基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基影響的兩階段分析方法

楊俊嶺

【摘要】對(duì)于基坑開(kāi)挖來(lái)說(shuō)，它與鄰近樁基之間是存在相互作用的，并且鄰近樁基的存在可以促使基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行，但是基坑開(kāi)挖可能會(huì)對(duì)鄰近樁基產(chǎn)生不好的影響。借助于兩端分析方法進(jìn)行基坑開(kāi)挖對(duì)于鄰近樁基影響的分析，其實(shí)也是借助于公式或者方程進(jìn)行計(jì)算與表達(dá)。

【關(guān)鍵詞】基坑開(kāi)挖；鄰近樁基；兩階段分析法

一、前言

城市現(xiàn)代化的發(fā)展的極為迅速的，只是城市的地面空間十分有限，有限的城市地面空間已經(jīng)無(wú)法滿足城市需求。為此，則必須考慮進(jìn)行地下開(kāi)挖的情況。在進(jìn)行基坑開(kāi)挖的時(shí)候，除了要讓基坑自身的安全與穩(wěn)定得到保證之外，也應(yīng)該對(duì)基坑周圍土體以及環(huán)境的穩(wěn)定做到有效控制。

二、基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基的影響

在基坑開(kāi)挖的時(shí)候，其與鄰近樁基之間會(huì)有相互作用存在。一般情況下，在進(jìn)行深基坑工程的開(kāi)挖都是把基坑開(kāi)挖的深度其主動(dòng)土壓力作為進(jìn)行維護(hù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與依據(jù)，反而忽略了鄰近樁基也會(huì)對(duì)基坑開(kāi)挖產(chǎn)生有益處的作用與影響。事實(shí)上，在進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，不僅鄰近樁基會(huì)受到來(lái)自于基坑的不好的影響，還存在鄰近樁基能夠讓基坑開(kāi)挖變得更加順利的影響。進(jìn)行基坑開(kāi)挖，與卸除荷載的效果是差不多的，而開(kāi)挖的深度也代表著卸載荷載的不同，其會(huì)對(duì)附近土體造成的影響也不一樣。

通常情況下，如果進(jìn)行基坑開(kāi)挖的地點(diǎn)是在建筑物的附近，那么開(kāi)挖的深度小于三米的時(shí)候并不會(huì)對(duì)鄰近樁基其安全性造成影響。只是，但開(kāi)挖的深度不斷增加的時(shí)候，其鄰近樁在水平上產(chǎn)生的位移以及彎矩都會(huì)隨之增加。如果樁底的約束比較小，那么樁頭便很容易出現(xiàn)最大位移。如果說(shuō)鄰近樁在進(jìn)行布置的時(shí)候選擇的是雙排樁形式，那么位移差距上來(lái)說(shuō)，前后排樁的差別不大，只是前排樁比后排樁的彎矩要明顯更大。如果基坑其圍護(hù)結(jié)構(gòu)是支護(hù)樁的形式，那么支護(hù)樁具有越大的剛度，相應(yīng)的鄰近樁其彎矩與位移就將會(huì)越小。如果支護(hù)樁其剛度越小，相應(yīng)的鄰近樁其位移與變化幅度就會(huì)很大。如果基坑其圍護(hù)結(jié)構(gòu)是圍護(hù)墻的形式，那么對(duì)于需要承受土體位移的作用的被動(dòng)樁而言，圍護(hù)墻的存在是可以讓土體的側(cè)向位移減少的，并且通過(guò)這種方式讓樁基礎(chǔ)由于受到土體水平位移以至于出現(xiàn)的位移與彎矩都得到減小。

在基坑開(kāi)挖的時(shí)候，鄰近樁與基坑開(kāi)挖面之間的距離也會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)于鄰近樁而言，其樁身位移與彎矩在開(kāi)挖面的距離越大的時(shí)候反而會(huì)越小。如果說(shuō)鄰近樁和基坑開(kāi)挖面之間的距離超出了基坑開(kāi)挖能夠?qū)ν馏w產(chǎn)生影響的范圍，那么鄰近基坑反而不會(huì)受到影響了。對(duì)于鄰近樁樁頂承臺(tái)來(lái)說(shuō)，面對(duì)單雙排樁，承臺(tái)的影響是不一樣的。如果單排樁存在承臺(tái)，那么其樁身的位移與彎矩將會(huì)小于沒(méi)有承臺(tái)存在的情況。如果雙排樁不存在承臺(tái)，那么它的情況和單排樁的情況是類似的。如果雙排樁存在承臺(tái)，那么其樁頭就會(huì)有比較大的彎矩出現(xiàn)，這也是雙排樁與承臺(tái)之間相互進(jìn)行作用而導(dǎo)致的。亦即是，對(duì)于雙排樁來(lái)說(shuō)，其前排樁會(huì)將后排樁往前拉，而后排樁也是一樣。對(duì)于鄰近樁其樁長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，鄰近樁長(zhǎng)會(huì)對(duì)樁本身無(wú)論是位移還是彎矩都產(chǎn)生很大的影響。如果樁長(zhǎng)相比于基坑深度是更小的，那么最大彎矩會(huì)在樁中間出現(xiàn)，而隨著樁的增長(zhǎng)其水平位移反而會(huì)減小。如果樁長(zhǎng)相比于基坑深度是更大的，那么隨著樁的增長(zhǎng)其水平位移會(huì)先增大再減小。

