基坑开挖对坑底管桩群桩承载性状影响研究

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基坑工程开挖卸载引起的灾变问题一直是社会关注的热点之一,近年来基坑开挖导致的坑内管桩断裂,桩基倾斜等工程事故时有发生。遗憾的是,到目前为止,与管桩相关的承载机制方面的理论和实验研究很少,相关文献只是集中在管桩的断桩和偏位的事故处理上,而基坑开挖对桩基力学特性的影响研究也只是针对灌注桩。基于此,本文主要围绕基坑开挖对静压桩的影响为中心,通过室内模型试验和数值模拟等手段,开展了一系列试验,主要内容如下:(1)从含水量、压实度、预压三种影响因素入手对桩土界面的残余强度进行了试验研究,研究结果表明:残余强度随着法向应力、压实度的增大而增大,随着含水率的增大表现出先增后减的趋势,且在最优含水率附近达到最大值。同时,残余强度、考虑预压之后的残余强度与法向应力的线性关系显著,界面的剪切破坏符合莫尔-库伦剪切破坏准则。(2)通过室内模型试验,对比分析了卸载前后不同位置模型桩力学特性的变化情况,考察了卸载对埋桩和压桩两种不同成桩方式的桩身力学特性的影响程度,研究表明:在相同的桩顶荷载下,卸载后的模型桩沉降增大,桩基承载力、刚度均出现了不同程度的降低。卸载结束后桩身出现拉力,轴身下部出现负摩阻力,两者随着卸载等级的增大而增大,中性点位置随着卸载等级的增大而下降。同时发现,对于桩身轴力和侧摩阻力受卸载的影响程度而言,埋桩受到的影响明显大于角桩。(3)采用ABAQUS对基坑开挖后坑底群桩的力学特性进行三维数值模拟,分析桩长、桩间距等参数对桩身力学特性的影响,研究结果表明:开挖结束后,中心桩的轴力最大,边桩略大于角桩,但两者明显小于中心桩,各桩的桩身下部均出现不同程度的负摩阻力。桩身轴力随着桩长的增大而增大,但中性点的位置逐渐模糊。桩间距减小,桩数增多,桩身轴力的最大值明显降低,5D的桩间距对于侧摩阻力的发挥最为有利。摩擦系数增大,桩基的轴力和侧摩阻力变大;开挖深度增大,同一位置桩基的最大轴力值随着开挖深度的增加而增大,最大轴力的位置逐渐下降。
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