辽沈地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力分析

乔 云 航

(辽宁有色勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

辽沈地区深基坑开挖条件下抗拔桩承载力分析

乔 云 航

(辽宁有色勘察研究院，辽宁 沈阳 110013)

以辽沈地区的某工程为例，在现场试验的基础上，结合数值模拟计算软件对等截面抗拔桩的承载特性进行了分析，结果表明开挖将导致坑内土体产生卸荷回弹，从而带动抗拔桩回弹，桩身上下部分分别承受正、负摩阻力，并在桩身产生轴向拉力，同时，桩土界面法向应力降低，导致桩的极限抗拔承载力降低。

抗拔桩，承载力，数值模拟

近年来，地下空间的开发深度不断增加，基础侵入地下水的深度越来越大，基础承受上拔荷载的情况越来越多，而且所承受的上拔荷载越来越大；王卫东[1]通过理论研究以及数值分析，认为基坑开挖卸荷会引起抗拔桩承载力损失；由于地下水的存在导致上浮力过大，最终引起建筑物倾斜甚至倒塌的工程事故不断发生。在大多数地下建筑结构中，一般是通过释放水浮力、增加自重和设置抗拔桩三种方法来保证结构不发生抗浮破坏[2]，而设置抗拔桩是结构抗浮问题中最常用的方法。由于场地地质条件的限制，有时会遇到抗拔桩先于基坑开挖施工，基坑开挖过程中，坑内开挖卸荷，土地应力释放，会对抗拔桩产生一定的影响[3]，而目前深开挖对基坑外邻近桩的影响已经有较多研究，但对于超深开挖对坑内工程桩的竖向抗压承载力与沉降评价问题，目前国内外都尚未开展实质性研究。因此，有必要对超深开挖条件下抗拔桩的受力与变形进行研究[4]。本文以辽沈地区某工程为例进行了相关研究。

1 工程概况

本工程±0.000相当于绝对标高46.600 m，桩顶面相对标高为-15.500～-16.350。抗拔桩采用压灌桩，桩直径为400 mm。桩身钢筋采用10Φ20，桩身混凝土强度采用C30，抗拔承载力特征值为480 kN，桩长为10 m。根据地质勘查报告，土层地质参数如表1所示。

2 静载荷试验结果分析

经过现场试验得出单桩竖向抗拔静载试验上拔载荷—桩顶上拔量关系实测结果(如表2所示)。

表1 土层参数表

表2 单桩竖向抗拔静载试验上拔载荷—桩顶上拔量关系实测结果

3 选用FLAC3D进行群桩数值模拟

目前基坑开挖对坑内工程桩受力特性的影响研究主要集中在坑底单桩的有限元分析研究上，对坑底群桩的研究较少且不够系统。但是，在实际工程中，坑底桩基常常以群桩的形式存在，坑底群桩情况下基坑的变形和群桩的受力特性等都与单桩情况差别很大，故有必要对群桩的受力特性进行研究[5]。模拟工程情况：建立图层场地情况为60 m×60 m×30 m的土体，标高在0.0 m～-30 m。工程地质条件为上文所提地层条件。建立抗拔桩模型9根，桩长10 m，桩顶标高-8.0 m，桩径0.2 m。各项参数与上文相同(建模情况如图1～图4群桩建模)。

本工程经过开挖8.0 m，土体产生回弹现象，回弹量由上至下逐渐减小，回弹量最大值为6.67 cm，桩间土由于抗拔桩侧摩阻力约束回弹量略小。

开挖前中心桩竖向极限抗拔强度为1 000 kN，开挖后经过数值模拟极限抗拔强度为700 kN。承载力损失接近30%。

4 群桩抗拔桩静载荷实验

在开挖计算结束后，进行静载荷实验，选用群桩中的中心桩进行试验，采用5级加载，分别为100 kN，200 kN，300 kN，400 kN，500 kN，经过计算如图5所示。

经过计算可以看出，群桩静载试验5级加载竖向位移曲线整体大于单桩静载试验，这是由于群桩效应影响所致。经过计算，由5级竖向应力加载得出，桩体侧摩阻力由上至下逐渐发挥，直至加载500 kN，整根桩侧摩阻力全部发挥。

5 结语

承压桩与抗拔桩侧摩阻力的发挥形式基本一致，侧摩阻力从上至下逐渐发挥，桩体的上拔荷载通过侧摩阻力传递到桩周土中，在这个过程当中均伴随有桩土相对位移产生；施工过程中采用埋头桩施工方法，即先成桩后开挖的方法，开挖时由于土体回弹，抗拔桩侧摩阻逐渐发挥作用，并对桩体竖向位移产生影响。抗拔桩承载能力降低；群桩抗拔桩，由于群桩效应影响，抗拔桩承载能力降低。

[1] 王卫东.深基坑开挖条件下抗拔桩分析与设计方法[J].建筑结构学报,2010,31(5):202-208.

[2] 吴江斌.软土地区多种桩型抗拔桩侧摩阻力特性研究[J].岩土工程学报,2010(S2):93-98.

[3] 黄茂松.深层开挖条件下抗拔桩极限承载力分析[J].岩土工程学报,2007,29(11):1689-1695.

[4] 郑 刚.超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析[J].岩土工程学报,2009,31(6):837-845.

[5] 郝爱玲.深开挖卸荷条件下坑底群桩受力特性的有限元分析[J].工业建筑,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

乔云航(1984- )，男，工程师

1009-6825(2015)13-0059-02

TU473.11

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