浙江建筑，第３４卷，第１期，２０１７年２月 Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏ１．３４，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１７ 软黏土基坑开挖对坑内工程桩的影响分析 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｍｉｌｄ Ｃｌａｙ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｄｉｔｃｈ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｉｌｅｓ ｉｎｓｉｄｅ Ｄｉｔｃｈ 王良良 ，胡立锋 ，陈鹏飞 一，龚晓南 ， ＷＡＮＧ Ｌｉａｎｇｌｉａｎｇ，ＨＵ三 ｎｇ，ＣＨＥＮ Ｐｅｎｇｆｅｉ，ＧＯＮＧ Ｘｉａｏｎａｎ （１．绍兴市柯桥区建设工程安全质量监督站，浙江绍兴３１２０３０；２．浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心，浙江杭州３１００５８； ３．浙江大学软弱士与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州３１００５８） 摘要：基坑开挖不仅使基坑的围护结构产生变形，而且会对坑内工程桩产生一定的影响。今对柯桥某基坑进行ＰＬＡＸＩＳ建模分 析，并与实测结果进行了对比，说明了模型的可靠。然后分析了在基坑开挖过程中，各排工程桩的变形和受力特点，研究了第一排工程桩 与基坑的距离对工程桩变形和受力的影响，发现不同桩长工程桩受基坑开挖的影响程度不同，以及坑底搅拌桩加固对工程桩变形的影响。 关键词：基坑开挖；工程桩；剪断；拉断 中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８—３７０７（２０１７）Ｏ１—００２６一Ｏ５ 随着城市建设的蓬勃发展，人们越来越重视对 地下空间的开发和利用，基坑开挖工程也向更深更 大的方向发展。 在桩身下部出现了很大的拉应力，且该拉应力随开 挖深度的增加而增加。 郑刚等 通过对天津站基坑工程施工过程的 的钢管柱及地下连续墙的竖向位移监测以及进行的 在基坑开挖过程中，坑内土体不断卸荷，坑内外 压力差变大，土体工程性质发生了很大变化，地基土 数值模拟，认为越靠近基坑中心，工程桩受到的拉力 越大。 的塑性平衡状态受到破坏，导致周围地层及土体的 移动…。在这个过程中对工程桩的影响有两方面 秦敏等 通过采用有限元分析方法的定量试 可考虑：一是垂直受力，坑内开挖部分土体的卸荷， 使坑底地基土回弹，有些桩可能要上浮，使得工程桩 受拉破坏 ；在基坑边缘的桩，当基坑变形较大，向 内侧滑移时，基坑内土体向上隆起，也会产生向上的 算分析，结果表明，在同样坡角情况下，坡高越大桩 顶偏移越大；在同样坡高情况下，坡角越大，桩顶偏 移也越大。 龙善新 利用三维有限元程序，采用Ｍｏｈｒ— Ｃｏｕｌｏｍｂ模型 ，分析了坑内设置单桩基础的一个 大面积的深基坑开挖工程，来研究基坑开挖前后此 桩基承载力的变化，分析结果显示基坑开挖之后坑 力。二是水平受力，基坑开挖使得围护结构发生向 坑内的位移，与此同时，土体也会向坑内移动，这样 原本已经打好的工程桩就会受到水平方向的力，造 成偏移，甚至剪断。同时，开挖降水也会对基坑变形 和稳定造成很大影响 ，从而影响工程桩的性能和 状态。 内桩基础的承载力有较大程度的降低 。 