既有樁基受土體水平位移影響的工程應(yīng)用研究

李亭戰(zhàn) 陳偉征

摘要：本文針對基坑開挖引起土體水平位移，會使鄰近已有樁基產(chǎn)生變形或附加內(nèi)力，可能導(dǎo)致鄰近樁基的破壞的問題，基于Winkler地基模型以及樁-土變形協(xié)調(diào)條件，建立單樁水平位移控制方程，采用兩階段方法進(jìn)行求解。通過工程實例研究，分析土體水平位移和鄰近樁基承載性狀兩者之間的關(guān)系。實踐表明，控制基坑支護(hù)構(gòu)件的水平位移限制對鄰近樁基的安全有著非常重要的作用。

關(guān)鍵詞：既有柱基 土體水平位移 應(yīng)用研究

1 概述

土體水平位移是因為基坑開挖造成的，在這種情況下鄰近建筑物的樁基可以會發(fā)生變形，可能會影響鄰近建筑物的安全性。為了保證鄰近建筑物的安全性，本文通過利用Winkler地基模型以及樁-土變形協(xié)調(diào)條件，建立單樁水平位移控制方程，并且采用兩階段的方法進(jìn)行計算，分析土體水平位移和鄰近樁基承載性狀兩者之間的關(guān)系。

樁基在水平位移作用下的變形和內(nèi)力分析，實質(zhì)就是求解被動樁問題。目前采用土位移法計算樁基的位移和內(nèi)力是一種比較簡單和直觀的方式，因為這種方式是直接根據(jù)自由土體位移計算的。求解被動樁可以被分成兩個步驟進(jìn)行，第一步是計算沒有樁時自由土體的位移，第二步是利用已知的自由土體位移，施加于被動樁，被動樁的受力狀況就計算出來了。本工程就是采用這種方法，通過Winkler地基模型來分析受土體水平位移作用下被動單樁的受力性狀，分析基坑開挖產(chǎn)生的土體水平位移大小和鄰近已有樁基之間的關(guān)系。

2 被動單樁的分析方法

2.1 計算模型（樁-土相互作用）

如果把因為基坑開挖造成的自由土體位移看成是hs （z），并且hs（z）受到樁基的約束作用，設(shè)U（z）是樁身的最終側(cè)向位移，按照相關(guān)原理，土體的最終側(cè)向位移就是這個位移。所以，土體的約束位移為Δ=hs（z）-U（z），由Winkler地基模型，約束位移產(chǎn)生的樁側(cè)土壓力為：F=kzΔ（1）

式中：kz——樁周土體的基床反力模量，其定義為樁身某處單位長度土體抗力與樁-土相對位移的比值（kN/m2）；F——樁在單位長度上的受力大?。╧N/m）。

2.2 基床反力模量kz假定

Vesic提出過一個方法來計算基床反力模量kz，這種方法是把基床反力模量與土體的變形參數(shù)土的泊松比（μ）結(jié)合起來計算的，即：kz=■■（2）

式中：E0——土體的變形模量（kPa）；μ——土的泊松比；d——樁的直徑（m）。

3 工程實例分析

工程簡介：開挖工程位于天津市靜海某一廠房內(nèi)，該廠房為樁基，樁型為預(yù)應(yīng)力混凝土管樁（PHC 樁），樁長為30m，直徑為400mm，壁厚為95 mm，混凝土強度等級為C80，極限彎矩為104kN·m，開裂彎矩為63kN·m，樁基持力層為粉砂層。開挖土體為均質(zhì)粉質(zhì)粘土，泊松比μ= 0.3，E0為土的變形模量，參考相關(guān)的資料和分析相關(guān)的實踐經(jīng)驗，E0可近似取地質(zhì)勘察報告提供的壓縮模量 ES，故可假定E0=ES=6.2MPa，樁身抗彎剛度EPIP=8.8x107N·m2?；娱_挖深度3.6m，基坑距離廠房樁基3.0m。為了確保施工過程中廠房的安全性，因此，需考慮基坑開挖過程中土體位移對樁基的影響。在施工過程中采用長度為9.5m鋼板樁四周支護(hù)，嚴(yán)格監(jiān)測基坑開挖過程中周邊土體的位移量。依據(jù)監(jiān)測所得位移量并按照前述理論計算，得到不同開挖深度的相對位移Δ作用下的樁所受彎矩值M，計算結(jié)果詳見表1。

表1

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由表1可知，當(dāng)基坑開挖完成后，樁身所受的最大彎矩為51.7KN·m，完全小于樁身的開裂彎矩63KN·m，故可以滿足臨近樁基安全的要求。因此，當(dāng)鄰近既有樁基進(jìn)行基坑開挖時，做好基坑支護(hù)并實時監(jiān)測樁身及土體水平位移是極為重要的。根據(jù)土體水平位移對鄰近既有樁基承載性狀影響分析的研究可知，樁所受的最大彎矩都出現(xiàn)在距離地面較近的位置，本工程實例的表1的數(shù)據(jù)也可證實此結(jié)論。

4 結(jié)論

由于開挖所產(chǎn)生的土體水平位移作用對鄰近既有樁基安全的影響，本文針對天津市靜海某一基坑開挖工程，運用兩階段法分析計算土體的水平位移對單樁的影響程度。分析結(jié)果表明，支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移控制對鄰近樁基的安全性有著重要影響。當(dāng)開挖深度較大時，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移過大會導(dǎo)致鄰近樁基的破壞。因此，一方面在基坑開挖之前，根據(jù)鄰近樁基及地質(zhì)勘察報告提供的參數(shù)計算出基坑在各個開挖深度時的水平位移預(yù)測值，并對樁身在該水平位移預(yù)測值作用下受力進(jìn)行計算，校核樁身受力的安全性；另一方面，在開挖過程中，應(yīng)實時監(jiān)測支護(hù)及樁身的水平位移，通過理論計算出樁身實際受力大小，以便及時采取措施保護(hù)樁基的安全。總之，基坑開挖過程中，確保支護(hù)構(gòu)件的穩(wěn)定性和有效性，降低開挖對鄰近既有樁基的影響，才能保證已有建筑的安全性。

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作者簡介：李亭戰(zhàn)（1984-），男，山西芮城人，助理工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計。