深基坑開挖對坑內已有工程樁的影響分析

左敦南

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引言

基坑工程是一個古老而又常新的巖土工程課題，在人類歷史文明發展中，基坑工程的各方面問題也在不斷變化和發展，同時每個階段都有著自己獨特的時代特點。深基坑開挖涉及到土力學、變形與穩定性等多方面問題，在國內外的研究至今仍不成熟。20 世紀以來，國內外專家對土的相關知識進行了大量的研究，魏汝龍［1］深入研究了開挖卸載與被動土壓力計算;劉國彬等［2］通過軟土的室內應力路徑試驗，得出土的物理性質和應力路徑共同影響軟土的卸荷模量;A.Kullingsj?［3］提出了軟粘土深基坑支護對周圍環境的影響。

本文通過分析基坑開挖卸荷影響區域及相應應力路徑，總結了不同區域的不同卸荷方式;通過受回彈影響的基樁受力分析和上部結構荷載作用下的基樁受力分析，研究了深基坑開挖對坑內基樁受力特性的影響;通過探討基坑隆起和回彈作用的區別，分別研究了基坑隆起和基坑回彈對樁的性能的影響。同時也討論了一些基坑開挖對工程樁產生的間接影響。最后根據基坑開挖對工程樁的直接和間接影響，定性分析了工程樁承載力變化以及樁身破壞原因。

1 基坑開挖對工程樁的直接影響

1.1 卸荷過程對基坑變形的影響

基坑開挖工程可簡化為平面應變問題，在該問題中，根據卸荷作用的不同，可分為三個區域——基坑外側、基坑底部、過渡區域。在基坑開挖過程中，基坑外側水平應力釋放，產生側向卸荷作用;基坑底部豎向應力釋放，發生軸向卸荷作用;過渡區域位于兩者之間，水平及豎向應力均有改變，即發生主應力偏轉，應力路徑也介于兩者之間。

1.2 深基坑開挖對坑內基樁受力特性的影響

基坑開挖對基樁的影響分析主要包含以下兩個方面［4］:

1)受回彈影響的基樁受力特性?；诓豢紤]樁上部外荷載的作用下分析回彈影響的樁基受力特性，可將工程樁視為“懸浮”于土中的樁體?；娱_挖過程中，由于土體應力釋放帶來的卸荷與回彈，使得樁身上部受到向上的正摩阻力作用，樁身下部受到向下的負摩阻力作用。在正、負摩阻力的作用下，樁體在軸向上承受拉伸軸力。

2)受上部結構荷載作用的基樁受力特性?；娱_挖后，上部荷載減小引起樁周土體有效應力減小，從而導致樁側摩阻力減小，最后降低了工程樁的承載力。同時回彈作用產生的側摩阻力影響了樁周側摩阻力的發展趨勢，進而對樁的剛度產生了影響。

1.3 基坑隆起和回彈對坑內基樁的影響

1)基坑隆起的影響。基坑開挖過程是一個卸荷過程，隨著坑內土體的挖除，坑底土體將產生不同程度的隆起。一般情況下，基坑開挖引起坑底的各土層隆起量各不相同，工程樁與土體之間將產生相對位移。在某一深度處，樁—土之間的相對位移剛好為0，該點稱為中性點。樁體在中性點以上受正摩阻力，在中性點以下受負摩阻力，中性點處摩阻力為0，而軸力最大。當樁身中性點軸向荷載超過混凝土抗拉強度時，就可能會引起樁身的拉裂破壞［5］。

2)基坑土體回彈的影響。深基坑相對于淺基坑而言由于卸載量大，坑底回彈量大，對工程樁產生的危害不容忽視［6］。基坑開挖過程中，由于坑底土體突然被卸載，原先的平衡應力發生突變，使土體產生回彈，從而引起已有工程樁的上浮。另外降水也可使坑底土體荷載增大而產生壓縮彈性變形，從而引起基樁上浮?？拥滓韵赂鲗油馏w開挖前后土中應力比和壓縮模量比的變化明顯影響著坑底回彈量［6］。土的壓縮模量越大，其回彈量越小。

