軟土基坑工程坑中坑開挖對既有工程樁水平承載性能影響分析研究.pdf

1、近些年來，中國城市建設如火如荼，復雜上部結構，大型城市地下綜合體日益增多。這些新建筑形式的出現(xiàn)使得基坑工程朝著“深、大、緊、近”的方向發(fā)展。樁基礎是工程建設中應用最為廣泛的基礎形式之一，尤其在軟土地基上修建建（構）筑物，其在控制上部結構沉降及不均沉降和支承上部荷載方面有顯著優(yōu)勢。對于坑底工程樁而言，由于工程樁的施工先于基坑開挖，加之軟土自身的強度低、易流變等工程特性，基坑的開挖會對工程樁的工作性能產(chǎn)生一定影響。當面臨更為復雜的“坑中坑”

2、開挖時，多重開挖卸荷的影響會使樁基水平承載變得更加復雜。傳統(tǒng)電梯井等坑中坑內坑尺寸較小，其開挖對既有樁基的影響微弱而未受到很大重視，但隨著內坑規(guī)模越來越大，這一問題越來越突出，成為亟待解決的課題。本文依托蘇州文博中心項目，從大劇院地塊現(xiàn)場試驗入手，基于現(xiàn)場試驗結果與數(shù)值模擬結果對比驗證的參數(shù)及本構模型，建立三維坑中坑有限元模型，對坑中坑基坑開挖條件下坑間區(qū)既有工程樁的受力變形響應規(guī)律及水平承載力損失情況進行了研究。得到了如下成果與結論:

3、
　　(1)在太湖沖湖積相軟土層上先后開展了地坪水平靜載試樁試驗、基坑開挖至外坑坑底及內坑坑底時既有試樁的內力變形響應監(jiān)測工作;建立大劇院基坑三維有限元模型，對現(xiàn)場試驗進行了模擬，并將現(xiàn)場試驗結果與數(shù)值模擬結果進行了對比分析，研究了軟土地層上單樁水平承載性狀、外坑開挖及內外坑開挖累積影響下單樁的受力變形響應情況。結果表明，由于太湖沖湖積相淤泥層土質軟弱，水平受荷樁樁側土抗力較小，其荷載傳遞深度較一般土層要略深。
　　(2)基

4、于現(xiàn)場試驗與數(shù)值模擬對比驗證的土層參數(shù)及本構模型，建立三維坑中坑有限元模型，將以經(jīng)驗法估算得到的外坑地連墻水平位移（墻后地表沉降）、數(shù)值模擬得到的內坑開挖前后外坑地連墻水平位移（墻后地表沉降）三者進行了對比，分析了內坑開挖對地連墻水平位移及墻后地表沉降的附加影響;對內外坑開挖累積影響下緊鄰外坑邊樁和位于外坑長短邊中軸線上樁的水平承載特性進行了研究，得到了緊鄰外坑邊樁及外坑長短邊中軸線上樁在內外坑開挖累積影響下的水平位移及樁身彎矩分布規(guī)律

5、;對內坑開挖附加影響下緊鄰外坑邊樁和位于外坑長短邊中軸線上的樁的水平承載特性進行了研究，得到了緊鄰外坑邊樁及外坑長短邊中軸線上樁在內坑開挖附加影響下的水平位移及樁身彎矩分布規(guī)律。結果表明，坑間區(qū)工程樁的內力變形響應是內外坑開挖耦合作用的結果，但不同位置的工程樁的內力變形主導因素不同:靠近外坑邊的樁的內力變形主要受外坑開挖影響，而靠近內坑邊的樁的受力變形則受內坑開挖附加影響較大;其他位置樁則隨所處位置不同兩種因素作用占比不同。
　　

6、(3)研究了不同內坑幾何尺寸工況下坑中坑開挖引起的樁的受力變形響應規(guī)律。首先分別對內坑平面面積一定而內坑挖深變化和內坑挖深一定而內坑平面面積變化兩種工況進行了探討。得到坑中坑開挖條件下內坑平面面積一定（內坑挖深一定）內坑挖深變化（內坑平面面積變化）影響下緊鄰外坑邊樁及緊鄰內坑邊樁的受力變形響應規(guī)律;以此為基礎，選取不同內坑平面面積及挖深進行排列組合（20種工況），以樁頂水平位移）y0及樁身最大彎矩Mmax作為考察指標，考察了隨內坑幾何尺

7、寸變化坑中坑開挖條件下各樁受力變形響應情況。結果表明，坑間區(qū)既有工程樁的內力變形對內坑平面面積變化的敏感程度要比內坑挖深變化的敏感程度大得多。
　　(4)對坑中坑開挖引起內外坑間區(qū)既有工程樁水平承載力的損失情況進行了定量研究。采用樁頂水平位移控制和樁身強度控制的雙重控制標準，以規(guī)范和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分別給出樁頂水平位移和樁身強度方面的失效判據(jù)yso、Msmax，在此基礎上引入水平承載力損失比δ的概念，用以定量表征坑中坑基坑開挖后樁基水

8、平承載力損失情況;從樁頂水平位移和樁身最大彎矩兩個角度計算樁的水平承載力損失比δy、δm，考察坑中坑開挖后不同位置樁兩種損失比的變化規(guī)律;統(tǒng)計分析了研究區(qū)內各樁的承載力損失比的分布情況;研究結果表明，緊鄰外坑邊樁的水平承載力損失程度最大，而在緊鄰外坑邊樁中又有長短邊中部附近的樁的承載力損失最大，部分甚至已經(jīng)失效;隨著遠離外坑邊而靠近內坑邊主影響區(qū)，樁的水平承載力損失程度呈先減小再增大的變化規(guī)律。
　　(5)通過研究給出了減小坑間區(qū)

9、既有工程樁水平承載力損失的工程措施。
　　從改變支護結構參數(shù)、地基土參數(shù)及樁基自身參數(shù)出發(fā)，探討了除基坑幾何尺寸外的其他因素改變情況下坑中坑開挖引起的工程樁水平承載力的損失情況。并基于此給出了減小坑間區(qū)既有工程樁水平承載力損失的工程措施，結果表明:對坑間區(qū)土體進行加固除能較好的控制外坑地連墻水平位移及外坑墻后地表沉降外，對減小工程樁水平承載力損失也具有較顯著的效果;適當加大內坑地下連續(xù)墻厚度及合理設置內坑支撐能有效的減小鄰近內坑邊