基坑開挖與鄰近樁基礎(chǔ)的相互影響分析

蘇華

摘要：如今我國(guó)人口密度越來越高，面對(duì)用地空間飽和的情況，人們?cè)絹碓阶⒅貙?duì)于地下空間的開發(fā)和建設(shè)，基坑開挖工程也隨之增加，同時(shí)所帶來的也是一系列的問題和影響。文章對(duì)基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)兩者之間的相互影響進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：基坑開挖；鄰近樁；基礎(chǔ)影響

中圖分類號(hào)：TU470 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）01-0046-02

1 我國(guó)的基坑開挖工程發(fā)展情況

在20世紀(jì)70年代末，我國(guó)開始對(duì)基坑開挖工程進(jìn)行較為系統(tǒng)和全面的研究，并開始制定相關(guān)的法律法規(guī)。由于當(dāng)時(shí)我國(guó)剛開始實(shí)行改革開放政策，各地經(jīng)濟(jì)開始發(fā)展，各種高層建筑物拔地而起。這些高層建筑物要求建筑物的基礎(chǔ)埋地要足夠深，因此基坑開挖的深度也隨之而不斷增加。90年代我國(guó)開始步入舊城改造時(shí)期，大部分城市開始進(jìn)行各種規(guī)模龐大的基坑開挖工程，但考慮到基坑開挖過程中的環(huán)境效應(yīng)問題，我國(guó)對(duì)于基坑開挖工程技術(shù)的研究開始往更深一層進(jìn)發(fā)。通過相關(guān)專業(yè)人員的努力和國(guó)家的支持，我國(guó)經(jīng)研究產(chǎn)生了很多具有一定先進(jìn)代表性的工程計(jì)算理論和工程施工技術(shù)。

盡管如此，但作者相信，隨著我國(guó)人口密度不斷增加，我國(guó)城市中將會(huì)出現(xiàn)越來越多的建筑物密集區(qū)。因此，能夠?qū)娱_挖工程進(jìn)行詳細(xì)的研究和解決施工過程中出現(xiàn)的問題對(duì)于我國(guó)未來建筑行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。

2 基坑開挖工程

2.1 基坑變形原因

2.1.1 坑底土體的變形。在基坑開挖面上進(jìn)行卸荷的過程中，容易因?yàn)樾逗啥羁拥淄馏w產(chǎn)生一個(gè)向上的位移，從而導(dǎo)致坑底土體的變形。一般來說，基坑坑底的彈性隆起導(dǎo)致坑底發(fā)生變形的這種情況在基坑開挖停止后可以很快就停止了，并不會(huì)引起圍護(hù)墻墻體的變形。但當(dāng)基坑開挖的深度不斷增加，并到達(dá)一定程度時(shí)，基坑內(nèi)外土面就會(huì)存在一定的加載，加上地面超載，兩者的共同作用會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)墻外側(cè)的土體發(fā)生上塑性的隆起。當(dāng)隆起達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，就會(huì)令基坑失穩(wěn)，周圍的地層大量沉陷。

2.1.2 圍護(hù)墻墻體的變形。當(dāng)基坑坑底土體發(fā)生變形后，圍護(hù)墻的兩側(cè)就存在著壓力差，圍護(hù)墻長(zhǎng)時(shí)間在壓力差的作用下，容易發(fā)生水平的位移，導(dǎo)致墻外側(cè)的土體位移，圍護(hù)墻墻體也因此而產(chǎn)生變形。在基坑開挖的過程中，圍護(hù)墻在安裝支撐必定會(huì)發(fā)生先期變形。一般來說，圍護(hù)墻墻體產(chǎn)生變形的最大程度是發(fā)生在基坑底面的1～2

米處。

2.1.3 當(dāng)坑底的土體發(fā)生隆起、圍護(hù)墻墻體發(fā)生變形后，極度容易引起基坑周圍的地層移動(dòng)，但總的來說，圍護(hù)墻墻體的變形是造成基坑周圍土體地層移動(dòng)的主要

