地铁盾构开挖对邻近桩基影响范文

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1桩基沉降及附加应力计算方法

1.1桩周土体沉降计算盾构隧道开挖引起土体各点的竖向位移可以近似采用Loganathan公式表示:式中:s(z)为自由场地隧道开挖引起的土体竖向位移，向下为正方向;R为盾构隧道半径;z为该点距地表的距离;h为隧道中心线的深度;μ为土体的泊松比;ε为地层损失比;x为该点距隧道中心线的水平距离．

1.2土体变形引起的桩体沉降及附加应力计算将整个桩体沿竖向划分成n等份，每个微元体长度为Δh=L/n，L为桩体的总长．根据Winkler地基模型以及土体的线弹性假设，桩周土体可以视为弹簧．自由场地条件下土体的沉降会在一定范围内对桩基产生负摩阻力．土体沉降产生的负摩阻力的计算公式为由于每段微元体的长度比较小，所以假设在每段微元体上桩体受均匀分布的负摩阻力，负摩阻力计算公式为因此桩基底部的附加应力为F''''(zn)，然而基底附加应力会导致桩基下部土体发生沉降s1．此时桩基相对于土体向下移动，桩底土体和桩周土体会对桩身施加新的基底反力和正摩阻力．当基底附加应力与新产生的基底反力和正摩阻力相互平衡时，可视为桩体沉降趋于稳定，此时的沉降值即可视为桩底的最终沉降量．设此时桩底的最终沉降量为zf，则基底处的受力平衡方程为由于桩体的压缩变形又会导致桩土间的相对位移发生变化，桩土间的摩阻力也会产生一定的变化．将每个微元体的压缩变形量代入式(9)中，可以得出由于桩体压缩变形产生的摩阻力增量，再假设这时桩端的附加位移为zf''''，根据式(10)～(12)计算出zf''''．再将桩端土体附加位移值代入式(13)，(14)中，计算出桩体任意一点的附加应力和位移的增量．此时桩端土体的位移发生变化，又会引起桩土间摩阻力的变化，形成了循环计算．当某次循环中计算出的桩端的附加位移值小于0.1mm时，循环即可终止．桩端的最终沉降值为终止前计算的所有位移值之和．桩体任意一点的最终附加应力和最终沉降值为循环计算中附加应力和沉降值之和。

2算例分析

沈阳地铁医学院站至师范大学站区间南起医学院站，沿黄河北大街向北至师范大学站止，区间全长为2268.8双线米，为单线单洞隧道，土压平衡盾构法施工．隧道穿越地形较为复杂．与隧道最近的桩基水平距离仅为4m，盾构隧道直径为6m，埋深约为16m，桩长为24m，桩基直径为0.6m．隧道与桩基的位置关系图如图2所示．计算结果显示，在不考虑桩基对土体沉降影响时，隧道开挖引起的桩体处自由场地土体竖向沉降值呈先缓慢增加然后迅速减小的趋势，桩端处的土体沉降几乎为0，最大沉降值为12.3mm，具体变化趋势如图3所示．因此桩身沉降随桩体埋深变化较小，桩端沉降值为6.6mm，桩顶沉降值为7.4mm．桩体的附加轴向力沿桩体埋深呈先增大后减小的趋势，在隧道轴线附近处，桩体附加轴力达到最大值．最大附加轴力为633kN．桩体沉降和附加轴力分别如图4和图5所示，变化趋势与Klar的计算结果相符合．假定模型其他参数一致，只改变桩基与隧道间的水平距离，分别计算水平距离为6，9，12m时桩基的附加轴力和沉降，并进行对比分析．经计算，水平距离分别为6，9，12m时，桩顶的沉降值分别为5.4，4.0和2.8mm．桩体的沉降随水平距离的增加而逐渐减小，当水平距离达到12m(即4R)时，桩顶的位移小于3mm，此时可以认为隧道开挖对桩基的影响非常小．从图6中可以看出，桩身的附加轴力随着隧道水平距离的增大而急剧减少．当水平距离为4m时，最大附加轴力为633kN;当水平距离为6，9，12m时，最大附加轴力分别为504，370，244kN．

3结论

1)本文基于两阶段分析法和Winkler地基模型理论，并考虑桩体的端承作用，提出一种可以考虑复杂土层条件下计算盾构隧道开挖引起邻近桩基沉降以及附加应力的理论方法．2)从算例分析可以得出，水平距离为4m时，桩顶的沉降为7.4mm，最大附加轴力为633kN．并将计算结果的变化趋势与Klar的计算结果进行了比较，验证了计算理论的准确性．3)桩基附加轴力和沉降随桩与隧道间的水平距离的增大而急剧减小，当水平距离超过4R时，附加轴力和沉降值都比较小，此时隧道开挖对桩基的影响主要取决于桩体上部结构．

作者：王述红赵贺兴姜磊李振涛单位：东北大学资源与土木工程学院