基坑开挖中单桩考虑截桩效应的数值分析.pdf

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1、赵歆等：基坑开挖中单桩考虑截桩效应的数值分析l17I)OI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．10．045基坑开挖中单桩考虑截桩效应的数值分析赵歆，段贤明(1．天津市市政工程设计研究院．天津300051；2．天津大学土木"r-程系，天津300072)【摘要】采用ABAQUS中的修正剑桥模型，通过建立二维轴对称模型，对坑底抗拔单桩进行了定量分析，分析结果表明，对于坑底单桩，在开挖初期，桩侧摩阻力发挥不充分；随着挖深增加，桩侧摩阻力逐渐达到极限值，此时继续开挖，虽桩土相对位移有较大变化，但桩侧摩阻力发挥程度改变较小。解释了开挖初期桩身轴力增

2、加幅度较大，开挖至坑底时桩身轴力会有一定程度的减小。【关键词】基坑开挖；单桩；截桩效应；桩身轴力；桩侧摩阻力【中图分类号】TU473．2【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2015)10—0l17—03在大型深基坑施工过程中，桩基础一般在基坑开图2为有效桩长29m的试桩(桩顶标高处于地挖前进行设置。在打桩过程中，大部分工程桩桩顶位表)和工程桩(桩顶标高处于坑底)在不同开挖深度时于基坑坑底标高处，对于需要做承载力试验的试桩则的受力及变形性状有限元对比分析。由图可以位于地表。由于试桩桩顶位于地表且在开挖过程中发现：需要截桩，其桩身受力及变形性状有

3、别于工程桩。(1)在基坑开挖的整个过程中，不同种类的桩1有限元模型基均受到一定程度的拉力作用。这是由于土体卸荷采用ABAQUS软件进行建模计算，几何尺寸见图回弹，使埋藏于其中的桩身上部受到土体向上的正侧1⋯。基坑开挖尺寸为深度20m，宽度80m；围护结构摩阻力，桩身下部受到向下的负侧摩阻力，从而造成采用地连墙模拟，厚度为I．0m，人土深度20m；支撑采桩身全长受拉。开挖至坑底时，二者的轴力分布均有用每延米刚度EA=1．0e6kN／m的板进行模拟，共设4一定程度的减小，其原因可能是距离坑底标高一定深度道支撑，分别距离围护结构顶部2、6、11、15m；计算桩

4、处桩土接触压力因土压力减小而降低，以及在桩身中性径为0．7m，有效桩长29．0m。点附近桩身侧摩阻力因桩土位移较小而发挥不足。结合天津地区软土地基工程经验，参考相关工程表1土层分布及剑桥模型参数地质资料，确定该工程主要土层分布及相应剑桥模型参数如表l所示。其中素填土无试验资料，以土层2序号土层名称层底深度／m重度／kN·mI3AKMe参数代替；51～100m均按土层7参数取值。模型分析过程如下：①施加重力荷载，并进行地应力平衡；②开挖至地表以下2．5m处；③截断模型桩至桩顶以下2．5m处，并施加第一道支撑；④重复步骤2和步骤3，直至开挖地表以下20m处的

5、基坑坑底。(2)随着开挖深度的不断增加，二者均呈现桩身上部侧摩阻力逐渐减小，下部侧摩阻力不断增大，侧摩阻力转折点也随之下移，开挖至坑底时，桩端附近侧摩阻力达到极限值。(3)在开挖初期，试桩的桩身轴力分布明显大于工程桩，且试桩坑底标高处桩身轴力较大，这是因为开挖较浅时，位于坑底标高以上部分的桩身由于桩土相对位移产生一部分向上的侧摩阻力。随着开图1有限元模型几何尺寸示意图挖的进行，二者差距逐渐缩小，开挖至坑底时，二者的2有限元结果分析轴力最大值均出现在20m处，即桩身2／3部位。118低温建筑技术2015年第lO期(总第208期)+桩侧摩阻开力／kN·m桩侧

6、摩阻力／kN·nl挖-一80—60-40—斌至200●204080—6O—∞一2002040底(一第二层开挖完成(试桩)5+第二层开挖完成(试桩)5一第三层开挖完成(试桩桩试)+第三层开挖完成(试桩)、+第四层开挖完成(试桩)10+第四层开挖完成(试桩)l0Ⅲ，辑鼹挖至蠢15(a)试桩桩侧摩阻力变化(b)工程桩侧摩阻力变化桩身轴力／kN桩身轴力／kN0300600900l20O1So00O551O目l015202025开挖完成(试桩)25(试桩)开挖完成(试桩)(试桩)30开挖完成(试桩)30(试桩)+开挖至坑底(试桩)-I-开挖至坑底(试桩)(c)试桩

7、桩身轴力变化(d)工程桩桩身轴力变化图2开挖过程中试桩与工程桩有限元对比分析图3为开挖过程中试桩和工程桩桩顶处桩土相对位移与Tma~／t『。关系曲线图。可以看出在开挖初期桩。·8侧土体回弹值较小，对应的Tm．／'r在第三层开挖完并挖至坑剧成约为0．6左右，桩侧摩阻力发挥程度不充分；而第四层开挖完成时，桩土相对位移相应增加，-'／'max／"／"约为。·2—试桩j0．93～0．95，各桩侧摩阻力发挥程度较大；从第四层开·工程桩01O2O3O4050挖至坑底，虽桩土相对位移有较大变化，但桩侧摩阻第二层力发挥仅从0．95上升到0．99左右，改变较小。这开挖完成

8、桩顶处桩土相对位移／mm也解释了开挖至坑底时，桩身轴力会有一定程度的减图3开挖过