软粘土中基槽开挖对桩基稳定性影响分析

摘要

工程中不仅经常要评估已有桩基在侧向土体运动条件下的响应特性，如与桩基相邻的桥墩基础，打桩，基坑开挖，隧道开挖盾构推进，边坡滑移或山体坍移，都可能引起土层的侧向位移，而且经常要设计抗滑桩以加固不稳定，不安全的边坡或者有可能坍滑的山体。在很多工程实例当中，如港口码头、桥梁基础、工业厂房建筑，常常由于基坑开挖引起地面下沉，抗滑桩常常在土层侧向位移的作用下导致桩体弯曲和挠度过大，使相邻桩基产生水平偏位，从而引起码头、桥梁及工业厂房等结构功能失效或引发事故。 本文主要是对基坑开挖作用下桩基的性态特性进行研究。对现有的被动桩理论研究，模型试验，仿真分析进行综述，为下一步的研究打好基础。进行系统地总结现有的各种被动土压力理论、试验成果和计算方法，分析了被动桩的变形机理；并在此基础上提出自己的观点，推导出新的理论计算方法。对以往软土的本构关系进行了总结和分析，试图找到一种更能反映天津软粘土本构关系的理论模型，并且通过三维弹塑性有限元软件ABAQUS对被动桩受开挖影响进行了模拟研究，重点研究了被动桩形成的机理与形成条件，通过三种不同工况的分析，找到了影响被动桩的因素，为今后的工程实践，和理论研究提供了宝贵的经验；并且，从土体蠕变的角度更深层的挖掘土侧向压力产生的原因，讨论了各种影响因素如土体的工程性质、桩间距，施工顺序，支撑稳定性等对被动桩稳定性影响。并对天津开发区某一实际工程基槽开挖对桩基稳定性影响进行了数值模拟计算。这个实例可以代表天津开发区经常出现的一类工程事故：在软土地基中的桩基础经常受到周边开挖基槽的影响，严重时会导致桩基倾斜，错断：而且，这种现象具有自身的特点就是，尽管基槽本身是稳定的，但其邻近桩基还是会受到其影响，而且这种影响具有滞后性，即并不是基坑开挖完，桩基马上就变形，而是等上一两天才发生桩基的变形，挠曲，甚至是挫断，这对于工程实践是相当危险的。通过这个工程算例，对该工程现象进行模拟，找出开挖前后桩基础的变形特性，并且通过对桩基进行应力分析，桩基挠曲线的计算，分析说明开挖对桩基础变形，桩端转角，桩端水平位移，桩基整体稳定性的影响；结合桩基的力学特性与破坏准则，进一步剖析桩基的稳定性，破坏状态。在最后对被动桩的特性进行了总结，并且指明了将来的研究方向。