深基坑卸载后的坑底地基与既有工程桩的受力变形性状研究

随着基坑开挖深度的不断加大，开挖卸载导致的坑底地基及工程桩的隆起现象越发明显。坑内有桩基础时，工程桩会约束基坑回弹，同时基坑回弹也诱发工程桩、支撑立柱桩上拔，给混凝土桩基、支撑结构带来未知的安全风险。为了较准确地预测控制这种风险，必须深入了解深基坑卸载后的受力变形特性。本课题首先通过细致的室内模拟试验，和深基坑开挖前后对坑底地基进行多种原位测试对比试验，全面、深入地了解坑底地基在卸载后的应力状态、强度变形参数的变化规律，坑底地基与单桩的共同作用机理，据此建立计算模型与参数取值方法；然后根据计算模型实现深基坑卸载条件下工程桩群桩与坑底地基的共同作用分析，通过对支撑立柱桩隆起变形的实测与计算结果的对比分析，完善计算和参数取值方法，开展深开挖条件下工程桩和坑底地基受力变形性状的机理研究。这对于大埋深桩基础、深基坑支撑立柱桩的设计方法，及深基坑隆起稳定性计算方法的完善与发展具有新的理论指导价值。

基坑卸荷回弹变形对基坑稳定性分析具有重要意义。现阶段基坑回弹量估算方法有几种，如传统估算方法、经验公式、残余应力分析方法等，但存在机理不清，估算结果往往与实测值相差较大等问题，至今没有公认的计算方法，对于坑底隆起对既有工程桩影响的研究工作更不成熟。本课题对此从以下三个方面开展研究并取得了相应的成果：. (1) 回弹变形等相关参数的研究。. 通过对大量上海地区相关土层勘察资料的统计分析，得到了上海地区○5层、○6层、○8层粉质粘土回弹指数 和回弹指数 与塑性指数 和比贯入阻力 之间的线性关系。由于塑性指数 和比贯入阻力 不受取样扰动影响，可利用这些统计公式估算回弹指数，并结合相应的理论公式进一步求得回弹模量。通过对上海地区某基坑工程坑底不同深度土样进行一系列 固结不排水三轴卸荷试验，研究不同深度的不同土层在两种典型卸荷应力路径下的变形特性，分析了回弹率及回弹模量与卸荷比的变化关系。.(2) 深基坑开挖卸载过程中坑底地基的回弹变形及其对既有工程桩影响的计算方法研究。.笔者根据坑底土实测回弹变形随深度的变化曲线，得到了回弹应变随深度的变化曲线，配合常规压缩试验所得回弹模量与卸荷比的关系，得到了残余应力即为开挖卸荷坑底土层回弹影响范围内有效自重应力的结论。以自重应力修正卸荷应力得到回弹应力，据此提出了一种新型实用基坑回弹变形计算方法。该方法概念清晰，易于操作，可计算出基坑开挖卸荷影响深度范围内任意深度坑底土体回弹量。再结合改进的广义荷载传递法，进一步提出了基坑卸荷回弹对工程桩影响的全过程分方法。上述两种方法分别与实测结果对比分析，证明结果可靠，具有一定的先进性，对完善基坑工程设计理论具有重要意义。.(3) 土体三轴加卸荷对桩基影响的模拟试验研究。. 为模拟土体三轴加卸荷对桩基摩阻力产生的影响，研制了土体三轴加卸荷对桩基影响模拟试验系统。该系统包括4个子系统：三轴加卸荷系统、模型桩组、量测系统及数据自动采集系统。该系统可通过气压加载法在大直径土样顶面及侧向以高荷载进行加卸荷。利用系统模拟了不同加卸荷应力路径、不同桩端约束条件下土体沉降或回弹对模型桩产生的影响，并通过试验验证了模型试验系统有效性和可靠性。.