左敦南

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011)

0 引言

基坑工程是一個(gè)古老而又常新的巖土工程課題，在人類歷史文明發(fā)展中，基坑工程的各方面問題也在不斷變化和發(fā)展，同時(shí)每個(gè)階段都有著自己獨(dú)特的時(shí)代特點(diǎn)。深基坑開挖涉及到土力學(xué)、變形與穩(wěn)定性等多方面問題，在國(guó)內(nèi)外的研究至今仍不成熟。20 世紀(jì)以來，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)土的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了大量的研究，魏汝龍［1］深入研究了開挖卸載與被動(dòng)土壓力計(jì)算;劉國(guó)彬等［2］通過軟土的室內(nèi)應(yīng)力路徑試驗(yàn)，得出土的物理性質(zhì)和應(yīng)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(hù)對(duì)周圍環(huán)境的影響。

本文通過分析基坑開挖卸荷影響區(qū)域及相應(yīng)應(yīng)力路徑，總結(jié)了不同區(qū)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(jié)構(gòu)荷載作用下的基樁受力分析，研究了深基坑開挖對(duì)坑內(nèi)基樁受力特性的影響;通過探討基坑隆起和回彈作用的區(qū)別，分別研究了基坑隆起和基坑回彈對(duì)樁的性能的影響。同時(shí)也討論了一些基坑開挖對(duì)工程樁產(chǎn)生的間接影響。最后根據(jù)基坑開挖對(duì)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(duì)工程樁的直接影響

1.1 卸荷過程對(duì)基坑變形的影響

基坑開挖工程可簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問題，在該問題中，根據(jù)卸荷作用的不同，可分為三個(gè)區(qū)域——基坑外側(cè)、基坑底部、過渡區(qū)域。在基坑開挖過程中，基坑外側(cè)水平應(yīng)力釋放，產(chǎn)生側(cè)向卸荷作用;基坑底部豎向應(yīng)力釋放，發(fā)生軸向卸荷作用;過渡區(qū)域位于兩者之間，水平及豎向應(yīng)力均有改變，即發(fā)生主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)，應(yīng)力路徑也介于兩者之間。

1.2 深基坑開挖對(duì)坑內(nèi)基樁受力特性的影響

基坑開挖對(duì)基樁的影響分析主要包含以下兩個(gè)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(yīng)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(fù)摩阻力作用。在正、負(fù)摩阻力的作用下，樁體在軸向上承受拉伸軸力。

2)受上部結(jié)構(gòu)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(yīng)力減小，從而導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力減小，最后降低了工程樁的承載力。同時(shí)回彈作用產(chǎn)生的側(cè)摩阻力影響了樁周側(cè)摩阻力的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)樁的剛度產(chǎn)生了影響。

1.3 基坑隆起和回彈對(duì)坑內(nèi)基樁的影響

1)基坑隆起的影響?；娱_挖過程是一個(gè)卸荷過程，隨著坑內(nèi)土體的挖除，坑底土體將產(chǎn)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(chǎn)生相對(duì)位移。在某一深度處，樁—土之間的相對(duì)位移剛好為0，該點(diǎn)稱為中性點(diǎn)。樁體在中性點(diǎn)以上受正摩阻力，在中性點(diǎn)以下受負(fù)摩阻力，中性點(diǎn)處摩阻力為0，而軸力最大。當(dāng)樁身中性點(diǎn)軸向荷載超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就可能會(huì)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(duì)于淺基坑而言由于卸載量大，坑底回彈量大，對(duì)工程樁產(chǎn)生的危害不容忽視［6］?；娱_挖過程中，由于坑底土體突然被卸載，原先的平衡應(yīng)力發(fā)生突變，使土體產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)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(duì)工程樁的間接影響

2.1 基坑開挖對(duì)土體力學(xué)特性的影響

基坑開挖會(huì)引起土體力學(xué)特性的變化，從而間接影響樁的承載力。

1)土體強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變特性等力學(xué)性質(zhì)隨著土體開挖卸荷階段而改變。在被動(dòng)區(qū)內(nèi)，土體強(qiáng)度等指標(biāo)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(qiáng)度指標(biāo)減小幅度明顯高于天然土。

2)墻體前后土壓力的時(shí)間效應(yīng)。在有支撐范圍內(nèi)，主動(dòng)區(qū)土壓力變化不大;在土體深層，被動(dòng)區(qū)土壓力稍有增大，主動(dòng)區(qū)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(dòng)區(qū)土壓力小于靜止土壓力，遠(yuǎn)未達(dá)到被動(dòng)土壓力。

2.2 基坑開挖卸荷對(duì)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響

基坑開挖會(huì)導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的變化，進(jìn)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(yīng)力狀態(tài)，從而改變了土體的微觀結(jié)構(gòu)，使得基坑外側(cè)土體抗剪強(qiáng)度下降，勢(shì)必對(duì)土壓力的計(jì)算產(chǎn)生相應(yīng)的影響。所以基坑開挖卸荷對(duì)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響在基坑工程設(shè)計(jì)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(huì)對(duì)坑內(nèi)已有工程樁產(chǎn)生較大影響，主要包括樁基承載力的削弱和樁身破壞兩個(gè)方面。產(chǎn)生這些影響的原因如下:1)不同區(qū)域應(yīng)力路徑不同，引起的卸荷作用使得土體圍壓減小，導(dǎo)致樁基承載力削弱。2)深開挖條件下所產(chǎn)生的土體側(cè)向變形會(huì)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(duì)樁重新加載時(shí)的承載力和荷載傳遞產(chǎn)生顯著影響，從而影響承載力的發(fā)揮;回彈對(duì)坑底已有工程樁產(chǎn)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(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)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(chǎn)生相對(duì)位移，從而在中性點(diǎn)之上形成正摩阻力，中性點(diǎn)之下形成負(fù)摩阻力，中性點(diǎn)處承受最大的拉伸軸力。當(dāng)軸向荷載超過土樁身抗拉強(qiáng)度，就可能會(huì)產(chǎn)生中性點(diǎn)的受拉破壞［5］。5)基坑開挖可以通過改變土體的力學(xué)特性等間接影響工程樁的承載特性。

4 結(jié)語

1)深基坑開挖對(duì)樁基的影響主要體現(xiàn)在樁基承載力變化問題和坑內(nèi)樁基受力特性變化問題上。深基坑開挖往往導(dǎo)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(qū)域應(yīng)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(dǎo)致承載力削弱和樁身形變甚至斷裂的原因。3)目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于深基坑對(duì)臨近建筑的影響有較多研究，而對(duì)于坑內(nèi)基樁的討論較少，這方面的研究還不成熟，還可從數(shù)值模擬、室內(nèi)模型試驗(yàn)以及原位測(cè)試等多角度進(jìn)行研究分析。

［1］魏汝龍.開挖卸載與被動(dòng)土壓力計(jì)算［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1997，19(6):88-92.

［2］劉國(guó)彬，侯學(xué)淵.軟土的卸荷模量［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，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(duì)坑內(nèi)基樁受力特性的影響分析［J］.巖土力學(xué)，2008，29(7):1965-1970.

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

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