文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
大面积深基坑开挖过程中桩基受力特性研究
姓名:范巍
申请学位级别:硕士
专业:岩土工程
指导教师:王建华
20070101
上海交通大学硕士学位论文
大面积深基坑开挖过程中桩基受力特性研究
摘要
由大面积大深度的基坑开挖引起土体回弹卸荷将对已存在的坑底桩
基产生影响,国内外已多次报道由大面积大深度土体卸荷竖向回弹造成
的桩基工程事故。但是目前针对这一问题的研究文献报导很少。本文采
用基于非线性有限元的数值方法对大面积深基坑开挖过程中单桩和群桩
的受力特性进行了系统深入的研究,研究侧重于基坑开挖过程中土体卸
荷竖向回弹引起的桩身受力特性变化。
研究表明考虑墙土接触面比不考虑墙土接触面的计算方法更能合理
反映地下连续墙与周围土体相互作用的特征,计算得到的基坑变形结果
也与实测数据更加吻合。在分析基坑开挖过程中单桩和群桩的受力特性
时,有必要考虑墙土接触面。
单桩分析表明在整个开挖过程中,桩身上半部份受到向上的摩擦力而
下半部分受到向下的摩擦力,从而使桩身受拉甚至拉断。由于土体中应
力变化和桩土相对位移对侧摩阻力的综合影响,桩身轴力随开挖深度增
加呈先增大后减小的趋势。桩长、桩土界面极限滑动摩阻力、土层弹性
模量等参数对桩身轴力的影响较大,深层桩土摩擦系数、基坑开挖半径
等参数对桩身轴力的影响较小。坑内降水引起的土体固结会导致桩身预
拉力略有减小。
在群桩有限元模拟计算中,克服了大规模三维接触问题模拟时计算成
本高及难以收敛的困难,实现了基坑中群桩与土体大规模接触分析。分
析表明同一开挖工况下,群桩中距离基坑中心距离近的桩身轴力较大,
而距离基坑中心距离远的桩身轴力较小。但随着开挖深度的增加,这种
差别逐渐减小。
I
上海交通大学硕士学位论文
针对上海世博地下变电站基坑抗拔桩的研究表明,基坑开挖引起的桩
身轴力对抗拔桩的负面影响较轴心受压桩更为明显,在抗拔桩设计中应
充分考虑开挖引起的预拉力的存在,且扩底抗拔桩受到的预拉力大于等
截面桩。正常使用状态下桩身轴力是土体回弹隆起引起的轴力和桩顶上
拔的引起的轴力的叠加。
关键词:深基坑开挖,土体大面积大深度卸荷,桩土共同作用,预拉力
II
上海交通大学硕士学位论文
BEHAVIOR OF PILE FOUNDATION DURING
LARGE-SCALE DEEP EXCAVATION
ABSTRACT
Soil unloading and rebound induced by large-scale deep excavation may
affect the performance and integrity of existing pile foundation inside the
excavation zone. Several instances of pile damage caused by large-scale soil
unloading and rebound been reported in literature. However, the behaviors of
existing pile beneath the excavation zone due to excavation-induced basal
heave have not been well studied and understood. In this study, non-linear
finite element is employed to investigate the behavior of single pile and pile
groups inside the excavation zone during deep excavation. The study mainly
focuses on the effect of basal heave on the behavior of piles.
It is found that in numerical simulation of deep excavation, finite element
model with considering diaphragm-soil interface show closer agreement with
the measure data than diaphragm-soil nodes coupled model. Therefor the