基坑開挖對坑內(nèi)樁基承載力影響綜述

趙江山　張麗素/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

基坑開挖對坑內(nèi)樁基承載力影響綜述

趙江山張麗素/華北理工大學(xué)建筑工程學(xué)院

近年來，隨著建筑高度的逐漸增高和建筑體型的逐步增大，基坑也向著深，大發(fā)展。這就使得基坑開挖產(chǎn)生的卸載對坑內(nèi)樁基承載力的影響不容忽視。我國學(xué)者已經(jīng)對這個(gè)課題有了相當(dāng)數(shù)量的研究，并取得了很多成果。但相關(guān)的綜述文章較少，故在此對前人的成果進(jìn)行總結(jié)，評價(jià)，展望，以期對以后的研究者提供參考。

樁基承載力；基坑開挖；土體回彈

一、概述

樁基承載力的確定無疑是保證建筑物安全的基本條件之一，因此足夠精度的試樁試驗(yàn)是有必要的。較常用試樁方法主要有常規(guī)地面試樁，開挖深度內(nèi)加套管試樁和坑底試樁三種。常規(guī)的地面試樁忽略了開挖后土體回彈和樁土摩擦的影響，與實(shí)際相差較大；而加套管試樁也僅僅扣除了開挖深度內(nèi)的樁土摩擦，忽略了土體回彈和開挖面以下樁土摩擦減小的影響，結(jié)果略好于地面試樁，但與實(shí)際工況仍然相差較大；而坑底試樁受施工條件限制，往往不被允許。以往，由于基坑開挖深度較淺，土體開挖卸荷影響不明顯，因此基坑開挖前的試樁方法基本可以滿足工程要求。但是隨著基坑深度加深，面積加大，如果不對傳統(tǒng)試樁方法得到的承載力進(jìn)行調(diào)整，就會(huì)嚴(yán)重高估樁基的承載力，造成嚴(yán)重的工程事故?；娱_挖對樁基承載力的影響可以歸結(jié)為兩方面。一方面，土體卸荷回彈使樁基產(chǎn)生拉力，同時(shí)使樁土之間有效應(yīng)力減小。另一方面，在軟土地區(qū)，基坑開挖還會(huì)引起軟弱土側(cè)向流動(dòng)，從而引起樁的側(cè)移和彎矩。因此有必要全面的探究基坑開挖對樁基承載力影響的機(jī)理并提出簡潔實(shí)用的樁基承載力的計(jì)算或試驗(yàn)方法。

二、研究進(jìn)展

（一）基于土體回彈影響承載力的研究

1994年，Iwasaki Y［1］等在名古屋一處地鐵施工，測定樁基承載力時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著基坑的開挖，摩擦樁上部分的軸力逐漸增加，而下部分的的軸力逐漸減小。這與樁的軸力均應(yīng)增加的預(yù)期不符，于是最先提出了基坑回彈對樁基內(nèi)力影響的工程問題。

胡琦等［7］在以前的研究基礎(chǔ)上，通過離心機(jī)試驗(yàn)，又考慮了基底土超固結(jié)對樁基承載力的影響。指出樁側(cè)土處于超固結(jié)狀態(tài)，靜止土壓力系數(shù)要大于正常固結(jié)的情況。因此，不考慮樁側(cè)土超固結(jié)的設(shè)計(jì)方法偏于保守。

（二）基于軟弱土側(cè)向流動(dòng)對承載力影響的研究

茜平一等［9］分析了深基坑開挖時(shí)軟弱土的流動(dòng)特性，探究了此種情況下樁基的變形特性，并結(jié)合工程實(shí)例介紹了樁身彎矩和撓曲的計(jì)算方法。最終得出結(jié)論，軟弱土地區(qū)應(yīng)采取更加有效的支護(hù)方案，以減少土體流動(dòng)對樁產(chǎn)生的內(nèi)力。另一方面，在軟土地區(qū)，增加樁的嵌固深度不僅不能夠有效地減小樁頂位移，還有可能造成樁身彎矩過大引起樁破壞。

楊位洸等［10］首先根據(jù)Poulos理論編制了電算程序，用來分析樁基在軟土側(cè)移的壓力下產(chǎn)生的側(cè)向位移和彎矩，進(jìn)而與樁身剛度對比，判斷樁身是否折斷。在此基礎(chǔ)上，未折斷的曲樁在豎向荷載作用下進(jìn)一步發(fā)生彎曲，編制出可以計(jì)算曲樁的承載力的程序。

