軟弱土體對(duì)工程樁的側(cè)向作用分析.pdf

1、軟弱地基開挖，流動(dòng)土體對(duì)坑內(nèi)樁基推移可導(dǎo)致樁基偏位；或者，軟土由于固結(jié)、塑性屈服和流變等引起側(cè)向移動(dòng)，進(jìn)而對(duì)樁基施加推力，導(dǎo)致樁基產(chǎn)生側(cè)向彎曲，甚至發(fā)生折斷，降低了樁基的豎向承載力和使用性能。如今，這類工程事故在軟土地區(qū)時(shí)有發(fā)生。 軟弱地層深挖基坑中工程樁與流動(dòng)土體相互作用屬于被動(dòng)樁的研究范疇。由于難以確定流動(dòng)土體作用于樁身側(cè)壓力大小，使得該類樁基與土體相互作用的研究變得較為復(fù)雜，更無法準(zhǔn)確地通過解析方法確定樁基在流動(dòng)土體作用下

2、的反應(yīng)性狀、評(píng)估樁基的受損壞程度。這些都是日益突出的樁基工程事故分析和合理補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)所要解決的問題。 分析總結(jié)國內(nèi)外在相近課題上的研究成果與進(jìn)展，論文著眼于理論和實(shí)踐中迫切需要解決的難題，采用數(shù)值方法對(duì)以下問題進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究： (1)從土拱效應(yīng)的角度揭示了工程樁與流動(dòng)土體相互作用的過程與實(shí)質(zhì)。解釋了樁受流動(dòng)土體作用的土壓力形成機(jī)理，闡述了土壓力大小與土性參數(shù)、樁布置型式的關(guān)系。根據(jù)土壓力與土性參數(shù)的關(guān)系，指出了被廣泛采

3、用的Tomio塑性繞流土壓力計(jì)算公式的不足。根據(jù)樁間土體成拱特征，解釋了受流動(dòng)土體作用下相鄰樁基相互作用的機(jī)理。 對(duì)粘性土、無粘性土中的土拱形成機(jī)理及樁周土體破壞特征進(jìn)行分析，并從土拱效應(yīng)的四個(gè)主要方面：土拱形狀、樁周土體塑性(拉裂)區(qū)分布、豎向位移等值線和樁后土體殘余荷載分擔(dān)比，探討了改變土體參數(shù)、樁土接觸特性、群樁排列方式對(duì)樁間土拱效應(yīng)的影響及其規(guī)律。研究表明，土性不同時(shí)，土拱形成過程中土體的受力和破壞形式不同：泊松比、剪脹

4、角、樁土接觸特征對(duì)土拱效應(yīng)的影響最明顯。強(qiáng)度高、剪脹角大、樁土接觸面粗糙或泊松比小的土體，易形成土拱。 根據(jù)分析得到的排樁繞流土壓力與土性參數(shù)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，壓力大小與土體強(qiáng)度參數(shù)、剪脹角、泊松比、樁土接觸特征等均存在聯(lián)系。而Tomio基于塑性變形理論的土壓力計(jì)算公式只反映了壓力大小與強(qiáng)度參數(shù)的關(guān)系，尚存不足。 土拱效應(yīng)存在于一定樁間距之內(nèi)的土層中。對(duì)于群樁，基樁的排列方式對(duì)樁 間土拱效應(yīng)也有影響，相鄰基樁通過樁間土

5、體成拱特征相互作用，土拱效應(yīng)越明顯，基樁間的相互作用越強(qiáng)烈。(2)計(jì)算了工程樁(單樁)在流動(dòng)土體作用下的樁身變位和彎矩，并對(duì)有關(guān)影響因素進(jìn)行了研究。這些因素包括基坑邊坡特征和樁的參數(shù)。研究表明，基樁反應(yīng)隨有關(guān)參數(shù)表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性。具體而言，工程樁距離邊坡越遠(yuǎn)，樁身變位和彎矩越小；與邊坡距離不同，樁身變形曲線的形狀不同；分步開挖、邊坡坡角小，樁身變形和彎矩較??；樁長不同，樁基破壞模式不同；樁截面尺寸大，或樁身材料強(qiáng)度高，或樁端進(jìn)入硬持力

6、層的深度大，樁頂位移和樁身最大位移減小并不明顯，而樁身最大彎矩增加。 計(jì)算了軟弱地層深挖基坑中的群樁反應(yīng)性狀，并通過樁間土拱效應(yīng)，將得到的群樁效應(yīng)規(guī)律從理論上作了深入探討。研究的群樁有樁基連線平行和垂直于邊坡布置的兩樁、對(duì)稱布置的四樁、五樁、三行兩列與兩行三列布置的六樁。 (3)以某工程為例，借助數(shù)值模擬計(jì)算了軟弱地基中基坑開挖后坑內(nèi)工程樁的樁頂偏位，通過與實(shí)測值對(duì)比，兩者吻合較好，驗(yàn)證了應(yīng)用數(shù)值模擬分析該項(xiàng)目的有效性，