湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性与地下空间结构相互作用

引言

湿陷性黄土地基作为一种特殊的地质条件，其力学性质复杂且易受水分影响，导致地基沉降和变形问题显著。桩筏基础作为一种常见的深基础形式，能够有效分散上部荷载，但其在湿陷性黄土地基中的受力特性与地下空间结构的相互作用仍需深入研究。

1 湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性与地下空间结构相互作用研究意义

湿陷性黄土地基由于其独特的物理力学性质，在遇水后易发生显著沉降和变形，对上部结构的安全性和稳定性构成严重威胁。桩筏基础作为一种深基础形式，能够有效分散上部荷载，减少地基不均匀沉降，但其在湿陷性黄土地基中的受力特性与地下空间结构的相互作用机制尚未得到充分研究。深入研究这一问题，不仅有助于揭示桩筏基础在复杂地质条件下的力学行为，还能为优化基础设计提供理论依据。通过分析桩筏基础与地下空间结构的协同作用，可以明确两者在荷载传递、变形协调及应力分布等方面的相互影响，从而提升整体工程的安全性和耐久性。研究成果可为湿陷性黄土地区的地下空间开发提供技术支撑，减少因地基湿陷引发的工程事故，降低工程成本。结合数值模拟与现场监测数据，进一步验证理论分析的准确性，有助于推动相关设计规范的完善，为类似工程提供科学指导。研究湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性与地下空间结构的相互作用，不仅具有重要的理论价值，还对工程实践具有深远的现实意义。

2 湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性

2.1 湿陷变形对桩筏基础的影响

湿陷性黄土地基在遇水后发生显著湿陷变形，导致地基不均匀沉降，直接影响桩筏基础的受力状态。湿陷变形引起的地基下沉使桩体产生附加应力和位移，尤其在桩顶和桩底附近，桩身拉应力显著增加。筏板作为桩筏基础的上部结构，因地基不均匀沉降而发生弯曲和扭曲变形，影响整体稳定性。湿陷变形还导致桩周土体下沉，产生负摩阻力，增加桩身轴向压力，降低桩的承载能力。湿陷变形可能引起桩周土体侧向压力变化，影响桩的侧向稳定性和抗弯性能。地下空间结构的存在进一步改变地基应力分布，导致桩筏基础应力重分布，可能在某些区域产生应力集中。桩筏基础与地下空间结构的相互作用影响基础整体刚度和稳定性，综合作用下，湿陷变形对桩筏基础的受力特性产生复杂且显著的影响。

2.2 桩土相互作用

在湿陷性黄土地基中，桩土相互作用机制复杂且显著。湿陷变形导致桩周土体下沉，产生负摩阻力，增加桩身轴向压力，降低桩的承载能力。桩周土体的下沉还引起侧向土压力变化，影响桩的侧向稳定性和抗弯性能。桩与土之间的相对位移导致桩身应力分布不均匀，尤其在桩顶和桩底附近，拉应力显著增加。湿陷变形引起的土体密实度变化进一步影响桩土接触面的摩擦特性，改变桩的受力状态。地下空间结构的存在改变地基应力场，导致桩土相互作用更加复杂。桩土相互作用不仅影响桩的承载能力，还影响桩筏基础的整体稳定性和变形特性。综合作用下，桩土相互作用在湿陷性黄土地基中对桩筏基础的受力特性产生重要影响，需在设计和施工中予以充分考虑。

2.3 地下空间结构的影响

地下空间结构的存在显著改变湿陷性黄土地基的应力分布，进而影响桩筏基础的受力特性。地下空间结构引起地基应力重分布，导致桩筏基础在某些区域产生应力集中，增加局部应力水平。桩筏基础与地下空间结构之间的相互作用改变基础的整体刚度和稳定性，影响基础的变形特性。地下空间结构的开挖和施工过程可能导致地基土体扰动，进一步加剧湿陷变形，影响桩筏基础的承载能力。地下空间结构的存在还改变桩周土体的应力状态，影响桩土相互作用，增加桩身的轴向压力和侧向土压力。桩筏基础与地下空间结构的协同作用导致基础受力状态复杂化，需在设计和施工中充分考虑其影响。综合作用下，地下空间结构对湿陷性黄土地基中桩筏基础的受力特性产生重要影响，需通过合理设计和施工措施确保工程安全。

3 湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性与地下空间结构相互作用的优化策略

3.1 地基处理与加固

在湿陷性黄土地基中，地基处理与加固是确保桩筏基础稳定性的关键措施。预浸水法通过提前诱发湿陷变形，减少施工后地基的不均匀沉降，提高地基稳定性。强夯法通过高能量冲击提高土体密实度，降低湿陷性，增强地基承载力。化学加固方法如化学注浆或石灰桩，通过改良土体性质，减少湿陷变形，提高地基整体性能。桩端进入稳定土层，通过合理设计桩长和桩径，确保桩筏基础在湿陷性黄土中的稳定性。筏板刚度调整通过增加厚度或采用预应力技术，减少不均匀沉降引起的变形，提高整体稳定性。桩间距优化设计避免桩土相互作用引起的应力集中，提高桩筏基础的整体承载能力。综合运用这些地基处理与加固措施，可有效降低湿陷性黄土地基对桩筏基础的不利影响，确保工程安全。

3.2 桩筏基础设计优化

在湿陷性黄土地基中，桩筏基础设计优化是确保工程稳定性和经济性的重要环节。合理设计桩长和桩径，确保桩端进入稳定土层，减少湿陷变形对桩身的影响，提高桩的承载能力。筏板刚度调整通过增加厚度或采用预应力技术，减少不均匀沉降引起的变形，提高整体稳定性。桩间距优化设计避免桩土相互作用引起的应力集中，提高桩筏基础的整体承载能力。桩筏基础与地下空间结构的协同作用需在设计阶段充分考虑，通过合理布置桩位和筏板结构，减少应力重分布对基础的不利影响。桩筏基础设计还需结合地基处理措施，如预浸水法和强夯法，进一步降低湿陷性黄土对基础的影响。综合运用这些设计优化措施，可有效提高桩筏基础在湿陷性黄土地基中的稳定性和安全性。

3.3 地下空间结构设计优化

在湿陷性黄土地基中，地下空间结构设计优化是确保工程稳定性和功能性的重要环节。采用柔性结构或分段施工，减少对地基的扰动，降低湿陷变形对桩筏基础的影响。合理布置地下空间结构的位置和形式，避免应力集中，减少对桩筏基础的不利影响。地下空间结构与桩筏基础的协同作用需在设计阶段充分考虑，通过合理设计连接节点和支撑结构，提高整体稳定性。地下空间结构的施工顺序和方法需优化，减少施工过程中对地基的扰动，降低湿陷变形的风险。地下空间结构的防水和排水设计需完善，防止水渗入地基，减少湿陷变形的发生。

结束语

通过对湿陷性黄土地基中桩筏基础受力特性与地下空间结构相互作用的分析，本文揭示了桩筏基础在复杂地质条件下的力学行为及其对地下空间结构的影响。研究结果表明，合理设计桩筏基础能够有效缓解湿陷性黄土的沉降问题，同时与地下空间结构形成协同效应，提升整体工程的稳定性和安全性。

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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