地下工程开挖对邻近桩基影响的分析

两阶段分析方法就是将被动桩的分析分为两个阶段：

(1)采用经验方法、解析法或有限元法估算桩位处土体的自由位移场；

(2)将第一阶段得到的自由位移场施加于桩上，计算桩基的承载特性。

Poulos等(1973)假设土体为理想、均匀的弹性体，基于Mindlin解提出了水平土体位移作用下被动桩的弹性解，Poulos指出桩土相对刚度越小，桩身变形越大且内力越小。Goh等(1997)将桩视作梁单元，建立地表堆载引起的土体位移对单桩影响的分析方法并编制了程序BCPILE。Xu和Poulos(2001)开发了边界元程序GEPAN针对各种情况下的被动桩基作了详尽的分析并与现有成果进行了对比。Guo(2001)通过引入等效荷载与土体位移的关系提出了土体位移作用下被动桩的简化解析方法，并与数值计算结果进行了对比得到了较好的一致性。栾茂田等(2004)基于Winkler假设分析了地表堆载作用下被动桩基的承载特性，采用非线性的p-y关系曲线表示桩土接触，并分析了一些影响因素。这种方法的不足之处在于对土体的弹性假设，并且需要真实的土体位移边界条件，而要获得真实的土体位移，往往较为困难。

目前，国内外文献中已有几种两阶段分析方法提出，对于隧道开挖引起的土体，自由位移场计算大致有两类：一类多采用Logananthan和Poulos(1998)所提出的修正解析公式进行估算；另一类则采用经验方法或有限元法计算得到。

当土体自由场位移采用解析公式得到后，各种两阶段方法的主要区别在第二阶段。Chen等(1999)采用简化边界元程序PALLAS和PIES分别计算隧道开挖时桩基的水平和竖向承载特性，分析了隧道开挖对邻近单桩的影响，并根据参数分析绘制了相应的计算图表。Loganathan等(2001)采用边界元程序GEPAN将解析解得到的自由土体位移施加于桩，计算隧道开挖对邻近单桩和群桩的影响。计算结果表明除轴力外，可用单桩计算的结果近似估算群桩，隧道开挖引起的桩身弯矩、轴力和侧向位移皆在隧道中心深度附近为最大。Kitiyodom等(2004，2005)则是将基于Mindlin解的弹性理论法与梁板有限单元法相结合，利用有限元法考虑筏板基础和桩的柔性，利用Mindlin解的弹性理论法考虑板-桩-土之间的作用，编制程序PRAB计算了隧道开挖对单桩和群桩的影响，与已有文献比较，验证了方法的可行性，并作了相应的参数分析。Surjadinata等(2006)采用有限元法和边界元法相结合的两阶段法计算隧道开挖对单桩的影响：第一阶段应用有限元法计算无桩时的自由土体位移场；第二阶段利用边界元程序将自由土体位移施加于桩分析桩基的反应。与整体有限元法相比这种方法耗时少，相对简便，可以随时调整桩基参数进行计算。但文中仅分析了桩基的水平向反应，未见竖向反应分析。

李早和黄茂松等(2007—2008)基于Winkler地基采用荷载传递法提出了一种两阶段计算方法。Huang等(2009)也采用两阶段方法对非均质地基中邻近隧道的高承台群桩基础进行了分析。

对于基坑开挖对邻近桩基的影响，由于缺乏估算基坑周围土体自由位移场的经验和理论方法，该问题的两阶段方法较少。Poulos和Chen等(1997)认为，被动桩计算的准确程度很大程度上取决于自由土体位移估算的真实性，从而建立了有限元与边界元程序联合两阶段方法分析基坑开挖对邻近单桩的影响，首先应用有限元程序AVPULL计算基坑开挖引起的自由位移场，然后将自由位移场作为边界条件应用边界元程序PALLAS计算对桩基的影响。张陈蓉(2009)采用基坑模型试验中实测土体位移，对邻近桩基进行了两阶段的承载特性分析。(www.xing528.com)

综上，既有研究的主要不足之处可以总结为如下几点：

(1)隧道开挖引起的周围土体位移场已经有较为成熟的理论方法可以计算，而对于基坑开挖引起的自由场位移的计算主要还依赖有限元模拟和实验测试，缺乏简单实用的理论计算方法；

(2)有限元模拟可以有效地估算实践中地下工程开挖引起的土体变形和对周边环境的影响，但是，这是建立在能够有效消除有限元模拟中各种不确定因素的情况下，对有限元模拟时的参数的合理选用还缺乏一定的研究；

(3)针对隧道开挖引起的被动桩的承载特性有不少简化计算方法，而对基坑开挖引起的被动桩问题，缺乏有效的理论计算方法；

(4)现有针对被动桩的简化计算方法主要还是在均质地基中，而对于分层地基的简化计算方法未见报道；

(5)被动桩的理论方法的研究还局限于单桩、群桩和高承台群桩，针对桩筏基础的研究甚少。