分层地基中地下工程开挖对桩筏基础的影响及结论

本书的一项重要工作是基于层状弹性体系基本解，采用差分方法，考虑桩-桩、桩-土、桩-筏和筏-土相互作用，建立了层状地基中复杂荷载作用下桩筏基础的计算方法。通过与既有方法计算结果和有限元计算结果的对比验证了该方法的正确性，并在此基础上对复杂荷载作用下层状地基中桩筏基础的承载特性进行了研究。研究表明，小变形情况下，竖向荷载的存在对桩筏基础水平向受力特性影响不明显，而水平荷载和弯矩的存在则会使桩筏基础产生倾斜，导致前桩受拉、后桩所受压力增加的情况。

基于层状弹性体系基本解，考虑桩-桩、桩-土相互作用、加筋效应和遮拦效应，以及筏板对桩和土的约束作用，建立了分层地基中隧道开挖对邻近桩筏基础影响的计算方法，并通过与既有方法计算结果、试验结果和DCFEM方法计算结果的对比来验证本书方法的正确性。最后利用本书编制的程序对层状地基中影响邻近隧道的被动桩筏基础的受力特性的因素进行了参数分析，得出如下一些结论：

(1)通过验证，证明本书方法是正确的，具有较高的精度，且理论意义明确，较为简单，可推广应用；

(2)隧道离桩基越远，影响越小，隧道埋深在桩长0.5倍范围以内时，对桩基影响较小，当隧道埋深在0.5～1倍桩长范围内时，隧道开挖对桩基影响较大，且应避开两个边界，使隧道埋深在中间位置(0.75倍桩长)附近，太浅则造成过大内力，太深则造成过大位移；

(3)隧道埋置在较硬的下卧层时，对邻近的桩基影响较小，所以，在实践隧道设计时，应当选择较硬的下卧层作为隧道的埋置土层；

(4)地下工程开挖经常要遇到回填土体的情况，回填较硬上覆土层对减少桩基附加变形和内力帮助较小，因此，回填土体时，没必要大量提高成本特意选用硬土回填来减小隧道开挖对邻近桩筏基础的影响；

(5)下卧层土体刚度变化对桩基水平响应影响较大，上覆土层刚度变化对桩基水平响应影响较小，在多层地基中，隧道所在土层的土体刚度对被动桩基的影响最大；

(6)在进行被动群桩的分析时，需要考虑遮拦效应的影响，以及桩基变形对遮拦效应的削减作用，且遮拦效应对被动桩基竖向受力特性的影响较大，而对被动桩基的水平向受力特性的影响较小；

(7)被动桩筏基础分析过程中，在不考虑上部主动荷载时，被动位移将使土体与筏板分离，因此可不考虑筏板与土的相互作用，在桩筏分析时，需要考虑竖向与水平向受力特性的耦合作用，这对桩身上半段的受力特性具有较大的影响；

(8)桩筏基础中基桩的受力特性主要与桩和隧道的距离有关，因此，在同一排的桩基的受力特性类似。

本书的第三项工作为基于芝加哥市区Block 37基坑工程的室内三轴试验结果和现场实测结果，采用HS模型和HSS模型，研究了如何利用反分析技术获得合理的计算参数来计算土体的响应，并探讨了如何利用不同应力路径三轴试验土体参数来合理计算基坑开挖引起的土体位移，得出以下一些结论：

(1)反分析方法是可以利用实测结果来确定土体参数的有效方法，可以用前期的实测结果反分析得出合理的参数来计算后续施工引起的位移，有助于优化设计和施工；(www.xing528.com)

(2)在基坑变形分析中，考虑土体小应变特性的影响对于准确计算基坑开挖引起的土体变形具有重要意义，不考虑小应变影响时，会高估了土体的刚度，或者过高地估计应变较小时基坑周边的土体位移；

(3)无论是HS模型还是HSS模型，都无法用同一组参数来计算不同应力路径下土体的应力应变特性，且通过对不同土样的不同应力路径下土体应力-应变特性的分析，认为Block土样的质量要比Tube土样的质量高；

(4)虽然HSS模型是在HS模型的基础上考虑土体小应变特性的扩展模型，但是因为考虑了不同的剪胀特性，相同土体刚度下，HS模型与HSS模型的值是不同的，不能将HS模型分析中所得的值直接应用于基于HSS模型的研究分析中；

(5)对于HSS模型，基于室内三轴压缩试验得到的与基于现场实测得到的值较为接近，而基于室内三轴拉伸试验得到的γ0.7与基于现场实测得到的γ0.7较为接近，且室内三轴压缩试验得到的可与室内三轴拉伸试验得到的γ0.7值组合并较准确地计算基坑开挖引起的土体变形。

同时，本书基于小应变有限元分析结果，拟合了墙后土体位移衰减曲线，并结合围护墙位移和墙后地表沉降计算的经验方法，建立了基坑周边土体自由场位移的简化计算方法，并且通过和FEM结果以及实测结果的对比验证了该简化方法的正确性。在此基础上，与建立邻近隧道被动桩筏的方法相同，建立了邻近基坑的被动桩筏基础的计算方法，通过与FEM结果的对比，验证了本方法的正确性，并对基坑参数对邻近基坑被动桩基的影响进行了分析，得出如下结论：

(1)本书建立的基坑开挖引起的土体自由场位移的计算方法是正确的，具有一定的合理性；

(2)经过验证，本书建立的计算基坑开挖对邻近桩筏基础的影响的方法是合理可行的；

(3)基坑开挖深度应越小越好，且基坑开挖深度应避开桩底位置；

(4)基坑围护墙应该避开距离桩基0.5倍开挖深度的位置，在距离围护墙0.5倍开挖深度距离以内桩基位移和内力均随着距离的增加而增加，而在与围护墙距离超过0.5倍开挖深度时，随着距离增加，桩基附加位移和内力均减小；

(5)应当采用刚度较大的支撑围护体系来减小基坑开挖引起的最大位移，邻近桩基的附加位移和内力随着基坑开挖引起的最大围护墙水平位移的增加呈线性增长；

(6)桩基的附加沉降主要由桩底所在土层的刚度控制，而附加水平变形与基坑开挖引起的土体水平变形基本一致，所在土层刚度越大，则桩基段的附加内力也越大，应当对处于土性较好的土层中的桩基内力进行验算。