基坑開挖對鄰近樁基影響的分析研究

姚金梅 章仕靈

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000)

基坑開挖對鄰近樁基影響的分析研究

姚金梅 章仕靈

(成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000)

通過Plaxis有限元計算程序模擬內(nèi)撐式排樁支護(hù)基坑的開挖，分別研究了開挖深度、軟土模量、軟土厚度、樁長、樁間距等因素對鄰樁變形和內(nèi)力的影響，分析研究表明，基坑開挖時，鄰樁側(cè)移和內(nèi)力受軟土模量、軟土厚度、開挖深度、樁間距和剛度等因素的影響，所以應(yīng)綜合考慮多種因素的影響，將對鄰樁的影響降至安全范圍內(nèi)。

基坑開挖，鄰近樁基，有限元分析

基坑開挖不僅要保證基坑本身安全與穩(wěn)定，而且還要有效控制基坑周圍土體的運(yùn)動情況以保護(hù)環(huán)境。由于基坑開挖導(dǎo)致的坑底空氣破壞和地層滑移導(dǎo)致附近樁基破壞的事故屢見不鮮。鄭剛、張陳蓉、馬克生等人[1-4]通過三維數(shù)值模擬基坑開挖對樁基附加彎矩、位移的影響并結(jié)合實(shí)測數(shù)值進(jìn)行了定量的探討和研究，但整體來說國內(nèi)關(guān)于基坑開挖過程中對周邊樁基影響分析還是偏少，不能預(yù)先完全考慮各種影響因素以及由此造成的影響。因此需要討論基坑開挖對周圍邊樁的影響，這也是十分迫切和必要的。本文通過有限元數(shù)值分析軟件Plaxis對基坑開挖進(jìn)行數(shù)值模擬，其研究結(jié)論將對實(shí)際工程的基坑設(shè)計、施工、監(jiān)測提供一定的指導(dǎo)作用，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 分析模型

通過有限元數(shù)值分析軟件Plaxis對排樁支護(hù)的基坑開挖進(jìn)行數(shù)值模擬，忽略樁身尺寸效應(yīng)，樁用梁單元來離散，土層采用三角形15節(jié)點(diǎn)單元離散，樁土之間的相互作用則采用Plaxis軟件的剛塑性接觸面性狀的模擬方法；采用左右邊界水平約束，底邊界固定約束；采用Coulomb準(zhǔn)則來判斷接觸面內(nèi)結(jié)構(gòu)與土體發(fā)生微小相對位移時是彈性變形或是持久的塑性變形狀，且用界面抗剪強(qiáng)度折減因子R進(jìn)行折減。分兩種情況，即鄰樁樁頂有約束和無約束的情況，鄰樁樁長為20 m。將土層簡化為兩層，上層為軟土層，下層為硬土層。其中巖土體物理參數(shù)參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》等專業(yè)規(guī)范選取，分析簡圖和有限元網(wǎng)格圖如圖1和圖2所示。

2 基坑開挖對鄰近樁基的影響分析

1)軟土層的影響。圖3為在樁頂無承臺的情況下，不同軟土模量下樁身的位移和彎矩曲線圖。分析可知：軟土模量對鄰樁側(cè)移的影響隨樁深的增加而向下逐漸減小，到樁底時幾乎為零；軟土模量對鄰樁樁頂側(cè)移的影響最明顯，且距離基坑越近，樁頂側(cè)移就越大；隨著軟土模量的增加，鄰樁彎矩峰值逐漸減小，且距離基坑越近，彎矩峰值越大；軟土模量越大，基坑開挖對鄰樁影響也就越小。不過當(dāng)軟土模量到達(dá)一定值后，這種影響將會很小。因此，當(dāng)開挖基坑附近有樁基礎(chǔ)時，可以考慮對基坑周圍土體進(jìn)行加固來減小其對已有樁基礎(chǔ)的影響。

同時，軟土厚度越大，基坑開挖對鄰樁的位移和彎矩影響越大，且對樁頂位移的影響則是最大，樁身位移隨深度的增加而減弱。距離基坑近的樁變形及內(nèi)力均比距離基坑遠(yuǎn)的樁變形及內(nèi)力大，且這種差值隨著軟土厚度的增加而增大。

