基坑开挖对邻近建筑桩基础承载性能的影响.pdf

基坑开挖对邻近建筑桩基础承载性能的影响 邹昌波 广东中骏建设工程有限公司， 广东 茂名 摘 要： 桩基础是否稳定直接关系到建筑物的使用， 而受周围基坑开挖影响， 桩 基础的承载性能往往会受到影响。这就要求必须加大对两者之间关系 的研究力度， 从距离和桩长两方面分析了悬臂式支护基坑在开挖中对建 筑物的影响。 关键词： 基坑开挖 桩基础 承载力 土体位移 随着城市土地资源的减少， 地下空间不断被开发利用， 尤其是高层 建筑兴起， 使得基坑开挖工作越来越重要。在开挖过程中， 周围土体在 作用力下容易滑动甚至坍塌， 进而影响到邻近建筑物的桩基础。桩基 础承载着建筑上部荷载， 如果因土体变形而导致桩侧和桩端阻力发生 变化， 极有可能会导致承载性能下降， 从而破坏建筑稳定。所以必须重 视基坑开挖对邻近建筑桩基础承载性能的影响， 科学预测其影响程度， 并采取相关保护措施， 以降低对建筑物的破坏。 基坑开挖对邻近建筑桩基础承载性能的影响 桩基础和基坑 在开展研究之前， 需先了解基坑和桩基础这两个对象。桩基础是 建筑物的支撑， 多埋于土体中， 可将上部荷载向周围土体传递， 以减少 自身承重。按照材料可将桩基础分为木桩、 钢桩和钢筋混凝土桩等几 种。由于强度大、 承载力高、 适应性强， 且具有良好的稳定性， 便于机械 化施工， 在当前高层建筑中有着广泛应用。基坑则是为利用地下空间 而开挖的工程， 在建筑中多作车库和地下室用。因基坑开挖易引起土 体变形、 位移， 从而影响桩基础的稳定性， 所以有必要研究二者之间的 相互关系， 提前采取安全防范措施， 以减少带来的各种损失。 影响 首先， 基坑开挖实际上是上部土体卸载的过程， 易引起基坑变形。 可从 个方面考虑： （ ） 支护结构变形。支护结构是保证基坑顺利开挖 的安全措施， 开挖前两侧受力平衡。随着土体的卸载， 产生土压力差， 使得支护结构发生形变， 致使坑外土体也随之变形。从而导致坑内土 体出现隆起现象， 或坑外土体向开挖侧位移的情况； （ ） 坑底隆起。基 坑开挖会引起应力变化， 以至于坑底土体向上隆起， 中间高、 两侧低。 随着开挖深度的增加， 可能会导致土体位移， 破坏桩基础的稳定性； （ ） 周边地表沉降。如果支护结构入土较浅且为软土地层时， 结构底部位 移较大， 周边土体沉降程度较为严重， 最大的沉降点位于基坑边缘； 如 果支护结构入土较深或土质较好， 最大的沉降点通常距离基坑有一段 距离。 其次， 坑外土体位移也会影响到周围建筑桩基础， 可从两方面考 虑： （ ） 土体侧移。桩基础周围的土体发生位移， 所受土压力会随之改 变， 则桩侧阻力就会受到影响。同时桩身弯矩增加， 超过一定值时会降 低桩身的承载性能。土体侧移在拉伸压缩的作用下极有可能破坏建筑 物； （ ） 地面沉降。桩基础起着传递上部荷载的作用， 当发生沉降后， 会 影响到荷载的传递， 使桩身承受更大的荷载。同时不均匀沉降必然会 破坏建筑物结构， 甚至出现倾斜坍塌。 关于基坑开挖对周围建筑影响的计算分析 从上述分析中可知， 基坑开挖对周围建筑有着一定程度的影响， 为 进一步研究， 采用二维有限元法进行计算。以悬臂型基坑支护方式为 例， 多用于土质较好的土层， 若是软土地基， 需将开挖深度控制在 以 内。