坑内土体开挖对工程桩变位影响分析

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1、第!"卷第#期南’京’工’业’大’学’学’报29:;!",9;#!$$%年&月()*+,-.)/,-,(0,1*,023+4056)/5378,).)16<=>;!$$%坑内土体开挖对工程桩变位影响分析黄广龙，薛’艳，梅国雄（南京工业大学土木工程学院，江苏南京!?$$$@）摘’要：软土地区由于基坑内土体开挖不当引起的工程桩变位事故频频发生，造成很大的经济损失，给工程安全带来隐患，因此迫切需要解决这个问题。从分析基坑土体开挖时工程桩上受到的荷载作用入手，研究了滑动土体及施工荷载对工程桩变位的影响，运用弹性抗力法分析了荷载作用下工程桩桩身任一点内力

2、和位移分布情况。对某工程实例进行分析，计算开挖时作用于桩身的最大弯矩及其位置，与现场实测的桩身断裂位置基本一致，表明开挖形成的临空面滑动土体及施工荷载引起的水平荷载是导致桩身偏位甚至断裂的根本原因。关键词：基坑工程；土体开挖；工程桩变位；桩基础!中图分类号：5*AB#’’’文献标识码：-’’’文章编号：?%B?CB%A#（!$$%）$#C$$$%C$&’’桩基基础施工时一般是工程桩先施工，然后进生挠曲变形。其受力过程为：土体开挖形成临空面行基坑土方开挖，在软土地基中，这一施工过程常常土体一侧产生主动土压力!=，桩体受水平向推力，由于土体开挖方法

3、不当引起软粘土地基侧向流动，往临空面一侧发生变形，随着变形的增大，土体内出从而产生显著的地基沉降和水平位移，其水平位移现潜在滑动面。同时另一侧的土体由于桩的位移引可达开挖深度的?DE!D，甚至更大，使工程桩产起被动土压力!F发挥，对桩的变位起到抵抗作［?］［#］生水平偏位，甚至断桩，成为“偏斜缺陷桩”。用。此时工程桩即成为挡土桩。偏斜缺陷桩表现的外部特征是桩头偏离轴线和另外，挖土机和运土车辆的质量及施工动荷载桩顶面倾斜，主要原因是由于桩周土的水平运动，土直接作用在坡顶，进一步加剧了土体变形，当开挖达对桩产生的水平压力导致桩身产生水平向挠曲和弯到

4、一定深度时，土体产生滑动，桩体受到更大的水平［!］矩，而使桩偏斜或弯曲断裂。以致其承受竖向荷载推力。当其超出桩身强度极限时，桩体则出现裂的性能与铅直桩相比有较大的差异，承载力会明显隙直至断裂，如图?所示。［?C!］降低，甚至完全丧失，从而造成各种工程事故。虽然近年来预应力薄壁管桩因其桩身质量好、工程造价低在软土地区得到大量的应用，但其挤土效应和抗侧向作用差的缺点也逐渐显现出来。由于土体开挖不当造成管桩偏位甚至断裂的工程事故已屡见不鲜，下面就针对土体开挖对工程桩变位所产生的影响进行分析。?’基坑开挖时工程桩的受力分析?;?’作用于工程桩上的力系假

5、定嵌固在坚硬土层或岩层内的下部桩体不可图?’桩体受力示意图/GH;?’/9IJKL=JMKN9OFG:K=PMKI:9=NGOH转动，则处于软土层内的桩体受水平向剪应力将产!收稿日期：!$$&C$@C!@基金项目：国家自然科学基金（&$!B"$A!）；霍英东青年教师基金（@?$B%）万方数据作者简介：黄广龙（?@%BC），男，安徽广德人，副教授，博士，主要从事岩土力学与工程方面的教学与科研；3QR=G:：H:ST=OH%B?$ULGO=;J9R$第%期黄广龙等：坑内土体开挖对工程桩变位影响分析O基坑开挖到一定深度，土体被破坏。产生较大计算时首先

6、确定破坏棱体的长度&B。忽略车辆滑移时工程桩承受的外力，一是作用在桩后的侧向荷载对滑动面位置的影响，按没有车辆荷载时计算滑动推力，二是桩前土体抗力。在构建作用于工程滑动面的倾角，然后用下面的公式求&B值：桩的力系时，应计算滑坡推力（包括活荷载引起的&B&’’(*!（!）滑坡推力）、桩前滑体抗力和锚固段岩土层的抗力。式中：’为挡土墙高度，E；!为滑动面的倾角，（.）。桩侧摩阻力、桩身重力和桩底反力可不考虑。作用在破坏棱体范围内的车辆荷载，可用下式!"#$滑坡推力的计算换算成厚度为(8的等代均布土层：基坑土体开挖过程中形成土质边坡，其滑面接#)(8

7、&（#）近于一圆柱面，按平面应变考虑，假设其断面为圆弧*&B#［%］%线，按瑞典圆弧法确定滑面。式中：#为填土重度，/FGE；*为挡土墙的计算长取滑体为一个整体，作极限平衡下的静力分析，度，E；&B为破坏棱体的长度，E。#)为布置在&BH将作用于其上的力分为下述两类。*面积内的车辆车轮重力，/F。!"#"!$基本力系挡土墙的计算长度：（!）滑体自重!，作用于滑体的重心，方向垂直*&&-+-’*+,%B,（%）向下。式中：&为汽车前后轴轴距（履带车为B），E；+为车（#）滑床反力"，作用于滑面中点，方向垂直滑轮或履带着地长度，E。面向上。当求得等

8、代土层厚度(8后，可按下式计算作用"&!’()!在挡土墙上的主动土压力-+值（%）滑面的抗滑力#，方向平行于本段滑面且与!滑动方向相反。-+&##’（