地下空间结构桩筏基础与湿陷性黄土相互作用及桩基荷载传递分析

关键词：地下空间结构；桩筏基础；湿陷性黄土；相互作用；桩基荷载传递

引言

地下空间结构桩筏基础在湿陷性黄土地区的应用面临复杂的地质环境挑战。湿陷性黄土具有显著的水敏性和不均匀沉降特性，对桩基的荷载传递和整体稳定性产生重要影响。

1 地下空间结构桩筏基础与湿陷性黄土相互作用研究意义

地下空间结构桩筏基础与湿陷性黄土相互作用的研究具有重要的理论价值和工程实践意义。湿陷性黄土作为一种特殊地质材料，其物理力学性质受水分变化影响显著，易发生湿陷变形，对地下空间结构的稳定性和安全性构成潜在威胁。桩筏基础作为一种常见的基础形式，其与湿陷性黄土的相互作用机制直接关系到桩基的承载性能、变形特性以及整体结构的耐久性。通过深入研究桩筏基础与湿陷性黄土的相互作用，可以揭示桩基在湿陷性黄土中的荷载传递规律，明确湿陷变形对桩基受力状态的影响，为优化桩基设计提供科学依据。该研究有助于提出针对湿陷性黄土地区地下空间结构的基础设计方法，有效降低湿陷变形对结构的不利影响，提高工程的安全性和经济性。研究成果可为类似地质条件下的工程实践提供参考，推动桩基技术在复杂地质环境中的应用与发展，对促进地下空间资源的合理开发和利用具有重要意义。

2 地下空间结构桩筏基础与湿陷性黄土相互作用产生的影响

2.1 不均匀沉降

湿陷性黄土在遇水后产生的显著湿陷变形，极易引发地基土体的不均匀沉降，对地下空间结构的稳定性造成严重威胁。桩筏基础虽能通过桩基与筏板的协同作用分散上部荷载，但在湿陷性黄土地区，由于土体性质的复杂性和湿陷变形的随机性，可能导致筏板局部沉降过大，进而引起上部结构开裂或倾斜。湿陷过程中，土体与桩身之间的摩擦力可能减小，导致桩基承载力下降，同时湿陷变形可能引起桩身附加应力，增加桩基的荷载负担。筏板在湿陷变形的不均匀性作用下，可能承受较大的局部应力集中，导致筏板开裂或变形，影响其整体刚度和承载能力。这种不均匀沉降不仅影响结构的稳定性，还可能进一步加剧上部结构的不均匀沉降，形成恶性循环，降低结构的耐久性。因此，在湿陷性黄土地区，需采取针对性措施，以应对不均匀沉降带来的工程挑战。

2.2 桩基承载力变化

湿陷性黄土的湿陷变形对桩基承载力产生显著影响，主要表现为侧摩阻力和端承力的变化。湿陷过程中，土体与桩身之间的摩擦力可能因土体结构破坏而减小，导致桩基侧摩阻力降低，削弱桩基的整体承载能力。湿陷变形可能引起桩身附加应力，增加桩基的荷载负担，甚至导致桩基局部破坏。湿陷性黄土的湿陷特性还可能改变桩端土体的力学性质，使得桩端承载力下降，进一步影响桩基的稳定性。在湿陷性黄土地区，桩基承载力的变化具有不确定性，可能因土体湿陷变形的随机性和不均匀性而加剧。这种承载力变化不仅影响桩基的受力性能，还可能对上部结构的稳定性产生连锁反应。为应对湿陷性黄土对桩基承载力的不利影响，需在设计和施工阶段采取针对性措施，如优化桩基布置、增强桩身刚度或采用地基处理技术，以提高桩基的承载能力和整体结构的可靠性。

