地铁车站与下穿式立交桥一体化结构抗拔桩承载机理研究

摘要

最近几年由于城市化进程的加快，越来越多的人口涌入一、二线城市，使这些城市的交通压力骤增，人们开始向地上与地下空间不断发展，各种高耸的建筑物拔地而起，地下空间的开发越来越多。桩基础因其良好的受力性能被广泛应用于这些结构之中。桩基础根据受力形式主要分为抗拔桩与承压桩两种，国内外对于承压桩的研究已经较为成熟，对于抗拔桩的研究则十分少，而且目前有关于抗拔桩的研究大多集中于承载力研究方面，且多数研究是基于模型试验或者经验总结，对于承载机理的理论研究很少，尚无统一的完善的理论出现，对抗拔桩的的沉降变形研究也十分少，对于群桩基础的研究也很少。本文对桩基础承载机理进行系统的研究,侧重于抗拔桩承载机理的研究，结合单桩的竖向与水平静载实验数据，以合肥地铁一号线明光路站为案例展开研究。主要研究了以下内容：　　⑴抗拔桩与承压桩在荷载传递机理之间的区别的。目前，学术界通常认为抗拔桩的破坏形式接近于摩擦桩，初始阶段，主要由上部覆土提供上拔阻力，桩身上部的摩阻力总是先于桩身下部发挥作用。随着桩身的位移不断加大，摩阻力无法抵消上拔荷载，桩身应力不断向下进行扩展。当桩周摩阻力达到限制仍无法抵消上拔力时，桩体变发生上拔而破坏。若上拔力突然施加且很大时，桩身来不及变形也会出现桩身上部拉断的情况。破坏形式根据桩的数量与间距有关，当桩数与桩距均较大时，破坏形式呈非整体式；当桩距较小而桩的数量较多时，桩与土体破坏呈整体式，整体上拔破坏。　　⑵分析抗拔桩的3种破坏形式。抗拔单桩主要有倒锥台剪切破坏、沿接触面剪切破坏和复合剪切破坏三种形式，介绍了七个最常用的荷载传递函数，通过算例，用Tomlinson法、Patra法、理论分析法和回归公式法这四种方法分别进行计算，并与实际接果进行比较，回归公式法是最简便且与实际情况较符合的方法。对影响群桩承载力的因素进行研究，引入群桩效率系数来反映群桩效应对群桩承载力的影响程度。群桩效率系数与桩的长径比成反比，与桩间距成正比，与群桩规模成反比。　　⑶桩基在受到水平方向的力或者弯矩作用下，桩身会发生垂直于轴线方向的挠曲变形。伴随着这种水平力或弯矩的不断增大，土体会产生开裂和隆起，桩身本身的水平位移也会逐渐增大，当水平位移超过桩基变形限值时，桩身就会发生破坏，具体表现为桩身产生裂缝、断裂，甚至由于水平荷载产生的过大上拔力促使桩身拔出地面。在桩的受力特性中，其所能承担的竖向承载力远大于水平承载力，因此水平承载力大小往往成为桩身设计的一个限制条件。影响桩基水平承载力的主要因素有桩身入土深度，桩顶的位移限值，桩体自身的截面刚度，桩体周围的土质条件以及桩顶部的约束条件等等。　　⑷对桩基沉降进行研究。桩基变形通常采用沉降量、沉降差、整体倾斜、局部倾斜来表示。　　⑸运用Midas GTS NX有限元分析软件对合肥地铁一号线明光路站进行数值模拟主要对抗拔桩的沉降位移及桩身轴力进行了研究。该工程结构中抗拔桩的竖直沉降随着开挖深度的增加出现增长，其主要是上浮位移，最大上浮出现在施工最后一步开挖至坑底处。抗拔桩主要抵抗由于卸载的作用下土体的摩擦力产生的上浮力，其侧向位移一般由于土体的扰动，随着开挖深度的增加而增大。

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