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预制桩因具有无噪音,无振动,无冲击力,施工应力小等诸多优点而得到了较为广泛的应用。但预制桩同样是一种挤土桩,而且随着高层建筑物的大量兴建,在密集建筑群中建造高层房屋,沉桩的挤土效应会对邻近建筑物造成严重的影响。因此对挤土桩工程施工对周围既有建筑物的影响作研究有重要的工程意义。本文以便于工程管理的角度,提出一套从理论分析到施工邻近程度判别,再到施工保护措施的研究方法,目的在于指导安全施工并形成技术体系。
挤土桩施工对周围建筑物影响的分析方法,主要有小孔扩张理论法及数值模拟的方法。本文在参考了大量文献的基础上,系统总结了小孔扩张理论的计算方法。完整的阐述了基于Mohr-Coulonlb屈服准则的柱形孔扩张理论和球形孔扩张理论的解答,并归纳总结出统一的表示形式。分析了饱和软粘土这一特殊情况的孔扩张的解答,以及在饱和软粘土中沉桩时土体产生的超静孔隙水压力的计算方法。
小孔扩张理论的分析方法虽然被普遍采用,但由于它假设应力只与径向坐标r有关,而与竖向坐标z无关,导致了理论和实际的偏差。本文采用有限元数值模拟,提出一种改进的位移贯入法来模拟桩贯入的过程,对沉桩挤土效应作非线性分析。首先分析单桩的挤土效应,对不同的土弹性模量、c值、ψ值、桩径及桩长产生水平及竖向位移场作比较,找出各种参数对位移的影响关系。并把单桩的数值分析结果与基于小孔扩张的理论解作对比。再分析有邻桩情况下沉桩的挤土效应,并与单桩的情况作对比。计算表明,在单桩情况下,水平及竖向位移量随着深度及离桩轴线距离的增加而逐渐减小,随着土层的弹性模量、c值、ψ值的减小,产生的位移量增大;随着桩径变大及桩长增长,产生的位移量增大。在有邻桩情况下,两桩之间的水平位移及竖向隆起均比已施工桩外侧的位移大。数值解和解析解的变化趋势是相同的,但数值分析的结果大于解析解的结果,解析解减小的趋势比较快,数值解减小的趋势比较平缓。由计算分析可知本文提出的有限元分析模型,可以克服小孔扩张理论的不足,结果更精确,为挤土效应分析提供一种有效的分析方法。
根据上述挤土效应理论分析及数值模拟,并利用太沙基承载力理论及附加应力原理,本文分别针对既有建筑物基础为浅基础及桩基础,讨论并提出了邻近程度判别公式。最后,针对新建的桩基础工程属于邻近施工的情况,本文研究了邻近挤土桩基础施工过程中的保护措施,包括三大类:一是在新建桩基础工程侧的保护措施;二是在周边地基处采用的地基处理措施:三是在邻近既有建筑物侧采取的加固措施。