遼沈地區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)

遼沈地區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)

以遼沈地區的某工程為例，在現場試驗的基礎上，結合數值模擬計算軟件對等截面抗拔樁的承載特性進行了分析，結果表明開挖將導致坑內土體產生卸荷回彈，從而帶動抗拔樁回彈，樁身上下部分分別承受正、負摩阻力，并在樁身產生軸向拉力，同時，樁土界面法向應力降低，導致樁的極限抗拔承載力降低。

抗拔樁，承載力，數值模擬

近年來，地下空間的開發深度不斷增加，基礎侵入地下水的深度越來越大，基礎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；王衛東[1]通過理論研究以及數值分析，認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生。在大多數地下建筑結構中，一般是通過釋放水浮力、增加自重和設置抗拔樁三種方法來保證結構不發生抗浮破壞[2]，而設置抗拔樁是結構抗浮問題中最常用的方法。由于場地地質條件的限制，有時會遇到抗拔樁先于基坑開挖施工，基坑開挖過程中，坑內開挖卸荷，土地應力釋放，會對抗拔樁產生一定的影響[3]，而目前深開挖對基坑外鄰近樁的影響已經有較多研究，但對于超深開挖對坑內工程樁的豎向抗壓承載力與沉降評價問題，目前國內外都尚未開展實質性研究。因此，有必要對超深開挖條件下抗拔樁的受力與變形進行研究[4]。本文以遼沈地區某工程為例進行了相關研究。

1 工程概況

本工程±0.000相當于絕對標高46.600 m，樁頂面相對標高為-15.500～-16.350。抗拔樁采用壓灌樁，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。根據地質勘查報告，土層地質參數如表1所示。

2 靜載荷試驗結果分析

經過現場試驗得出單樁豎向抗拔靜載試驗上拔載荷—樁頂上拔量關系實測結果(如表2所示)。

表1 土層參數表

表2 單樁豎向抗拔靜載試驗上拔載荷—樁頂上拔量關系實測結果

3 選用FLAC3D進行群樁數值模擬

目前基坑開挖對坑內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。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，標高在0.0 m～-30 m。工程地質條件為上文所提地層條件。建立抗拔樁模型9根，樁長10 m，樁頂標高-8.0 m，樁徑0.2 m。各項參數與上文相同(建模情況如圖1～圖4群樁建模)。

本工程經過開挖8.0 m，土體產生回彈現象，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，開挖后經過數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

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

經過計算可以看出，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，這是由于群樁效應影響所致。經過計算，由5級豎向應力加載得出，樁體側摩阻力由上至下逐漸發揮，直至加載500 kN，整根樁側摩阻力全部發揮。

5 結語

承壓樁與抗拔樁側摩阻力的發揮形式基本一致，側摩阻力從上至下逐漸發揮，樁體的上拔荷載通過側摩阻力傳遞到樁周土中，在這個過程當中均伴隨有樁土相對位移產生；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，抗拔樁側摩阻逐漸發揮作用，并對樁體豎向位移產生影響。抗拔樁承載能力降低；群樁抗拔樁，由于群樁效應影響，抗拔樁承載能力降低。

[1] 王衛東.深基坑開挖條件下抗拔樁分析與設計方法[J].建筑結構學報,2010,31(5):202-208.

[2] 吳江斌.軟土地區多種樁型抗拔樁側摩阻力特性研究[J].巖土工程學報,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理有限元分析[J].巖土工程學報,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

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