桥梁摩擦桩桩周土体扰动对桩基承载力影响的研究

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1、桥梁摩擦桩桩周土体扰动对桩基承载力影响的研究摘要：地铁土方开挖施工会对周围土体产生扰动，进而对邻近桩基产生危害。本文针对青岛地铁1号及3号线施工对太原路立交桥桩基的影响，运用镜像法原理，推导土体损失产生的附加应力，在此基础上将桩基简化为有限长弹性地基梁，基于Winkler地基模型，计算桩基由于土体损失引起的受力及承载力下降。运用有限元模拟地铁土方开挖施工引起的土体损失及其对邻近桩基的影响，进而提出减小地铁廊道土方开挖施工对桩基础影响的相关工程设计及施工措施。关键词：地铁土方开挖；桩基；地基模型；有限元；加固Abstroct：thesubwayexcavationwillproduc

2、edisturbancetothesurroundingsoil,andimpactonadjacentpilefoundatiori.Inthispaper,theinfluenceofconstructionofQingdaoMetroLine1andline3onthepilefoundationoverpassofTaiyuanRoad,usingtheimagemethod,additionalstressofsoillossisgenerated,onthebasisofpileissimplifiedasfinitelengthelasticfoundationbea

3、m,basedontheWinklerfoundationmodel,thecalculationofpilesduetostressandbearingcapacityofsoillosscausedbyfalling.Byusingthefiniteelementsimulationsubwayexcavationinducedsoillossanditseffectontheadjacentpilefoundation,andthenreduceMetrocorridorearthworkengineeringofpilefoundationdesignandconstrue

4、tionmeasuresoftheinfluenceofexcavation.Keywords：subwayexcavation；pilefoundation；foundationmodel；finiteelement；reinforcement中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)1引言随着沿海软土地区城市轨道交通建设的快速发展，城市的地铁隧道往往需穿越周围已建的或在建的建(构)筑物的桩基础。地铁施工产生软土地层土体损失，从而导致隧道附近土体应力场发生重分布，邻近桩基周边法向应力将有不同程度的释放，使得桩基的承载能力折减。同时，隧道施工引起隧道

5、周围地层移动，其产生的自由土体位移场使得工作状态的桩基产生附加的弯矩和变形，对桩基础的使用安全产生风险。在青岛地铁1号线及3号线工程施工中，根据工期安排及现场实际情况，地铁1号线和3号线的施工需在与之形成交叉的太原路立交桥下部桩基础施工完成之后进行。地铁隧道距离两侧工程桩的最小距离仅有1.5m左右。在地铁隧道穿越已施工的桩基础时，土方开挖会产生土体损失和应力释放，对邻近桩基产生不可忽视的影响，需要对隧道穿越桩基础的影响进行分析，并在太原路桩基础设计及施工过程中采取相关技术措施。针对青岛地铁1号线及3号线隧道穿越对太原路立交桥桩基础的影响问题，分别运用理论计算方法和三维数值模拟分析土

6、方开挖施工土体损失对邻近桩基的影响。结合分析结果，提出减小地铁廊道土方开挖施工对桩基础影响的相关工程设计及施工措施。2土体损失引起桩基侧向变形和受力的理论计算桩基受土方开挖的影响如图1所示。本文只考虑地铁廊道从桩体一侧正交穿过时的情况，且分两种不同的桩长，代表了太原路立交桥与地铁交叉的桩基的两种类型。桩1为长桩，桩端位于地铁廊道底面以下，即L>h+D/2；桩2为短桩，桩端位于地铁廊道水平轴线以上，即L由理论计算方法得到桩1和桩2的侧向弯距如图4所示。桩1在沿桩顶向下4.3m处受到最大侧向负弯距5.7kN-m,在沿桩顶向下9.Om处受到最大侧向正弯距17.1kN•m,即在地铁廊道轴线

7、水平面上桩身受到最大附加弯矩。桩2在沿桩顶向下3.9m处受到最大侧向弯距11.6kN•m,即桩身2/3截面处最危险。理论计算与有限元计算的最大弯矩值相差不大，但是发生的位置有较大差别，主要是由于理论计算只考虑oy的影响，而有限元分析考虑了侧向附加应力oy和ox等的三维效应，导致其受力较复杂。图4桩基所受的侧向弯矩沿深度分布图（理论计算方法）3.2.3桩基的剪力分析土体损失引起的侧向附加应力作用于桩1和桩2,垂直于地铁廊道轴线方向上桩身的附加剪力Fy沿竖向分布如图5和图