2)開挖的影響。計算分析表明，開挖深度越大，對鄰樁的位移和彎矩的影響就越大，但隨著深度的增加，增大的幅度則越來越小，到樁底時幾乎為零；開挖深度的增加會增大鄰樁的變形和內(nèi)力，尤其是最危險截面，幅度增加最大，但是開挖深度對其變形和內(nèi)力分布規(guī)律影響并不是很大，原有的最危險截面仍然是最危險的。因此對于深基坑和超深基坑，在開挖時應(yīng)采取更加牢固的支護(hù)措施，以減小對鄰樁的不利影響。

3)樁的影響。研究表明，距離基坑相同的樁在基坑開挖時，樁頂產(chǎn)生的側(cè)移幾乎相同，樁身越長，位移影響越小，但不同的樁長條件下，這種影響都存在。基坑開挖時，不同長度的樁產(chǎn)生的內(nèi)力分布不同，最危險截面位置也不相同，樁身越長，最危險截面的位置離樁頂越遠(yuǎn)。因此，在基坑開挖時，應(yīng)準(zhǔn)確的考察鄰近樁基的工程狀況，做到信息化施工，以便采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

基坑開挖時，鄰樁間距越大，樁身側(cè)移越大。鄰樁間距相同時，距離基坑越近的樁側(cè)移越大。且鄰樁的彈性模量越大即越呈剛性，其側(cè)移越小，但是其產(chǎn)生的彎矩也就越大。彈性模量相同的鄰樁，基坑開挖產(chǎn)生的彎矩差值隨著離基坑的距離減小而增大。顯然，鄰樁自身的間距和剛度也是一個重要的影響因素。因此，在基坑開挖時，應(yīng)考慮開挖對鄰樁位移和彎矩的綜合影響。

3 結(jié)語

通過對排樁支護(hù)深基坑開挖的模擬，研究了軟土層、開挖情況及樁自身特性對基坑開挖的影響。結(jié)果表明，基坑開挖時，軟土模量、軟土厚度、開挖深度、樁彈性模量、間距和長度等因素都對鄰樁受力變形有一定的影響。但基坑開挖是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，其對鄰樁的影響也與多種因素相關(guān)聯(lián)。因此，基坑開挖時，應(yīng)綜合考慮多種因素的影響，將對鄰樁的影響降至安全范圍內(nèi)。

[1] 鄭 剛,顏志雄,雷華陽，等.基坑開挖對臨近樁基影響的實(shí)測及有限元數(shù)值模擬分析[J].巖土工程學(xué)報,2007,29(5):638-643.

[2] 馬克生,梁仁旺.基坑開挖對臨近樁基性狀影響的有限元模擬[J].山西建筑,2012,38(26):66-67.

[3] 張陳蓉,黃茂松.基坑開挖引起的鄰近建筑物樁基變形受力響應(yīng)[J].巖土工程學(xué)報,2012,34(sup):566-570.

[4] 官新鵬,劉 暢,鄒 瓊.基坑開挖對樁基建筑物影響的研究[J].山西建筑,2013，39(3):108-110.

The impact analysis of excavation to the adjacent pile foundation

YAO Jin-mei ZHANG Shi-ling

(TheEngineeringTechnicalCollegeofChengduUniversityofTechnology,Leshan614000,China)

Numeric simulate cantilever row piles excavation used the finite element software Plaxis. Analyze the influences of depth of excavation, the elastic modulus and depth of soft clay, the length and the distance between piles and distance from excavation face on deformation and stress. The analysis shows that the deformation and stress for the nearby pile was influenced by the elastic modulus, the depth of soft clay, the depth of excavation and the distance between piles when foundation excavation. Therefore, in the excavation, should be taken into account the influence of various to minimize the influence on adjacent pile.

excavation, adjacent pile foundation， finite element analysis method

2014-07-14

姚金梅(1986- )，女，助教； 章仕靈(1985- )，男，助教

1009-6825(2014)27-0102-02

TU463

A