软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

盾构施工隧道侧穿桩基侧摩阻影响研究

盾构开挖侧穿桩基对既有桥梁会产生扰动影响。利用有限元软件MIIDAS-GTS,采用对隧道洞分步开挖过程的方法模拟杭州市地铁5号线盾构施工,通过模型研究盾构施工过程中桩土界面相对位移,以此利用侧摩阻力来表示相对位移产生的影响。在地铁盾构隧道施工中,桩土相对位移最大值均发生在靠近桩顶附近,最大值7.3mm。桩基侧摩阻力在桩长范围内呈现负摩阻力,土体沉降均大于桩基沉降。黏质黏土和淤泥质黏土的土层交界处产生最大负摩阻力,计算结果有助于评价桩身稳定安全性。     

隧道施工对邻近桥梁桩基变形影响及加固效果分析

以某桥梁桩基邻近隧道施工为例,采用有限元软件PLAXIS进行建模分析,重点分析了采取隔离桩加固前后隧道开挖对邻近桩基变形影响变化规律,结论如下:相比于不采取加固措施,采取隔离桩加固措施以后,可以使得最大顺桥向和垂直向位移分别减小62%和61%以上,而采用隔离桩加固措施对横桥向位移无明显影响;采取隔离桩之后,桩基的各向位移均小于1mm,满足《高速铁路设计规范》等规范要求,说明本工程采用的隔离桩加固措施是有效的。     

顶管井深基坑近接高架桥桩施工影响及参数优化研究

依托某污水管顶管井深基坑近接高架桥梁工程,基于Midas Gts Nx建立基坑与桥梁三维有限元模型,研究了顶管井深基坑开挖对基坑稳定性及桥梁桩基变形影响与坑外注浆加固保护措施对桥梁位移的控制效果,通过现场监测验证了加固参数的有效性.研究结果表明:顶管井基坑开挖过程中工作井井壁最大水平位移出现在井壁中上部;顶管井基坑开挖对桥梁桩基变形影响较大,引起桩基向基坑发生侧移,且桩身中部位移最大,施工过程中应对邻近基坑侧桥梁桩、基桩身中部水平位移进行重点监测;在采取坑外注浆加固措施下,桥梁桩基沉降及水平位移显著减小,深基坑坑外加固的合理宽度为2 m,深度为20 m,研究成果可为类似基坑近接高架桥桩工程提供借鉴.     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

考虑盾构下穿施工影响的桩板结构参数优化研究

为研究盾构隧道施工扰动对上跨桩板结构的影响,以厦门地铁4号线浅埋盾构开挖段为背景,利用数值方法建立软土地层中盾构动态开挖模型,结合现场实测,总结了桩板结构各部件在盾构扰动作用下的变形响应,进一步分析了结构参数优化在抵抗扰动变形方面的效果。结果表明:桩身水平变形随盾构开挖逐渐增大,刀盘驶过目标桩1.0D时达到最大值,随后因地层损失出现变形回弹;在刀盘到达目标断面前后,盖板竖向变形表现为先隆起后沉降,并在开挖空间上方出现沉降槽,刀盘驶过断面2.0D时,结构变形保持稳定;桩长不变,适量增加桩径、缩小桩间距,可减小桩身变形量,增加桩长将有效降低桩端变形,从而使整体变形得到控制;盖板厚度增大时,可起到降低其竖向变形的作用。     

土压平衡盾构近距离侧穿高架桥桥墩的受力与变形

城市地铁隧道开挖往往会下穿、侧穿建(构)筑物。为保证隧道顺利开挖,有必要对既有结构进行受力与变形研究。以西安地铁四号线某区间盾构侧穿高架桥施工为例,通过数值模拟和实时监测分析盾构侧穿高架桥桩所引起的受力与变形,并将数值计算得出的沉降值与实际监测值进行对比。结果表明:盾构在砂层环境下,土压力的大小对地表沉降的影响较大;桥墩对地表沉降有一定的约束作用,盾构施工中在合适的地方布置桩基,能有效的减小既有结构的沉降。研究结果可供类似盾构侧穿风险源参考。     

静压桩对邻近埋地管道性能影响的数值分析

为了分析静压沉桩过程对邻近埋地管道性能的影响,基于位移贯入法模拟静压沉桩的二维有限元数值方法,建立了桩-土、管-土接触面并在桩顶施加位移荷载实现动态压桩过程,并综合分析了压桩过程中沉桩深度、桩径大小、管道中心与桩体中心的水平距离以及管道的埋深等因素对管道变形与力学性能的影响.研究结果表明:同等条件下,增加管-桩水平距离,管道水平位移、径向变形和管周应力相应减小,近桩侧管周土体的最大水平应力约为不设置管道时的1.5倍;随着沉桩深度增大,初始使管道产生明显水平位移的临界沉桩深度约为管道上方1 m处,随后管道水平位移呈现先增大后略微减小,并最终趋于稳定的趋势,且当沉桩深度为2倍埋深时管道水平位移最大;管道埋深越大,管道受沉桩挤土效应的影响越明显;当埋深为5倍管径时,沉桩桩径减少25%时管道最大水平位移减少27.8%,表明减小桩径可显著降低沉桩对周边管道性能的影响.      