采用地下连续墙作为支护， 连续墙入土深度 ， 厚度为 。 某建筑共 层， 高 ， 以柱下独立桩为基础， 采用框架结构。楼 板厚度为 ， 弹性模量 。柱下独立桩由 跟直径为 的钢筋混凝土桩组成。基坑与建筑桩基础的距离不同， 影响也有所差 异； 建筑物桩的长度不同， 所受到的影响也不同， 在此通过建立二维有 限元模型对其进行分析。 桩基础和基坑距离不同时所受到的影响 在基坑开挖过程中， 土体、 围护结构和邻近建筑桩基础三者之间是 相互影响的。坑外土体发生位移或沉降， 会增加桩基础的弯矩， 而正是 桩基础的存在又使得位移受到限制。当基坑和桩基础的距离不同时， 造成的影响也有差异。假设二者之间的距离有 种情况， 分别为 、 、 和 ， 利用二维有限元软件对其受力进行计算并加以对比。 基坑变形分析 基坑开外是土体卸载的过程， 易引起坑底土体回弹。支护结构两 侧同时会产生一定的压力差， 迫使坑外土体向基坑内移动。从试验计 算结果来看， 若基坑周围有桩基建筑物， 且距离较近时， 坑外地表的沉 降越严重。若距离较远， 地表沉降程度逐渐降低。有些基坑土质较差， 相应的土体塑性区范围大， 常导致土体从外向内移动。而建筑物桩基 会起到一定的阻止作用， 减轻坑外土体的位移程度。另外， 桩基建筑自 重导致基坑超载， 支护结构两侧压力增加， 侧移值因为随距离远近不断 变化， 当距离为 时， 支护结构的侧移值最小。 建筑物的位移和内力 基坑开挖引起坑外土体位移， 进而导致邻近建筑桩基础发生沉降 或位移， 以至于桩基础上部结构和所受内力受到影响。随着内力的增 加， 极易破坏建筑上部稳定性。该工程为框架结构， 在基坑开挖过程中 会引起结构柱轴力和柱水平位移的变化。对不同距离的状况进行计算 发现， 建筑物距基坑最近的桩在基坑开挖后轴力最大， 其中当建筑物距 坑最近时轴力最大， 达到一 。基坑开挖后， 建筑物两边的柱 的轴力普遍大于建筑物中间柱的轴力。在内力变化上， 当其内力超过 其极限承载力， 楼板会发生破坏， 从各工况楼板竖直位移和弯矩的统计 结果来看， 建筑物楼板的竖直位移随着建筑物与基坑距离的增加而减 小。上层楼板的弯矩随着建筑物距基坑距离的增大而增大。 建筑物桩长不同时所受到的影响 在基坑开挖由于坑外土体移动， 使桩身产生一定的附加位移和附 加弯矩， 统计不同桩长的桩基建筑物基坑开挖后桩身侧移和弯矩。从 前面分析可知， 基坑开挖对建筑物距基坑近的桩影响要明显大于距基 坑较远的桩， 因此需特别分析最近距离桩的桩身侧移和弯矩。当建筑 物桩长为 时， 基坑开挖引起的桩身侧移最大， 最大值达到? ； 而当桩长为 或超过 时， 桩身侧移较小， 当桩长为 时， 桩身最大值为? 。同时， 当桩长为 时， 桩身附加弯 矩最大， 达到 。因此， 当邻近桩基建筑物桩长小于地连墙 嵌入深度时， 应在基坑工程设计和施工过程中对桩基建筑采取加固措 施， 或考虑选取其它基坑支护方案。 结束语 基坑开挖是现代建筑施工中的重要组成部分， 直接关乎建筑安全 质量， 同时由于土体变形、 位移、 沉降等原因， 还会对周围邻近建筑物的 桩基础带来不同程度的影响。不管是内部变形， 还是坑外土体位移， 都 应对其影响进行科学计算， 并采取安全保护措施， 以减少对建筑物的破 坏。 参考文献 梁婷 基坑开挖对邻近桩基础影响研究现状与分析 建筑与