錨索施工對臨近既有建筑樁基豎向受荷性能的影響研究

任志勇

（湖南教建集團有限公司，湖南 長沙 410013）

引言

隨著我國城市化迅速發展，臨近建筑物基坑的修建不可避免的會對鄰近的建筑物造成影響。萬嘉成等[1]通過三維有限元法對基坑開挖對鄰近既有樁的豎向受荷形狀的影響進行了研究；楊敏等[2]利用三維彈塑性有限元法分析了基坑開挖所引起的土體變形與臨近樁基的相互作用影響；冉啟仁等[3]采用室內縮尺模型試驗探究基坑開挖過程中鄰近樁基的受力變形特點；李琳等[4]運用FLAC3D 建立三維模型，研究了多支撐基坑開挖對鄰近樁基位移、剪力和彎矩的影響；鄭剛等[5]采用三維有限元法進行模擬，分析了樁基和基坑間距、樁基剛度、樁頂豎向荷載和樁基頂部約束條件等對樁基附加彎矩、位移的影響。在砂卵石地層開展錨桿施工時，水易引起樁周土體的流失，形成孔洞，導致樁體的側摩阻力發生變化，影響樁的工作性能，進而影響上部建筑結構的使用安全。

基于此，本文結合長沙某房屋建筑基坑工程施工過程中遇到的問題，研究砂卵石地層中孔洞對樁基豎向受荷性能的影響，并提出相應的施工改進措施，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程背景

依托工程場地位于長沙市天心區石人村境內，場地地勢高低不平，整體呈南高北低之勢，場地原為居住區、農田、道路及坡地，居住區地勢較高，低洼地段多為農田。場地南側為五層預制管樁基礎安置房，基坑主體支護形式選擇排樁+錨索的聯合支護形式。基坑南側7.6 m 外有預制管樁基礎安置房（五層）。因錨桿會下穿過該安置房的樁基，為保證建筑安全，本文針對孔洞大小、孔洞中心與樁中心的距離對緊鄰房屋樁基豎向受荷性能的影響進行探討。

2 三維數值模型

2.1 模型的建立及參數的選取

采用了三維有限元法對所依托的工程進行建模，見圖1。該基坑工程開挖面積較大，各部位所處的環境

作者簡介：任志勇（1986-），男，研究生，高級工程師，研究方向：建筑與市政工程施工技術。狀況不同，各處的支護方式也不盡相同，且本文主要針對不同孔洞直徑以及孔洞與樁的距離對樁基豎向受荷性能的影響進行研究，為了提高計算效率，將模型進行簡化建模，模型包括土體，錨桿孔以及樁基三個部分。

模型大小取4 m×25 m，深度為40 m，樁基采用彈性模型，樁徑0.3 m，樁長24 m，樁頂部荷載為589 kPa，土體采用以莫爾- 庫倫屈服條件為破壞準則的理想彈塑性模型，土層計算參數取自工程勘察報告，見表1。

表1 土層計算參數

2.2 工況設定

為探究孔洞直徑大小、孔洞與樁的距離對緊鄰房屋樁基的影響，設置不同的工況進行模擬，工況一：孔洞與樁的距離為3.5 倍樁徑（1.05 m），孔洞的深度為4 m，孔洞直徑分別為0.5 倍樁徑（0.15 m），1 倍樁徑（0.3 m），2 倍樁徑（0.6 m）；

工況二：孔洞直徑為2 倍樁徑，孔洞深度為13 m，孔洞與樁的距離分別為2 倍樁徑（0.6 m）、3 倍樁徑（0.9 m）、3.5 倍樁徑（1.05 m）、4 倍樁徑(1.2 m)。

每種工況按照表2 的4 個步驟進行計算。

表2 數值模擬計算步驟表

3 數值模擬結果分析

3.1 孔徑的影響分析

圖2 為不同孔洞直徑條件下樁基側摩阻力的分布曲線，由圖可知，當孔洞的直徑為0.5 倍樁徑時（0.15 m），孔洞對樁側摩阻力的影響不大，當孔洞的直徑大于0.5 倍樁徑時，隨著孔徑的增加，樁側負摩阻力也增加，且當孔洞的直徑為2 倍樁徑時（0.6 m）樁側負摩阻力最大值已達到開挖孔徑為1 倍樁徑時（0.3 m）的8 倍左右。

圖3 為不同孔洞直徑條件下樁側總摩阻力的變化曲線，由圖可知，隨著孔洞直徑的增加，樁側總摩阻力下降，相較于孔洞直徑為0.5 倍樁徑時，孔洞直徑為1 倍樁徑時樁總側摩阻力下降的不明顯，而當開挖孔徑為2 倍樁徑時樁總側摩阻力顯著下降。

圖4 為不同孔洞直徑樁基頂部的位移變化曲線，由圖可知，當樁頂荷載一定時，隨著孔洞直徑的增大，樁頂沉降量逐漸增大。由于錨桿施工形成的孔洞出現，樁基的摩阻力發生變化，且孔洞越大，樁的負摩阻力越大，樁的承載能力降低，在相同荷載作用下樁頂沉降增加，進而影響上部建筑結構的使用安全。

3.2 孔洞與樁的距離影響分析

圖5 為孔洞與樁不同距離的樁側摩阻力分布曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側負摩阻力先增加后減小，當孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時（1.05 m），隨著孔洞與樁距離的增加，樁側負摩阻力增大，當孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側負摩阻力又開始減小。

圖6 為孔洞與樁不同距離的樁側總摩阻力變化曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增大，樁側總摩阻力先減小后增大，當孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側總摩阻力減小，當孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側總摩阻力開始增大。

圖7 為孔洞與樁不同距離的樁頂沉降力變化曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量先增加后減小，當孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量增加，當孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量開始減小。

綜上可知，在其它條件不變時，孔洞與樁的距離對樁的豎向性能的影響存在一個峰值，即低于該值時，隨著孔洞與樁的距離的增加，孔洞對樁的豎向受荷性能的影響逐漸增大；高于該值時，隨著孔洞與樁的距離的增加，孔洞對樁的豎向受荷性能的影響逐漸減小。

4 結論與建議

（1） 隨著錨桿孔徑的增大，樁側負摩阻力增大，樁的總摩阻力減小，樁頂沉降量增大。

（2） 隨著孔洞與樁距離的增加，樁側負摩阻力和樁頂沉降量均是先增大后減小，樁側總摩阻力先減小后增大，并存在一個峰值距離，該距離下孔洞對樁豎向受荷性能的影響最大。

（3） 樁的受荷性能的降低會影響上部建筑的使用功能，為避免砂卵石地層中錨桿施工形成的孔洞對臨近建筑的影響，建議在錨桿施工時采取控制沙土流失的措施，如采用跟管鉆進工藝等改進施工方法避免孔洞的形成。