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

基于FLAC 3D的盾构施工穿越高架桥梁桩基稳定性影响数值试验研究

针对盾构施工对桥梁桩基影响特性,利用FLAC 3D有限元数值软件建立网格模型,分析了简支梁与连续梁桥两种结构形式下,不同穿越形式工况下桥桩位移变化特征。研究了盾构不同穿越简支梁桥桩时,桩身X、Y、Z向位移分布变化以及各穿越形式工况下的差异性特征,其中前排桥桩Z向沉降变形高于后排桥桩,下穿越形势下左侧桥桩沉降高于右侧,6#桥桩沉降稳定在0. 26mm。获得了盾构穿越连续梁桥时X向位移具有递增态势,远近测桥桩Y向位移变化斜率为一致,侧穿越桩基上部时每米桩长增长位移值约0. 15mm,4#桥桩为最大沉降变形,其中下穿越形式下最大,达8. 1mm。对比了两种梁桥结构下穿越形式时,简支梁桥位移值水平向位移或沉降变形均是最大,受盾构施工扰动影响较敏感。研究结论为研究盾构施工对桥梁桩基影响分析提供一定参考。     

基坑开挖卸荷对已建隧道影响分区的研究

对基坑开挖影响周围既有隧道变形机制进行了分析,利用FLAC3D有限差分法模拟了基坑开挖过程中既有隧道洞周的变形和受力情况。结果表明:当隧道位于基坑正下方时,随净距的减小,洞周竖直向和水平向位移均逐渐增大且竖直向位移增大值大于水平向,隧道两侧向内收敛,即拱圈成竖向"鸭蛋"型变化趋势;当隧道位于基坑斜下45°方向时,因开挖卸荷作用,隧道产生了整体斜向上45°方向位移,即靠近基坑内方向移动,隧道衬砌位移变化呈非对称型分布;当隧道位于基坑右侧水平方向时,左半洞周受开挖影响明显,左半部分位移明显大于右半部分。最后,结合规范规定的隧道变形控制标准,考虑无支护条件下进行基坑开挖,将坑外变形控制区划分为敏感区、较敏感区、不敏感区,供类似工程参考。     

不同堆载形式对邻近既有桥梁桩基的影响

采用数值方法研究了不同堆载分布宽度和高度对邻近桩基的水平位移、应力以及弯矩的影响,结果表明:不同堆载分布宽度基本不会影响桩底水平位移;随着堆载分布宽度增大,桩身水平位移不断增大,在地面以上部分桩身水平位移基本一致,而在地面以下部分,桩身水平位移从桩底到地面基本呈线性增大;不同分布宽度堆载对桩身水平应力作用规律基本相同;不同分布宽度堆载对桩身弯矩影响基本相同。堆载高度对左右桩的竖向位移影响规律不同;对于邻近堆载体的桩基,堆载会影响整个桩身水平位移,随着荷载的增加,桩身水平位移整体呈现增长趋势,且最大值基本分布在顶部,位移方向水平向右,同时堆载还会影响右侧整个桩身水平位移。研究结果可为分析桥梁桩基稳定提供参考。     

基坑开挖对下卧盾构隧道变形影响的计算分析

针对矩形基坑开挖对下卧隧道变形影响这类课题,基于Mindlin经典解,考虑了坑底残余应力及围护桩效应的影响,推导了基坑开挖卸荷作用在隧道处附加应力的计算公式.对于埋深超过1.5倍隧道外径的盾构隧道,通过在Pasternak模型上部增加一层弹簧层来考虑上覆土层对隧道的约束作用,建立起地基梁的挠度微分方程.采用有限差分的方法把隧道离散为独立的节点单元,从而求解出隧道纵向的竖向位移和水平位移,最后与有限元数值模拟、工程实测得到的隧道变形数据对比分析.研究表明:在考虑深埋盾构隧道与土体的相互作用时,相对于Pasternak模型方法,笔者方法更能反映两者之间真实的力学行为,得到的解析解更接近于数值解,与实测值吻合度也较高,证明了方法的合理性和优越性;另外,笔者方法省去了大量的建模工作,在设计方案时能够用于初步评估基坑开挖引起下卧盾构隧道纵向变形的影响.     