2.3 筏板应力集中

湿陷性黄土的湿陷变形对筏板应力分布产生显著影响，可能导致筏板局部应力集中，进而影响其整体刚度和承载能力。湿陷过程中，土体不均匀沉降使得筏板承受非均匀荷载，局部区域可能出现较大的应力集中现象。这种应力集中不仅可能引起筏板开裂或变形，还可能进一步加剧上部结构的不均匀沉降，形成恶性循环。湿陷性黄土的湿陷特性使得筏板在受力过程中难以保持均匀变形，局部区域的应力集中可能导致筏板刚度的降低，影响其整体性能。在湿陷性黄土地区，筏板应力集中的问题具有复杂性和不确定性，可能因土体湿陷变形的随机性和不均匀性而加剧。为应对筏板应力集中带来的不利影响，需在设计和施工阶段采取针对性措施，如优化筏板结构设计、增强筏板刚度或采用地基处理技术，以提高筏板的抗变形能力和整体结构的稳定性。通过合理的设计和施工措施，可以有效减少筏板应力集中现象，确保地下空间结构的安全性和耐久性。

3 地下空间结构桩筏基础与湿陷性黄土相互作用中桩基荷载传递路径

3.1 桩顶荷载传递

上部结构的荷载通过筏板传递至桩顶，形成桩基荷载传递的初始路径。筏板作为上部结构与桩基之间的连接构件，其刚度和布置方式对荷载分配具有重要影响。在湿陷性黄土地区，筏板的荷载传递特性可能因土体湿陷变形的不均匀性而发生变化。湿陷过程中，土体结构的破坏和孔隙水压力的变化可能导致筏板局部区域承受较大荷载，进而影响桩顶荷载的均匀分布。筏板的变形和刚度变化可能进一步加剧桩顶荷载的非均匀传递，导致桩基受力状态的复杂化。为优化桩顶荷载传递路径，需在设计和施工阶段采取针对性措施，如优化筏板结构设计、增强筏板刚度或调整桩基布置，以提高荷载传递的均匀性和桩基的受力性能。通过合理的设计和施工措施，可以有效减少湿陷性黄土对桩顶荷载传递路径的不利影响，确保地下空间结构的安全性和稳定性。

3.2 桩身侧摩阻力传递

桩基荷载通过桩身侧摩阻力传递至周围土体，是桩基受力性能的重要体现。在湿陷性黄土地区，桩身侧摩阻力的发挥受到土体湿陷变形的显著影响。湿陷过程中，土体结构的破坏和孔隙水压力的变化可能导致土体与桩身之间的摩擦力减小，削弱侧摩阻力的传递效果。湿陷性黄土的湿陷特性还可能引起土体与桩身接触面的局部脱离，进一步降低侧摩阻力的发挥。湿陷变形的不均匀性可能导致桩身不同区段侧摩阻力的差异，增加桩基受力的复杂性。为优化桩身侧摩阻力的传递效果，需在设计和施工阶段采取针对性措施，如优化桩基布置、增强桩身刚度或采用地基处理技术，以提高桩身与土体之间的摩擦力和接触性能。

3.3 桩端承载力传递

桩基荷载的另一部分通过桩端传递至深层土体，形成桩端承载力传递路径。在湿陷性黄土地区，桩端承载力的发挥受到土体湿陷变形的显著影响。湿陷过程中，土体结构的破坏和孔隙水压力的变化可能导致桩端土体力学性质的改变，削弱桩端承载力的传递效果。湿陷性黄土的湿陷特性还可能引起桩端土体的压缩或局部破坏，进一步降低桩端承载力。湿陷变形的不均匀性可能导致桩端土体受力状态的复杂化，增加桩基受力的不确定性。为优化桩端承载力的传递效果，需在设计和施工阶段采取针对性措施，如优化桩基布置、增强桩端刚度或采用地基处理技术，以提高桩端土体的承载性能和稳定性。

结束语

通过对桩筏基础与湿陷性黄土相互作用及桩基荷载传递的深入分析，本文揭示了湿陷性黄土对桩基性能的关键影响因素，并提出了相应的设计优化建议。

基金项目：农业发展集团有限公司内部科研项目（NFJC2025-14）

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