胡琦等 考虑工程桩对水平基床系数影响，将 坑内工程桩与土体均质化，得到能够同时考虑工程 桩对坑内土体竖向与水平向变形影响的横观各向同 性复合地基模型。该模型可以将复杂的大规模群桩 据报道，名古屋地铁的一个既有隧道及３层地 下商场下修建新的地铁隧道 ，采用桩进行托换， 收稿日期：２０１６—０７—０５ 作者简介：王良良（１９８３一），男，浙江绍兴人，助理工程师，从事建筑工程管理工作。 第１期 王良良等：软黏土基坑开挖对坑内工程桩的影响分析 ２７ 问题简化，同时，又能很好地反映工程桩对坑底回弹 和围护结构变形的影响。 了２，４，６ ｍ三种情况。工程桩采用轴向刚度等效法 换算为板桩 。 本文对柯桥城市之星公寓基坑进行了ＰＬＡＸＩＳ 建模，研究了基坑开挖对坑内工程桩的影响，分析了 坑内工程桩变形特点和受力情况。 １ 工程概况 城市之星公寓工程选址于柯桥区兴越路和湖西 路交叉口，工程南侧为河道。本工程建设总用地面 积２９ ６６４ ｍ ，总建筑面积１４８ ９９２．６ ｍ ，主要由４ 幢２５～３２层商住楼及３～４层商业裙房与２层地下 车库组成。基坑平面形状呈不规则矩形，基坑周长 约６６０ ｍ，基坑开挖面积约２３ ３００ ｍ ，基础底板垫层 图１ 考虑坑内工程桩影响的模型 为了验证建立的ＰＬＡＸＩＳ模型符合实际工程， 把围护桩变形实测结果与建立的模型计算结果进行 了对比，见图２。从图中可以看出模型的计算结果 中，侧移的形状基本与实测值相同，变形大小有所差 异。按照传统方法，不考虑止水帷幕、被动区土体加 固和坑内工程桩的影响时，最大侧移达到了６５ ｍｎｌ， 远大于实测值。而考虑了止水帷幕时，最大侧移为 ６０ Ｉｎｍ，有所减小；当同时考虑帷幕和被动区加固 底标高为一１０．３５０ ｍ，地下室底板面标高一９．６００ ｍ， 底板厚６００ ｍｍ，基础底设ｌ５０ ｍｍ厚垫层，基坑大 面挖深９．７５ ｍ。基坑西侧与现代大厦隔路相望，基 坑南侧紧邻河道，水深约４ ｍ。基坑北侧为兴越路 及基坑西侧湖西路上埋深有较为密集的地下管线， 其中ｑ￣３００供水管线（埋深１．２ ｍ，基坑西侧围墙 外）离基坑边线最近约７ ｍ。 基坑设计方案中，通过方案比选，在综合考虑安 全和成本的基础上，基坑支护采用排桩（有较大放 坡空间区域，采用土钉墙）＋两道钢筋混凝土内支 撑、水泥土搅拌桩止水的方式。内支撑经过合理布 置，选用２个大圆环支撑，与周边支撑梁形成桁架 体系。 坑内工程桩采用灌注桩，桩径０．６ ｍ，按正三角 形布置，三根桩位于三角形顶点，正三角形边长 １．８ ｍ，每排三角形间距８．５ ｍ。 时，最大侧移为５０ ｍｍ，进一步减小了；当同时考虑 止水帷幕、被动区加固和坑内工程桩影响时，最大侧 移３９ ｍｍ，比实测值４２ ｍｍ稍小，但误差很小，此时 两者的侧移图形也很接近。 置 ２模型的建立 基坑模型主体按照绍兴柯桥城市之星公寓的基 坑工程围护设计方案建立，选取ｌ—ｌ剖面。基坑开 挖深度１０ ｍ，围护结构采用围护桩加两道混凝土支 丑 撑，地面以下３ ｍ内采取放坡开挖，围护桩顶在地面 以下３ ｍ处，桩底在地面以下２５ ｍ处，桩长２２ ｍ。 两道支撑分别设在地面以下３ ｍ和７ ｍ处。距坑边 ６ ｍ处往外１０ ｍ有大小为２０ ｋＰａ的超载。模型建 图２侧移／ｍｍ 监测结果与模拟结果比较 立从坑边往外５０ ｍ，往内５０ ｍ，高５０ ｍ。 为了探究基坑开挖对内部工程桩的影响，建立 了如下所示的模型（图１）。在基坑内部设置８排间 ３模型结果分析 ３．