基坑开挖时影响邻近单桩桩侧土压力分布因素的数值分析

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1、基坑开挖时影响邻近单桩桩侧土压力分布因素的数值分析摘要：基坑开挖会引起坑外土体侧向移动，土体侧向移动会使邻近桩基产生位移、附加应力及弯矩，严重时可使桩基破坏。采用大型岩土软件Flac3D对多道内支撑地连墙支护基坑开挖过程进行数值模拟，在基坑开挖模式下，分析了桩基距基坑的间距、桩基刚度、桩长、桩顶约束条件对邻近桩基桩侧土压力的影响。关键词：基坑开挖；桩基；土压力；数值分析中图分类号：V552文献标识码：ANumericalAnalysisofInfluencingFactorsofExcavation-in

2、ducedSinglePileLateralSoilPressureDistributionYuZhenTian1,XuChangling2,DingKesheng3,ZhangFenghui3（TianJinTianFangXinChengRealEstateDevelopmentCo.,Ltd.,300162,Ji′nan,China）Abstract:Thelarge-scalegeotechnicalsoftwareFlac3Disusedtoanalysisinfluencingfactorso

3、fexcavation-inducedsinglepilelateralsoilpressuredistribution,includingdistancebetween8pileandexcavation,stiffnessofpilefoundation,lengthofpile,constraintsinthetopofthepile.Keywords:excavation;Pilefoundation;Soilpressure;Numericalanalysis1.有限元建模基坑为矩形，宽度为60

4、m，长度200m，基坑最大挖深Hmax=12m。为避免基坑空间效应和边角效应的影响，并为以后方便研究桩土相对位移，建模时按局部空间问题考虑：基坑宽度x方向取一半为30m，长度y取20m。在x=30m为地连墙作围护结构，地连墙高度H=24m，插入比为1.0，厚度B=0.8m。坑外截断边界距围护结构外侧距离取为5倍的最终开挖深度，即60m，模型下截断边界距坑底的距离为3倍的开挖深度，即36m，这样计算模型几何尺寸为90.8m×20m×48m。围护墙弹性模量取Ec=20GPa，泊松比μc=0.2，密度ρc=25

5、00kg/m3。坑内设9根立柱桩，采用桩（pile）单元模拟，桩长36m，直径为0.7m，间距为10m。水平梁支撑截面为300mm×300mm，采用梁单元（beam）模拟，共设置三道支撑，水平间距为10m，竖向间距为4m，第一道支撑设在地表z=80m处，第二道支撑和第三道支撑分别设在深度4m和8m处。基坑分三步开挖，每次挖深4m，均为先撑后挖。桩基中心线距围护墙外侧6m加一根桩，采用实体单元模拟，桩直径1m，桩长30m，弹性模量E=20Gpa，泊松比μ=0.2，密度ρ=2500kg/m3，桩顶无约束也不施

6、加竖向荷载。桩-土之间建立接触面单元模拟桩土接触.2各种因素对桩侧土压力的影响2.1桩基与基坑不同距离对桩侧土压力的影响分别取桩基距围护结构外侧的距离为6m，8m，10m，14m，18m，24m，30m，36m八种状况进行对比分析，其他参数均不变。随桩基距离基坑距离的增大，桩基侧向位移逐渐减小，1.5倍的开挖深度范围内的桩基，最大侧移位置发生在桩基中部，并且桩基产生最大侧向位移的位置随距基坑距离的增大逐渐上移，超过1.5倍开挖深度范围内的桩基最大侧移点出现在桩顶，这与坑外土体自由位移场是一致的。超过3倍基

7、坑开挖深度范围的桩基侧向位移值很小，可以忽略基坑开挖对其的影响.桩身附加弯矩随距基坑距离的增大而逐渐减小，与最大位移点的变化不同的是产生最大弯矩的位置却随间距的增大而逐渐下移，距基坑36m的桩身附加弯矩不到距离为6m的桩基弯矩的1/20，基坑开挖对超过3倍开挖深度范围外的桩基影响甚小，基坑工程施工时可以不考虑对其的影响。当桩基与基坑的距离超过1倍开挖深度后，桩土相图1不同距离桩侧土压力分布8对位移最大值出现在桩顶，且随距离的增大而逐渐减小，桩端的桩土相对位移亦随间距的增大呈减小趋势。由图1知，随桩基与围护

8、墙间距的增大，桩侧土压力逐渐减小。上部抗力范围和数值均减小，中部推力的范围和数值也减小，但最大土压力的位置却向上移动，桩端的土抗力随间距的增大而逐渐减小。2.2不同桩基刚度的影响临近基坑的建筑桩基由于基坑开挖产生的位移、附加弯矩和应力与桩基自身的刚度有很大的关系。在基本算例的基础上，分别取0.1EI的柔性桩，EI为中性桩，10EI为刚性桩三种情况进行对比分析。基坑开挖深度、支护条件、土体参数、桩基位置、截面形状、长度等条件与基