韋萬正

【摘 要】近幾年來，地下空間的開發(fā)與利用呈現(xiàn)出大面積、深基坑的發(fā)展趨勢?；娱_挖往往面臨著周邊環(huán)境復雜、圍護工作量大、基坑地質條件差等困難。它不僅對既有樁基有影響，而且對相鄰在建樁基也有影響。文章實測基坑開挖對臨近樁基的影響，并進行有限元數(shù)值模擬分析。

【關鍵詞】基坑開挖；臨近樁基；有限元數(shù)值模擬分析

【中圖分類號】TU473.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）09-0069-03

0 引言

基坑開挖會引起周圍土體和建筑物附近的樁基礎和上部結構的應力場和位移場發(fā)生變化，從而危及建筑物的安全，甚至引起工程事故。例如，城市地下停車場等地下空間的開發(fā)與利用，舊城改造對現(xiàn)有建筑物的樁基會產生很大的影響。本文分析了樁-土相互作用的原理，認為樁基礎受力和樁土相互作用是動態(tài)平衡的，目前常使用有限元數(shù)值模擬分析方法。

北京地鐵4號線建成，5號和10號線共計63.1 km的地下線路需要跨10多個樁，最近的橋樁僅0.19 m。上海、廣州和深圳地鐵建設的過程中，也存在類似的問題。實際工程中，地鐵開挖對相鄰橋梁樁基的作用范圍大多在樁的底部，這對樁側力的影響很大。由于開挖引起的樁側移和土體的側向位移引起的樁彎矩增大，因此增加了樁身被破壞的風險。關于基坑開挖對坑外橋樁的沉降影響和側移、內力的影響規(guī)律的研究就顯得尤為重要，可以避免基坑開挖引起橋梁的損壞。

針對基坑開挖施工對既有臨近樁基的影響，海內外學者采用各種方法做了大量的研究。cfleung分析對鄰近樁基的影響（試驗）不支持的條件下開挖側引起的；rjfinno分析實例，即一個平面相鄰樁開挖引起的損傷有限元；hgpoulos等對鄰近樁視為平面做應變分析和探討；J. L.潘等人和H. mroueh分析土體側向位移的影響（整體法）；A. T. Goh等人在溫克勒模型中，進行被動樁分析（兩步法）；鄭剛分析樁身剛度對樁頂豎向附加彎矩載荷和約束樁的位移的影響。此外，楊敏等人分析了基坑開挖與鄰近樁基的相互作用（三維彈塑性有限元法），就鄰近樁基對基坑開挖所引起土體變形進行了比對分析。錢建固、曲文婷、李偉偉、黃茂松等人對基坑開挖、基礎加固及相鄰樁的樁端水平位移控制指標進行了有限元數(shù)值模擬分析，并分析了各種地基加固設計。

1 簡介

某地下綜合交通樞紐工程（擬建的高速鐵路車站和該終端），兩個緊密相鄰的項目和高鐵站同步建設地鐵站的開挖長度為940 m，終端大跨度拱結構，為樁承臺樁基礎，大對角推力作用在樁頂拱。高速鐵路車站和碼頭平行運行，部分路段的車站開挖早于終端拱施工，另一部分為終端拱施工部門。

施工單位要減少基坑開挖對施工的影響，對施工中的樁頂承臺進行施工，以加固工程基礎。高鐵站地下基坑深度約20 m。終端為120 m的大跨度鋼結構，斜拱基礎平臺規(guī)格為20 m×20 m×3.5 m，樁頂鋪設15個人工挖孔樁（直徑為2 m），承受的荷載標準值為12 160 kN。

采用有限元法對各種地基加固方案進行優(yōu)化，可以最大限度地減少基坑開挖對鄰近樁基的負面影響，特別是基坑開挖和樁體在近距離外的加固，也有助于提高建筑物的樁基礎質量，從而減少變形。

2 有限元模型的建立

將三維問題轉換為平面應變二維問題（各個構件典型剖面進行抗彎剛度和水平剪切剛度的等效代換）。

2.1 模型

模型尺寸為160 m×65 m，由高精度節(jié)點三角形單元15元組成。單一的模型樁，樁承臺樁隆起和開挖模擬的數(shù)值模擬的板單元，錨桿單元。莫爾-庫侖彈塑性和樁土simulate model to support，隆起，樁基礎樁和斜拱are viewed as線性彈性材料。土層參數(shù)見表1。