2 基坑開挖對工程樁的間接影響

2.1 基坑開挖對土體力學特性的影響

基坑開挖會引起土體力學特性的變化，從而間接影響樁的承載力。

1)土體強度和應力應變特性等力學性質隨著土體開挖卸荷階段而改變。在被動區內，土體強度等指標隨著開挖深度增大而減小，并且減小幅度隨深度加大而加大;水泥固化土的強度指標減小幅度明顯高于天然土。

2)墻體前后土壓力的時間效應。在有支撐范圍內，主動區土壓力變化不大;在土體深層，被動區土壓力稍有增大，主動區減小，這是由于墻體位移引起的，兩者變化主要集中在墻體最大位移附近。墻體位移一定下，被動區土壓力小于靜止土壓力，遠未達到被動土壓力。

2.2 基坑開挖卸荷對土體抗剪強度指標的影響

基坑開挖會導致土體抗剪強度指標的變化，進而影響工程樁的承載能力。

基坑開挖卸荷后，改變了原位土體的應力狀態，從而改變了土體的微觀結構，使得基坑外側土體抗剪強度下降，勢必對土壓力的計算產生相應的影響。所以基坑開挖卸荷對土體抗剪強度指標的影響在基坑工程設計中不容忽視。

3 工程樁承載力變化以及樁身破壞原因分析

深基坑開挖會對坑內已有工程樁產生較大影響，主要包括樁基承載力的削弱和樁身破壞兩個方面。產生這些影響的原因如下:1)不同區域應力路徑不同，引起的卸荷作用使得土體圍壓減小，導致樁基承載力削弱。2)深開挖條件下所產生的土體側向變形會引起樁身彎曲、偏位、斷裂。3)深基坑開挖所引起的土體的回彈對樁重新加載時的承載力和荷載傳遞產生顯著影響，從而影響承載力的發揮;回彈對坑底已有工程樁產生向上的摩阻力，在一定的地層條件下，易在鋼筋籠底部素混凝土樁身段形成拉應力集中，進而產生受拉破壞。4)基坑開挖引起坑底土體隆起，使得樁體與土體之間產生相對位移，從而在中性點之上形成正摩阻力，中性點之下形成負摩阻力，中性點處承受最大的拉伸軸力。當軸向荷載超過土樁身抗拉強度，就可能會產生中性點的受拉破壞［5］。5)基坑開挖可以通過改變土體的力學特性等間接影響工程樁的承載特性。

4 結語

1)深基坑開挖對樁基的影響主要體現在樁基承載力變化問題和坑內樁基受力特性變化問題上。深基坑開挖往往導致樁基承載力變小，引起樁身彎曲、偏位、斷裂和樁身受拉、拔斷等問題。2)深基坑開挖引起的不同區域應力路徑的不同變化、坑底土的回彈和隆起、樁基的受力特性的變化和間接影響土的工程特性等，都是導致承載力削弱和樁身形變甚至斷裂的原因。3)目前，國內外關于深基坑對臨近建筑的影響有較多研究，而對于坑內基樁的討論較少，這方面的研究還不成熟，還可從數值模擬、室內模型試驗以及原位測試等多角度進行研究分析。

［1］魏汝龍.開挖卸載與被動土壓力計算［J］.巖土工程學報，1997，19(6):88-92.

［2］劉國彬，侯學淵.軟土的卸荷模量［J］.巖土工程學報，1996，18(6):18-23.

［3］A.Kullingsj?.Effects of deep excavations in soft clay on the immediate surroundings［J］.Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering，2007(2):1923-1930.

［4］胡 琦，凌道盛，陳云敏，等.深基坑開挖對坑內基樁受力特性的影響分析［J］.巖土力學，2008，29(7):1965-1970.

［5］陳孝賢.深基坑開挖坑底土體隆起對工程樁影響的探討［J］.福建建設科技，2006(3):15-16.

［6］朱火根，孫加平.上海地區深基坑開挖坑底土體回彈對工程樁的影響［J］.巖土工程界，2005，8(3):43-46.