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(shè)如火如荼，復(fù)雜上部結(jié)構(gòu)，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(chǔ)是工程建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的基礎(chǔ)形式之一，尤其在軟土地基上修建建（構(gòu)）筑物，其在控制上部結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(dāng)面臨更為復(fù)雜的“坑中坑”

2、開挖時(shí)，多重開挖卸荷的影響會使樁基水平承載變得更加復(fù)雜。傳統(tǒng)電梯井等坑中坑內(nèi)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(nèi)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(xiàng)目，從大劇院地塊現(xiàn)場試驗(yàn)入手，基于現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果對比驗(yàn)證的參數(shù)及本構(gòu)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(yīng)規(guī)律及水平承載力損失情況進(jìn)行了研究。得到了如下成果與結(jié)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(yàn)、基坑開挖至外坑坑底及內(nèi)坑坑底時(shí)既有試樁的內(nèi)力變形響應(yīng)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(yàn)進(jìn)行了模擬，并將現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)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(nèi)外坑開挖累積影響下單樁的受力變形響應(yīng)情況。結(jié)果表明，由于太湖沖湖積相淤泥層土質(zhì)軟弱，水平受荷樁樁側(cè)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(yàn)與數(shù)值模擬對比驗(yàn)證的土層參數(shù)及本構(gòu)模型，建立三維坑中坑有限元模型，將以經(jīng)驗(yàn)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(nèi)坑開挖前后外坑地連墻水平位移（墻后地表沉降）三者進(jìn)行了對比，分析了內(nèi)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(nèi)外坑開挖累積影響下緊鄰?fù)饪舆厴逗臀挥谕饪娱L短邊中軸線上樁的水平承載特性進(jìn)行了研究，得到了緊鄰?fù)饪舆厴都巴饪娱L短邊中軸線上樁在內(nèi)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(nèi)坑開挖附加影響下緊鄰?fù)饪舆厴逗臀挥谕饪娱L短邊中軸線上的樁的水平承載特性進(jìn)行了研究，得到了緊鄰?fù)饪舆厴都巴饪娱L短邊中軸線上樁在內(nèi)坑開挖附加影響下的水平位移及樁身彎矩分布規(guī)律。結(jié)果表明，坑間區(qū)工程樁的內(nèi)力變形響應(yīng)是內(nèi)外坑開挖耦合作用的結(jié)果，但不同位置的工程樁的內(nèi)力變形主導(dǎo)因素不同:靠近外坑邊的樁的內(nèi)力變形主要受外坑開挖影響，而靠近內(nèi)坑邊的樁的受力變形則受內(nèi)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(nèi)坑幾何尺寸工況下坑中坑開挖引起的樁的受力變形響應(yīng)規(guī)律。首先分別對內(nèi)坑平面面積一定而內(nèi)坑挖深變化和內(nèi)坑挖深一定而內(nèi)坑平面面積變化兩種工況進(jìn)行了探討。得到坑中坑開挖條件下內(nèi)坑平面面積一定（內(nèi)坑挖深一定）內(nèi)坑挖深變化（內(nèi)坑平面面積變化）影響下緊鄰?fù)饪舆厴都熬o鄰內(nèi)坑邊樁的受力變形響應(yīng)規(guī)律;以此為基礎(chǔ)，選取不同內(nèi)坑平面面積及挖深進(jìn)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(biāo)，考察了隨內(nèi)坑幾何尺

7、寸變化坑中坑開挖條件下各樁受力變形響應(yīng)情況。結(jié)果表明，坑間區(qū)既有工程樁的內(nèi)力變形對內(nèi)坑平面面積變化的敏感程度要比內(nèi)坑挖深變化的敏感程度大得多。
　　(4)對坑中坑開挖引起內(nèi)外坑間區(qū)既有工程樁水平承載力的損失情況進(jìn)行了定量研究。采用樁頂水平位移控制和樁身強(qiáng)度控制的雙重控制標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分別給出樁頂水平位移和樁身強(qiáng)度方面的失效判據(jù)yso、Msmax，在此基礎(chǔ)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(gè)角度計(jì)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(jì)分析了研究區(qū)內(nèi)各樁的承載力損失比的分布情況;研究結(jié)果表明，緊鄰?fù)饪舆厴兜乃匠休d力損失程度最大，而在緊鄰?fù)饪舆厴吨杏钟虚L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(yuǎn)離外坑邊而靠近內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)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(jié)果表明:對坑間區(qū)土體進(jìn)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(dāng)加大內(nèi)坑地下連續(xù)墻厚度及合理設(shè)置內(nèi)坑支撐能有效的減小鄰近內(nèi)坑邊