邻近堆载作用对既有桩基承载特性的影响分析.pdf

摘要

在工程建设过程中存在各种复杂的施工因素，桥梁桩基周围不可避免会出现大

量堆载引起桩周土体变形，使桩基出现侧移和沉降的情况，从而导致上部结构产生

位移、倾斜以及开裂等问题。由于群桩基础尺寸大，现场足尺试验工作量大，难以

进行。因此，本文以邻近堆载作用下2×2桥梁桩基为研究对象，基于弹性理论对其

进行理论分析，并结合有限元软件PLAXIS3D进行数值模拟分析。探讨群桩基础在

邻近堆载作用下的承载特性和变形规律，有助于提高工程建设的安全性，为实际工

程提供参考。

本文以模型研究为主，对大量文献归纳总结研究，系统地开展了邻近堆载作用

下桩基承载特性分析研究。本文所做主要工作内容如下：

（1）构建了群桩基础在邻近堆载作用下的计算模型，基于弹性理论和虚拟桩方

法，将计算模型分为虚拟桩和扩展土，建立在弹性半无限空间中邻近堆载作用下的

群桩受力响应的积分控制方程。编制了MATLAB计算程序，并通过现有试验对其进

行了验证，证明理论计算的合理性，为后续研究提供了理论基础。

（2）建立了邻近堆载作用下的2×2桥梁群桩三维数值模型，开展邻近堆载作用

下桥梁桩基工作特性研究。分析在不同土体本构模型（弹性模型、摩尔库伦模型、

小应变土体硬化模型）中，不同影响因素（堆载距离、桩土刚度比、土体弹性模量

增加系数、桩身长径比、堆载大小）对桩基承载特性的影响。探究桥梁桩基在竖直

方向（桩身轴力、沉降）与水平方向（侧移、剪力、弯矩等）的规律。得到了以下

结论：（a）堆载距离、桩土刚度比、土体模量增加系数越大，对桩体的稳定性越有

利。（b）桩顶自由的工况下，HS-s模型中的桩顶位移最小，MC模型中桩顶位移最

大；HS-s模型中桩身刚度最大，弹性模型中桩身刚度最小，即HS-s模型中沉降最

小，弹性模型中桩身沉降最大；弹性模型中桩身的轴力、剪力以及弯矩最大，HS-s

模型中桩身的轴力、剪力以及弯矩最小。（c）在桩顶刚性连接的工况下，HS-s模型

中桩顶侧移最小，弹性模型中桩身刚度始终最小，即沉降最大。

（3）以福建省西堤大桥工程为研究背景，基于PLAXIS3D建立三维数值模型，

分析了0-2#桩在堆载工况下的桩基变位特性；利用理论分析方法再次得到0-2#桩的

顶部位移；结合现场的监测数据（部分桩基、护岸监测点的位移）、数值计算结果和

理论分析结果，验证了数值模拟和理论分析的可靠性。基于数值模拟，得到了各个

工况下0-2#桩基的轴力和弯矩。得到了以下结论：（a）大面积堆载对邻近桩基的位

移、轴力和弯矩存在较大影响，桩身的变形性状也不仅仅是与堆载有关，也与施工

顺序和复杂的地质条件有关。（b）PLAXIS3D有限元方法以及基于弹性理论的计算

方法具备一定的可靠性，均可以为实际工程提供一定的参考。

关键词：桥梁桩基；群桩；邻近堆载；积分方程法；PLAXIS3D

Abstract

Intheprocessofengineeringconstruction,variouscomplexconstructionfactorsexist.

Itisinevitablethatalargeamountofsurchargearoundthebridgepilefoundationwill

causedeformationofthesurroundingsoil,leadingtolateralmovementandsettlementof

thepilefoundation.This,inturn,resultsindisplacement,tilting,andcrackingissuesinthe

upperstructure.Duetothelargesizeofgrouppilefoundations,conductingfull-scaleon-

sitetestsischallengingandlabor-intensive.Therefore,thispapertakesthe2x2bridgepile

foundationundertheinfluenceof