原因。

2.2 基坑周圍地層發(fā)生移動(dòng)的主要原因

即使基坑的各種條件都相同，但還是有很多因素會(huì)導(dǎo)致基坑周圍的地層發(fā)生不同的移動(dòng)。這些底層移動(dòng)是可以通過采取措施來減少的。以下是導(dǎo)致基坑周圍地層移動(dòng)的主要原因：

2.2.1 支護(hù)系統(tǒng)。支護(hù)系統(tǒng)主要控制著圍護(hù)墻墻體的剛度、厚度以及支撐插入深度，因此對(duì)于基坑底層是否發(fā)生移動(dòng)具有極大的影響。

2.2.2 基坑開挖順序。如可以對(duì)基坑進(jìn)行分段分層方式按順序開挖，并做到隨挖隨撐，就可以在開挖過程中利用土體結(jié)構(gòu)的空間減少圍護(hù)墻所受到的壓力，從而減輕圍護(hù)墻變形的程度，同時(shí)還可以便于快速施加支撐預(yù)應(yīng)力，令圍護(hù)墻墻體緊壓周圍土體，增加了周圍土體的抗剪強(qiáng)度。通過這樣分段分層對(duì)基坑進(jìn)行開挖，可以減輕支撐的先期變形程度，提高基坑的安全系統(tǒng)，減少周圍土體的位移。

2.2.3 基坑開挖施工周期。當(dāng)基坑周圍粘性土體應(yīng)力達(dá)到一定的水平時(shí)，會(huì)有部分區(qū)域變?yōu)樗苄?。而根?jù)粘性土體的流變性，即使在穩(wěn)定的狀態(tài)下，土體一旦暴露過程時(shí)間過長(zhǎng)就會(huì)發(fā)生自發(fā)性移動(dòng)，尤其是剪應(yīng)力較大的區(qū)域。所以，在進(jìn)行施工的時(shí)候，對(duì)于施工周期和基坑的暴露時(shí)間要嚴(yán)格控制，才能夠盡最大限度減少對(duì)基坑地層移動(dòng)的影響。

2.2.4 積水的影響。若在施工現(xiàn)場(chǎng)沒有相應(yīng)的措施阻止雨水或其他積水進(jìn)入基坑，并不能及時(shí)進(jìn)行積水排除時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致坑底的土體軟化，容易發(fā)生縱向滑坡，增大墻體和基坑周圍地層的位移。

3 基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)兩者之間的關(guān)系

基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)兩者之間的影響是相互的。目前我國(guó)進(jìn)行基坑圍護(hù)墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，大多會(huì)以在進(jìn)行開挖施工過程中對(duì)周圍建筑物的鄰近樁基礎(chǔ)的影響作為主要考慮對(duì)象。下面，作者將會(huì)簡(jiǎn)單介紹基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)兩者之間的相互影響情況及其主要分析方法。

在基坑開挖施工過程中，基坑周圍的土體會(huì)沿著水平方向移動(dòng)，而鄰近樁基礎(chǔ)就會(huì)妨礙了土體的移動(dòng)。長(zhǎng)久下去，就會(huì)影響了整個(gè)施工過程中本應(yīng)相互協(xié)調(diào)的工作體系和系統(tǒng)。另外，當(dāng)基坑周圍土體發(fā)生水平方向的移動(dòng)時(shí)，由于其屬于整體性的移動(dòng)，所以換個(gè)說法就是挾持著鄰近樁做一個(gè)整體的滑動(dòng)。當(dāng)鄰近樁發(fā)生位移到達(dá)一定程度時(shí)，鄰近樁后的土體容易受到不平衡的側(cè)壓力，同時(shí)鄰近樁前的土體的逃逸趨勢(shì)變得更加明顯。當(dāng)鄰近樁前區(qū)和后區(qū)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的時(shí)候，鄰近樁之間就會(huì)出現(xiàn)土拱效應(yīng)。

