桩顶约束条件的邻近桩基进行了研究,然后就围护墙体水平位移量、桩基与基坑开挖面的距离、桩基刚度、桩基长度和桩顶竖向荷载等因素对邻近桩基的影响规律进行了研究,计算结果与先前学者的工程实测结果进行了对比,与工程实测数据在其基本分布方面具有较高的一致性,可为相关的设计施工提供参考。
【图文】：

弯矩图,围护墙,体位,弯矩

基坑采用地下连续墙或排桩支护时，深层水平位移监测报警值为０．４％Ｈ～０．５％Ｈ），图２为基坑不同开挖步时围护墙体位移及弯矩，围护墙体变形基本呈抛物线型，符合多支撑基坑围护墙体变形规律。图２围护墙体位移和弯矩Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔｏｆｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｓ本文中关于位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的方向规定如下：桩基位移为负值则表示桩基产生朝向坑内的位移，反之则产生朝向坑外的位移；桩基截面剪力以剪力使桩基一微段产生顺时针方向旋转为正，反之为负；弯矩以桩基在远离基坑的一侧弯曲受拉为正，反之为负；桩侧土压力（净土压力，下同）以桩侧土压力指向基坑内方向为正，反之为负。桩基位移为桩基轴心线的位移，桩侧土压力是通过累加单位桩长上接触面节点上的法向力及切向拖曳力在土体位移方向上的分量得到。２．１标准问题分析在标准问题中桩顶的约束条件简化为桩顶自由、桩顶铰接和桩顶固定３种情况。当邻近基坑的单桩在垂直于基坑边线方向无约束时，桩顶可视为自由（例如高架桥走向和基坑边线平行时）。桩顶铰接情况（桩顶位移约束但是转动自由）多出现在当建筑物采用单桩支撑上部柱子时，为提高基础的整体稳定性在桩顶采用系梁连接，系梁一般较为长细仅对各桩基发挥横向支撑作用而转角约束作用很小，因此可以将桩基顶部视为铰接。而桩顶固定适用于带有大型桩帽的桩基或者大型桩筏基础结构中的桩基等。随着基坑开挖深度增加，邻近桩基位移、内力和桩侧土压力均增大，图３仅绘出基坑最后一个开挖步时邻近桩基沿桩长的水平位移、弯矩、剪力和桩侧土压力分布。由图３可以看出，不同桩顶约束的影响较大，不同桩顶约

桩基性状,围护墙,水平位移量,桩基

０．３８％Ｈ和０．４１％Ｈ，所对应的邻近桩基的位移、内力及桩侧土压力分布见图４，可以看出邻近桩基的位移、弯矩、剪力和桩侧土压力均随围护墙变形量增加而增大，以桩基位移增大最为明显。图４围护墙体水平位移量变化对桩基性状的影响Ｆｉｇ．４Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｏｆｒｅｔａｉｎｉｎｇｗａｌｌｏｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｐｉｌｅ２．３桩基与基坑开挖面距离的影响图５为在最大挖深时桩基与基坑开挖面距离Ｘ为３、６、９、１２、１８、２１、２５ｍ时邻近桩基的位移、内力和桩侧土压力分布。当桩基与基坑开挖面距离Ｘ≤１２ｍ时，桩基水平位移、弯矩、剪力和桩侧土压力分布形状很相似，但是随距离增大很快降低，当距离Ｘ＞１２ｍ后，桩基的各反应均较小，这说明当桩基距离基坑开挖面超过１．０Ｈ后，基坑开挖对邻近桩基影响已经比较小了。２．４桩基刚度的影响对水平受荷桩及被动桩可采用Ｐｏｕｌｏｓ等［１７］提出的桩基柔度因数ＫＲ来评价桩土相对刚度：ＫＲ＝ＥＰＩＰＥＳＬ４（２）式中，ＥＰ为桩基弹性模量；ＩＰ为桩基横截面惯性矩；Ｅｓ为土体压缩模量；Ｌ为桩基长度。当ＫＲ＝１０－２时，为刚性桩，ＫＲ＝１０－３时，为中等刚度桩，当ＫＲ＝１０－４时，，为柔性桩。由于桩径、桩长和土体模量的变化都对桩基柔图５桩基与基坑开挖面距离变化对桩基性状的影响Ｆｉｇ．５Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｐｉｌｅ度因数产生影响，按标准模型中的参数（土体模量按桩长
【作者单位】：天津城建大学土木工程学院;天津市软土特性与工程环境重点实验室;上海申元岩土工程有限公司;中国水利水电第十二工程局有限公司;
【基金】：国家自然科学基金项目(41172233) 天津市自然科学基金重点项目(13JCZDJC35500)资助
【分类号】：TU473.1;TU753

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