2.2 計算方法

上覆層約7 m的土層，因此設計了土拱帽和土體開挖擋土墻之間的加固。3種情況如下。

（1）承臺坑全旋噴加固，加固深度為7.0 m，采用80 MPa加固地基模量。

（2）承臺坑全旋噴加固，加固深度為7.0 m，近蓋半地基模量為150 MPa，接近坑邊模量為20 MPa。

（3）承臺坑全旋噴加固，加固深度為7.0 m，近蓋半模量為20 MPa，接近坑邊模為150 MPa。

計算考慮了最不利條件下的基坑（開挖，但尚未進行基礎底板施工），在這種情況下，最大限度地挖掘，圍護結構的最小的剛度。

建設高鐵站方向相反的方向的開挖和方向的終端，存在的加固區(qū)后的第一次開挖加拱拱開挖和兩種情況下的第一次增加，且在施工之前都已完成地基加固的施工。

這樣，就有了6種工序的計算方案。{1}均勻加固法：加固→加載→開挖；{2}均勻加固法：加固→開挖→加載；{3}附近蓋強加固方法：加強→加載→開挖；{4}附近蓋強加固方法：開挖→加固荷載；{5}鋼筋：鋼筋→近坑強加載→開挖；{6}附近強筋：筋坑開挖→負荷。

3 有限元數(shù)值模擬分析結果

承臺位最大變位——方案一：加載段位移為13.8 mm，開挖段位移為9.7 mm；方案二：加載段位移為12.4 mm；方案三：加載段位移為13.3 mm，開挖段位移為9.6 mm；方案四：加載段位移為13.0 mm；方案五：加載段位移為14.2 mm，開挖段位移為10 mm；方案六：加載段位移為12.1 mm。

我們可以看到，在第一次開挖后，再加上拱開挖過程，以及拱樁變形引起的段作業(yè)條件占主導。加拱期水平位移是一個快速發(fā)展的趨勢，相對而言，由開挖引起的水平位移呈現(xiàn)較穩(wěn)定，直到最后的規(guī)則；淺埋深基坑開挖，這可能是由于拱和樁淺埋深工程性質的相對較差的結果。

基礎加固措施后的前3種方案加拱開挖，該方案的水平變形控制最有效，即在接近一半的節(jié)帽采用不均勻地基加固措施。若有強筋區(qū)附近發(fā)掘半基礎（方案五），但增加不利影響?？梢?，采用基礎加固的有效措施，以控制基坑附近的開挖對現(xiàn)有樁的影響，是加強近蓋土、基坑附近的加固軟弱。

基坑開挖至底板、施工后的第一次開挖加拱施工方案，不考慮開挖引起的近蓋變形，應考慮開挖前的晚加拱群影響。比較結果，加固最有效的是方案六，最差的是方案四，這一分析結果在之前和之后加入拱的開挖方案幾乎是相反的?？梢姡诘谝淮伍_挖后處理條件下增加的拱附近的基礎坑邊加固，而附近是一個薄弱的基礎加固。

4 探討

以上模擬分析是基坑開挖對于在建樁基的影響。隨著基坊開挖規(guī)模越來越大，開挖工程越來越普遍，開挖影響現(xiàn)有樁巨大。容易犍為地鐵施工對樁附近的橋的影響進行有限元模擬分析，得出以下結論和建議。

（1）施工側坑外的大橋樁土的彈性模量值增加，樁側土的彈性模量減小。

（2）坑外的橋梁樁和側彎時隨著開挖深度的增加，當橋附近的樁深基坑施工，特別要注意橫向彎矩基礎外橋樁。

（3）外橋附近的坑內的坑的范圍是一個重要的因素，在橋外的樁的晃動和內力以及基坑開挖引起的樁側、內力主要是由土體水平位移引起的。

（4）側移地基與外部土體的支護力減小，基坑外的橋梁樁土變形產生的側向彎矩和樁外樁側的減小。在橋附近的一座橋上，加大了對樁的支護預軸力，可以有效地減小樁外坑內的應力。

使盛等人模擬分析發(fā)現(xiàn)：樁土樁基礎的水平位移變化明顯，當樁土荷載作用下，樁土水平位移的增大，基坑的影響范圍將擴大。當基坑開挖時，樁基礎在樁基礎上，沿樁的樁身水平位移隨深度的增加而增加，隨基坑開挖深度的增加而增加。

基礎與基礎工程作為建筑的前期基礎工作，通過理論探討和研究，工程勘察、設計、施工和監(jiān)控都達到了新的高度。城市建設和大量施工不可避免地遇到坑相鄰的現(xiàn)有建筑，施工基坑開挖卸荷過程會引起土體變形，底部隆起，且存在不穩(wěn)定的周圍環(huán)境，可以使周圍的建筑物受到嚴重影響或造成嚴重損害。為了確保在開挖過程中周邊建筑物的安全，必須嚴格控制施工過程和對開挖支護計劃密切監(jiān)測。

參 考 文 獻

[1]錢建固，曲文婷，李偉偉，等.地基加固控制開挖對附近樁基影響有限元分析[J].土木工程學報，2011，44（增刊）：69-72.

[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]易建偉.地鐵基坑開挖對鄰近樁基的影響[J].市政技術，2015，33（3）：133-136.

[4]陳運榮，趙永獻.鄰近建筑基坑施工對周圍環(huán)境影響的數(shù)值模擬[J].四川建筑，2015，35（2）：196-199.

[責任編輯：陳澤琦]