喬 云 航

(遼寧有色勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

遼沈地區(qū)深基坑開挖條件下抗拔樁承載力分析

喬 云 航

(遼寧有色勘察研究院，遼寧 沈陽 110013)

以遼沈地區(qū)的某工程為例，在現(xiàn)場試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模擬計算軟件對等截面抗拔樁的承載特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明開挖將導(dǎo)致坑內(nèi)土體產(chǎn)生卸荷回彈，從而帶動抗拔樁回彈，樁身上下部分分別承受正、負(fù)摩阻力，并在樁身產(chǎn)生軸向拉力，同時，樁土界面法向應(yīng)力降低，導(dǎo)致樁的極限抗拔承載力降低。

抗拔樁，承載力，數(shù)值模擬

近年來，地下空間的開發(fā)深度不斷增加，基礎(chǔ)侵入地下水的深度越來越大，基礎(chǔ)承受上拔荷載的情況越來越多，而且所承受的上拔荷載越來越大；王衛(wèi)東[1]通過理論研究以及數(shù)值分析，認(rèn)為基坑開挖卸荷會引起抗拔樁承載力損失；由于地下水的存在導(dǎo)致上浮力過大，最終引起建筑物傾斜甚至倒塌的工程事故不斷發(fā)生。在大多數(shù)地下建筑結(jié)構(gòu)中，一般是通過釋放水浮力、增加自重和設(shè)置抗拔樁三種方法來保證結(jié)構(gòu)不發(fā)生抗浮破壞[2]，而設(shè)置抗拔樁是結(jié)構(gòu)抗浮問題中最常用的方法。由于場地地質(zhì)條件的限制，有時會遇到抗拔樁先于基坑開挖施工，基坑開挖過程中，坑內(nèi)開挖卸荷，土地應(yīng)力釋放，會對抗拔樁產(chǎn)生一定的影響[3]，而目前深開挖對基坑外鄰近樁的影響已經(jīng)有較多研究，但對于超深開挖對坑內(nèi)工程樁的豎向抗壓承載力與沉降評價問題，目前國內(nèi)外都尚未開展實質(zhì)性研究。因此，有必要對超深開挖條件下抗拔樁的受力與變形進(jìn)行研究[4]。本文以遼沈地區(qū)某工程為例進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 工程概況

本工程±0.000相當(dāng)于絕對標(biāo)高46.600 m，樁頂面相對標(biāo)高為-15.500～-16.350?？拱螛恫捎脡汗鄻?，樁直徑為400 mm。樁身鋼筋采用10Φ20，樁身混凝土強度采用C30，抗拔承載力特征值為480 kN，樁長為10 m。根據(jù)地質(zhì)勘查報告，土層地質(zhì)參數(shù)如表1所示。

2 靜載荷試驗結(jié)果分析

經(jīng)過現(xiàn)場試驗得出單樁豎向抗拔靜載試驗上拔載荷—樁頂上拔量關(guān)系實測結(jié)果(如表2所示)。

表1 土層參數(shù)表

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗上拔載荷—樁頂上拔量關(guān)系實測結(jié)果

3 選用FLAC3D進(jìn)行群樁數(shù)值模擬

目前基坑開挖對坑內(nèi)工程樁受力特性的影響研究主要集中在坑底單樁的有限元分析研究上，對坑底群樁的研究較少且不夠系統(tǒng)。但是，在實際工程中，坑底樁基常常以群樁的形式存在，坑底群樁情況下基坑的變形和群樁的受力特性等都與單樁情況差別很大，故有必要對群樁的受力特性進(jìn)行研究[5]。模擬工程情況：建立圖層場地情況為60 m×60 m×30 m的土體，標(biāo)高在0.0 m～-30 m。工程地質(zhì)條件為上文所提地層條件。建立抗拔樁模型9根，樁長10 m，樁頂標(biāo)高-8.0 m，樁徑0.2 m。各項參數(shù)與上文相同(建模情況如圖1～圖4群樁建模)。

本工程經(jīng)過開挖8.0 m，土體產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，回彈量由上至下逐漸減小，回彈量最大值為6.67 cm，樁間土由于抗拔樁側(cè)摩阻力約束回彈量略小。

開挖前中心樁豎向極限抗拔強度為1 000 kN，開挖后經(jīng)過數(shù)值模擬極限抗拔強度為700 kN。承載力損失接近30%。

4 群樁抗拔樁靜載荷實驗

在開挖計算結(jié)束后，進(jìn)行靜載荷實驗，選用群樁中的中心樁進(jìn)行試驗，采用5級加載，分別為100 kN，200 kN，300 kN，400 kN，500 kN，經(jīng)過計算如圖5所示。

經(jīng)過計算可以看出，群樁靜載試驗5級加載豎向位移曲線整體大于單樁靜載試驗，這是由于群樁效應(yīng)影響所致。經(jīng)過計算，由5級豎向應(yīng)力加載得出，樁體側(cè)摩阻力由上至下逐漸發(fā)揮，直至加載500 kN，整根樁側(cè)摩阻力全部發(fā)揮。

5 結(jié)語

承壓樁與抗拔樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮形式基本一致，側(cè)摩阻力從上至下逐漸發(fā)揮，樁體的上拔荷載通過側(cè)摩阻力傳遞到樁周土中，在這個過程當(dāng)中均伴隨有樁土相對位移產(chǎn)生；施工過程中采用埋頭樁施工方法，即先成樁后開挖的方法，開挖時由于土體回彈，抗拔樁側(cè)摩阻逐漸發(fā)揮作用，并對樁體豎向位移產(chǎn)生影響?？拱螛冻休d能力降低；群樁抗拔樁，由于群樁效應(yīng)影響，抗拔樁承載能力降低。

[1] 王衛(wèi)東.深基坑開挖條件下抗拔樁分析與設(shè)計方法[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2010,31(5):202-208.

[2] 吳江斌.軟土地區(qū)多種樁型抗拔樁側(cè)摩阻力特性研究[J].巖土工程學(xué)報,2010(S2):93-98.

[3] 黃茂松.深層開挖條件下抗拔樁極限承載力分析[J].巖土工程學(xué)報,2007,29(11):1689-1695.

[4] 鄭 剛.超深開挖對單樁的豎向荷載傳遞及沉降的影響機(jī)理有限元分析[J].巖土工程學(xué)報,2009,31(6):837-845.

[5] 郝愛玲.深開挖卸荷條件下坑底群樁受力特性的有限元分析[J].工業(yè)建筑,2014,44(4):99-103.

On loading capacity of uplift pile in open excavation condition of deep foundation pits in Liaoning and Shenyang

Qiao Yunhang

(LiaoningNon-ferrousExplorationInstitute，Shenyang110013,China)

Taking some project in Liaoning and Shenyang as the example, the paper combines the numeric simulation calculation software to analyze the loading capacity features of uniform section uplift piles, proves by the result that the excavation will lead to the unloading rebound in pit soil which will lead to up-lift pile rebound, indicates the upper and lower parts of the pile can bear the positive and negative frictional resistance while the axial tensile force can be formed in the piles, and indicates the decreasing force of pile-earth interface method which will cause the decrease of the pile’s extreme uplift pile’s loading capacity.

uplift pile, loading capacity, numeric simulation

2015-02-28

喬云航(1984- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0059-02

TU473.11

A