土拱效應(yīng)是形容樁土應(yīng)力從樁后區(qū)土體本應(yīng)承受的應(yīng)力遷移樁體上這一現(xiàn)象，其形成的主要原因是阻塞效應(yīng)。進(jìn)行基坑開挖工程時(shí)，基坑周圍的土體會(huì)向基坑內(nèi)滑移，當(dāng)鄰近樁基礎(chǔ)阻止土體發(fā)生位移的同時(shí)，樁體會(huì)發(fā)生變形，且相鄰的樁體之間的土體亦有向基坑內(nèi)部移動(dòng)的趨勢(shì)。隨著樁前區(qū)的開挖工作完成程度，土體移動(dòng)的趨勢(shì)就會(huì)變得更加明顯。有移動(dòng)趨勢(shì)的土體會(huì)對(duì)樁體產(chǎn)生不均勻的壓力，樁體與樁體之間的土體因受到樁體的壓力而出現(xiàn)不同程度的剝落現(xiàn)象。在這種情況之下，鄰近樁之間就出現(xiàn)了以相鄰兩樁作為拱腳的土拱效應(yīng)。

4 對(duì)基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)相互影響的分析

方法

4.1 位移分析法

位移分析法的概念和計(jì)算過程都相對(duì)較為簡(jiǎn)單和清楚，而且能夠合理科學(xué)地分析樁體和土體之間的相互作用。但另外，該法在計(jì)算過程中沒有把地基的連續(xù)性和樁體與土體的切向作用全面考慮在內(nèi)，缺乏一定的合理性，所以其計(jì)算結(jié)果偏大，但安全性也較高。

4.2 有限單元分析法

該法能夠?qū)⒒娱_挖工作和鄰近樁基礎(chǔ)作為一個(gè)整體來進(jìn)行考慮和計(jì)算，全面考慮到開挖過程中可能會(huì)引起的地層移動(dòng)對(duì)鄰近樁基礎(chǔ)的不利影響和有利影響，彌補(bǔ)了土壓力法和位移法的不足。另外，有限單元法在進(jìn)行分析時(shí)，選用了合適的單元體和土體模型進(jìn)行計(jì)算，能夠考慮到地基的連續(xù)性，是最為全面和合理的分析方法。

4.3 土壓力法

所謂的土壓力法就是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和理論對(duì)土體壓力分布情況進(jìn)行計(jì)算。土壓力法的計(jì)算過程中對(duì)于土壓力的確定方法可以有很多種，力圖根據(jù)邊坡安全系數(shù)、土體中的應(yīng)力大小，甚至土體對(duì)于樁做水平方向移動(dòng)時(shí)對(duì)樁體的力的大小都可以進(jìn)行計(jì)算。

綜上所述，在對(duì)基坑開挖和鄰近樁基礎(chǔ)相互影響的情況進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況的土體、樁體等資料選取適當(dāng)?shù)姆治龇椒ǎ浞掷孟嚓P(guān)的理論評(píng)價(jià)其本身的價(jià)值，并且選取合適的參數(shù)進(jìn)行模擬，才能夠提高分析的精確度，指導(dǎo)實(shí)際的施工工作。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)人口密度的不斷增加，我國(guó)城市中將會(huì)出現(xiàn)越來越多的建筑物密集區(qū)。因此，對(duì)基坑開挖工程進(jìn)行詳細(xì)的研究和解決施工過程中出現(xiàn)的問題對(duì)于我國(guó)未來建筑行業(yè)的發(fā)展具有一定的深刻意義和使用價(jià)值，而對(duì)基坑開挖工程和鄰近樁基礎(chǔ)兩者之間的關(guān)系和影響了解清楚能夠確保施工過程中和建筑物日后使用過程中的安全性和實(shí)用性，為社會(huì)人們?cè)旄！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 黃茂松，張陳蓉，李早.開挖條件下非均質(zhì)地基中被

動(dòng)群樁水平反應(yīng)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008.

[2] 杜佐龍，黃茂松，李早.基于地層損失比的隧道開挖

對(duì)臨近群樁影響的DCM方法[J].巖土力學(xué)，2009.

[3] 蔡建鵬，黃茂松，錢建固，徐中華.基坑開挖對(duì)鄰近

地下管線影響分析的DCFEM法[J].地下空間與工程

學(xué)報(bào)，2010.

[4] 胡煥校，魏濤.土釘與樁錨復(fù)合支護(hù)方案在邊坡工程

中的應(yīng)用[J].山西建筑，2010.endprint