三、研究存在的問題

通過以上學(xué)者的研究可以看出，對基坑開挖對坑內(nèi)樁基承載力影響的因素還處于認(rèn)識(shí)階段，僅對土體卸荷回彈引起樁受拉和樁周土有效應(yīng)力減小引起樁基承載力降低以及樁側(cè)土流動(dòng)增加樁身彎矩有較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

目前的研究還存在很多不足。 （1）對基坑開挖深度，開挖面積對樁承載力的影響還沒有簡便實(shí)用的計(jì)算方法（2）對于土的粘聚力和土體固結(jié)度等因素的考慮與否也還沒有統(tǒng)一的觀點(diǎn)。（3）以上的研究僅僅是基于單樁承載力的研究，沒有考慮群樁情況，即使在土體側(cè)向流動(dòng)情況下考慮群樁效應(yīng)時(shí)也僅僅給出了顯而易見的結(jié)論，對實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)意義不大，因此跟實(shí)際工程還有很大差距。（4）基坑降水也是一項(xiàng)重要的影響因素，目前研究涉及較少。（5）土體的側(cè)向流動(dòng)和土體開挖卸荷基本是同時(shí)發(fā)生的，兩者不能完全分開，而目前研究將兩者分開是不科學(xué)的。

四、對以后研究的展望

根據(jù)研究中存在的問題，可以從試驗(yàn)和理論兩方面對以后的研究進(jìn)行展望。（1）試驗(yàn)應(yīng)重視有限元分析，室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)的結(jié)合。通過試驗(yàn)反演有限元計(jì)算中需要的參數(shù)。同時(shí)使用先進(jìn)的更符合實(shí)際工況的試驗(yàn)技術(shù)，例如離心機(jī)試驗(yàn)。（2）理論研究應(yīng)考慮的更加全面，例如考慮土性參數(shù)，樁間距，土體固結(jié)度，基坑降水等重要因素。但同時(shí)要忽略次要因素，以得出符合工程要求精度又不失簡便的承載力算法，例如可以求出每種影響因素對樁基承載力的影響，換算成折減系數(shù)。（3）群樁效應(yīng)在一些情況下是不能忽略的，因此需要探究樁徑，樁間距，樁長，土性等因素在滿足什么條件下需要考慮群樁效應(yīng)，以及如何考慮群樁效應(yīng)下的樁基承載力。

［1］Iwasaki Y， Watanabe H， Fukuda M， et al.Construction control for underpinning piles and their behaviour during excavation［J］.Geotechnique.1994， 44（4）： 193A.

［2］Huogen Zhu，Jiaping Sun（朱火根，孫加平）（上海地區(qū)深基坑開挖坑底土體回彈對工程樁的影響）（巖土工程界）.2005（03）： 43-46.

［3］H.U.Qi，Ling Dao-Sheng，Chen Yun-Min，等（胡琦，凌道盛，陳云敏，等）.Study of loading characters of pile foundation due to unloading of deep foundation pit excavation（深基坑開挖對坑內(nèi)基樁受力特性的影響分析）［J］.ROCK AND SOIL MECHANICS（巖土力學(xué)）.2008， 29（7）： 1965-1970.

［4］Maosong Huang，Jianjun Li，Weidong Wang，等（黃茂松，酈建俊，王衛(wèi)東，等）（開挖條件下抗拔樁的承載力損失比分析）（巖土工程學(xué)報(bào)）.2008（09）： 1291-1297.

［5］Weidong Wang，Jiangbin Wu（王衛(wèi)東，吳江斌）（深開挖條件下抗拔樁分析與設(shè)計(jì)方法）（建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)）.2010（05）： 202-208.

［6］Jinjian Chen，Jianhua Wang，Wei Fan，等（陳錦劍，王建華，范巍，等）（抗拔樁在大面積深開挖過程中的受力特性分析）（巖土工程學(xué)報(bào)）.2009.

［7］Qi Hu，Daosheng Ling，Linggang Kong，等（胡琦，凌道盛，孔令剛，等）（超深開挖對抗拔樁承載力影響的離心機(jī)試驗(yàn)研究）（巖土工程學(xué)報(bào)）.2013（06）： 1076-1083.