三、基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基影響的兩階段分析方法

借助于兩階段分析方法，可以對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)于其鄰近樁基所產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。兩階段分析法需要先將基坑開(kāi)挖與它維護(hù)結(jié)構(gòu)的變形而導(dǎo)致的坑外土體移動(dòng)或者是土壓力分布求得；要將樁基當(dāng)作一維桿系結(jié)構(gòu)，再借助于彈簧的設(shè)置將其和周圍土體的作用真正實(shí)現(xiàn)，借助于之前獲得的土體位移以及土壓力，它們?cè)跇痘a(chǎn)生的作用從而得到樁身存在的附加應(yīng)力與應(yīng)變，繼而完成關(guān)于基坑開(kāi)挖如何影響鄰近樁基進(jìn)行分析。

1.基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的坑外土體其自由位移場(chǎng)

如果土體是不能夠進(jìn)行壓縮的，那么就需要借助于影像源法來(lái)完成關(guān)于對(duì)彈性半空間里面，其隨便的一點(diǎn)由于地層存在的損失，而導(dǎo)致的附近土體其存在的位移場(chǎng)分布規(guī)律具體公式進(jìn)行推理。借助于位移場(chǎng)分布規(guī)律的具體公式，還能夠?qū)又獾碾S便的一點(diǎn)其在土體在水平或者是豎向上的位移進(jìn)行計(jì)算分析。借助于基坑的維護(hù)結(jié)構(gòu)其水平位移的曲線，再利用實(shí)際測(cè)量或者是有限元方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算將曲線函數(shù)確定，之后對(duì)水平位移具體的分布曲線進(jìn)行不同的微分段的劃分，并且以面積等效的原理作為基礎(chǔ)，將分布曲線被劃分的微分段進(jìn)行相應(yīng)面積圓的等效。之后，再借助于影像源法，以圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深度來(lái)基礎(chǔ)將積分完成，并且把基坑之外的隨便一點(diǎn)其在自由場(chǎng)土體的側(cè)向位移具體數(shù)值得到。其公式為：

其中：

2.基坑鄰近樁基和土體之間存在的互相作用

要得到關(guān)于基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的土體，其與側(cè)向位移上的樁基之間存在的相互作用具體的控制方程，就需要先把土體假設(shè)成為在不同方向存在的同性半空間的彈性體，并且要設(shè)定樁是不會(huì)與附近的土體之間出現(xiàn)脫離情況的，而且樁基的存在并不會(huì)影響到樁基的開(kāi)挖，以及樁是連續(xù)彈性的各向同性體而它的存在與位置所在的土層單元的相互作用都是不會(huì)受到基坑開(kāi)挖的影響的。除此之外，還需要只考慮在水平方向的荷載作用，并且將豎向的荷載作用暫時(shí)忽略。事實(shí)上，可以將樁周自由場(chǎng)其土體是否有土體側(cè)移情況出現(xiàn)來(lái)作為基礎(chǔ)與依據(jù)，再分析其鄰近樁在完成了受荷段以及錨固段的分段之后具體的受力變形情況。借助于靜力平衡與材料力學(xué)的假設(shè)，建立起相應(yīng)的控制方程組。其方程組為：

3.鄰近樁與土體之間相互作用的控制方程求解

假設(shè)鄰近樁是半無(wú)限長(zhǎng)樁，同時(shí)它的樁頂是自由的，以此為基礎(chǔ)，再借助于邊界與連續(xù)性的條件，來(lái)對(duì)樁與土之間的相互作用以及在彈性變形的情況下的鄰近樁利用矩陣進(jìn)行解析。

四、結(jié)束語(yǔ)

基坑開(kāi)挖無(wú)疑是會(huì)對(duì)鄰近樁基產(chǎn)生影響的，只是隨著一些因素的變化，產(chǎn)生的影響也有所不同。借助于兩階段分析方法，在對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析的時(shí)候會(huì)更加清楚明白，并且有非常好的指導(dǎo)作用。

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