隧道下穿既有高架桥对桩基的影响

基于隧道下穿既有高架桥工程背景，为保证施工过程结构的安全性，隧道下穿部分桥梁进行桩基托换。通过建立三维数值模型研究了桩洞水平距离的影响。研究表明，托换桩基的承台的作用使得中心位置处的地表沉降值有所降低，而在远离中心位置处的地表出现沉降增加的现象。桩洞水平距离主要对托换桩基的水平变形和原有桩基竖向变形有显著影响，增大桩洞水平距离虽能减小托换桩基的水平变形。综合安全性和经济性，本工程的合理的桩洞距范围为1.0m～2.0m。隧道横断面方向的桥台差异沉降起控制作用，隧道施工时需加强监测，控制盾构掘进参数，控制出土量，保证桥梁结构安全。     

地铁盾构隧道穿越既有桥桩及排水渠的施工影响与对策

以长沙地铁6号线下穿杨家山立交桥为工程背景,使用有限元软件建立盾构穿越桥桩及排水渠的数值模型,研究了未采取措施、设置临时支墩和采用克泥效工法3种工况下,桥桩与排水渠的变形和受力影响规律。结果表明:桥桩的变形主要表现为向隧道中心线方向倾斜的水平位移,轴力和弯矩变化规律为沿桩深自上而下逐渐增大。相比未采取措施的工况而言,设置临时支墩后,桥桩轴力和弯矩分别减小了7%和26%;采用克泥效工法后,桥桩水平位移和弯矩分别减小了60%和54%,且排水渠的最大拉应力和最大压应力分别减小了7% 和5%采取这两种措施后,桥桩和排水渠的受力变形情况得到很好的改善。根据模拟结果及本工程实际,提出设置临时支墩、采用克泥效工法、盾构掘进控制以及施工监测四种施工对策,确保在盾构近距离下穿桥桩时桥梁和排水渠的正常使用。     

隧道施工对邻近砌体结构影响的数值分析

隧道施工会引起周围土体移动。进而对邻近建筑物产生危害。建立隧道从砌体结构正下方和右下方穿越的三维有限元模型．分析地表在隧道开挖和既有砌体结构共同作用下的位移变化规律、砌体结构变形及损害程度。结果表明：砌体结构的自重会显著增大地表沉降值及其范围,其刚度会减小地表的差异沉降,门窗及拐角处由于应力集中发生较大剪应变,砌体的最大剪应变决定于相对位移。隧道从砌体右下方穿越引起的砌体损害程度较大。     

路基填筑土体参数对邻近桩基位移变化影响分析

以实际工程为例,采用数值模拟方法,分析路基填筑对临近桩基变形影响,并分别考虑填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量对桩顶沉降和侧向位移的影响,得到以下结论:桩身整体发生沉降,最大值为2.5 mm,桩体整体向右侧变形,桩顶水平位移最大,最大值为45.8 mm,且随着桩深的增加,其侧向位移逐渐减小;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角、粘聚力和桩体的弹性模量均可减小桩顶侧向位移,且效果依次降低,对于桩顶沉降位移,通过增大上述4个参数后,其减小效果不明显;增大填筑土的压缩模量、内摩擦角对减小桩顶沉降效果明显,在工程上可以合理利用。     

浅埋小净距后行盾构掘进控制和变形分析

为研究小净距段后行盾构掘进引起先行隧道变形的规律,验证预先施做隔离桩对控制变形的实际效果,以某国红线轻轨盾构通过Herzl街浅埋小净距为例,详细阐述后行盾构掘进控制措施。通过对监测数据和掘进参数分析对比,得出:①小净距后行盾构掘进导致先行隧道产生不均一的水平方向位移,靠近后行隧道一侧位移远大于远离后行隧道一侧;②先行隧道位移过程中依次经历缓慢变形,急剧突变,峰值持续,明显回缩和趋势稳定5个阶段;③隧道间施做隔离桩可减小后行盾构掘进对先行隧道的影响,表现为减缓位移趋势和降低位移峰值;④后行盾构掘进合理参数选择对控制先行隧道位移至关重要。     

邻近双线盾构隧道的深基坑施工分析

以上海某邻近双线盾构隧道的基坑工程为背景,运用有限元方法计算,模拟基坑开挖的不同阶段,分析了不同工况下基坑变形、受力及对盾构隧道的影响,并对不同施工方式进行了对比分析.分析结果表明：施工内部框架结构有利于控制盾构隧道上浮和受力;支撑的拆除对坑底及下方隧道的变形和受力影响较小.研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.