１ 各排工程桩变形及受力比较 距为５ ｍ的工程桩，工程桩长度分别设置了２０ ｍ和 ３０ ｍ两种，第一排工程桩距离坑边的距离分别设置 在基坑内部设置８排间距为５ ｍ的工程桩，工 程桩长度为３０ ｍ，第一排工程桩距离坑边的距离为 ２８ 浙江建筑 ２０１７年第３４卷 ２ ｍ。工程桩采用轴向刚度等效法换算为板桩，坑内 未进行搅拌桩加固。各排工程桩变形结果和受力情 边越远，产生的剪力越小。第一排工程桩在桩顶往 下１０ ｍ的位置产生了很大的剪力，这个位置容易发 况见图３。 ３０ 鑫 ｌ８ｌｌＨ ｌ０ ｌ０ ２０ ３０ ４Ｏ 侧向变形／ｍｍ 图３各排工程桩变形 各排工程桩受基坑开挖的影响都发生了不同程 度的变形，基本上桩顶位移最大，桩底几乎没有位 移。特别是在工程桩中部以上发生了很明显的水平 位移。工程桩距离坑边越远，受基坑开挖的影响越 小，第一排工程桩顶的水平位移达到了４０ ｍｍ，第八 排工程桩顶的位移仅１２ ｍｍ。 各排工程桩受基坑开挖的影响，都产生了类似 “ｓ”型的弯矩，距离坑边越远，产生的弯矩越小。第 一排工程桩在桩顶往下５ ｍ的地方和１５ ｍ的位置 产生了很大的弯矩。见图４。 ２ 鑫 衽 詈１ －６００－４００ －２００ ０ ２００ ４００ ６００ ８００ ｌ ０００ 弯矩／（ｋＮ・ｍ／ｍ） 图４各排工程桩弯矩 各排工程桩都产生了正负交错的剪力，距离坑 生工程桩剪短的危险，与工程经验相符… 。见 图５。 ２ 吕 窳 耀 Ｈ １ —２００ —１００ ０ ｌ００ ２００ ３００ 剪力／（ｋＮ！ｍ） 图５各排工程桩剪力 各工程桩都在桩的中部偏下的位置产生了最大 轴力，距离坑边越远，产生的轴力越大。轴力的产生 主要是由于基坑坑底回弹，产生隆起造成的。基坑 围护结构有限制坑底隆起的作用 ，所以，距离坑 边越近，产生的轴力反而越小。见图６。 轴力／（ｋＮ／ｍ） 图６各排工程桩轴力 综上所述，工程桩距离坑边越近越容易发生剪 断；距离坑边越远，越容易发生拉断。 ３．２ 第一排工程桩距坑壁不同距离的影响 第一排工程桩距离坑边的距离分别为２、４、６ ｍ 时，发生的变形基本相同，桩顶水平位移都达到了 ３５ ｍｍ以上。也就是说，第一排工程桩距坑壁的距 离对工程桩的变形影响不大。见图７。 第１期 王良良等：软黏土基坑开挖对坑内工程桩的影响分析 工程桩侧向位移／ｍ 图７ 第一排工程桩到坑壁距离对工程桩变形影响 第一排工程桩距离坑边的距离分别为２，４，６ ｍ 时，弯矩图形状基本相同，但是从２ ｍ到４ ｒａ的变化 过程中，弯矩值减小很多，也就是说，工程桩越靠近 基坑，弯矩值越大，而且增加得越来越快。因此，为 了保护工程桩，建议第一排工程桩与基坑的距离要 保持在适当值以上。见图８。 目 寇 曩 ｌ８ｌｉ Ｈ 弯矩，（ｋＮ・ｍ／ｍ） 图８ 第一排工程桩与坑壁的距离对工程桩弯矩的影响 第一排工程桩距离坑边的距离分别为２，４，６ ｍ 时，剪力图形状基本相同，但是从２ ｍ到４ ｍ的变化 过程中，弯矩值减小很多，也就是说，工程桩越靠近 基坑，剪力值越大，而且增加得越来越快。也就是说 第一排工程桩距坑边距离过近，发生剪断的可能性 高很多。因此，为了保护工程桩，建议第一排工程桩 与基坑的距离要保持在适当值以上。见图９。 第一排工程桩距离坑边的距离分别为２，４，６ ｍ 时，轴力图形状基本相同，随着第一排工程桩距坑边 的距离的增加，产生的轴力有很大的增量，且轴力最 剪力／（ｋＮ／ｍ） 图９ 第一排工程桩与坑壁的距离对工程桩剪力的影响 大点下移。因此，在远离坑壁的工程桩需要考虑轴 向拉断的可能，设计时配筋方面需要考虑。见 图ｌ０。 ・ 目 越 袒 ｌＨ ９｛ｌ 轴力／（ｋＮ／ｍ） 图１０ 第一排工程桩与坑壁的距离对工程桩轴力的影响 综上所述，第一排工程桩不能离基坑太近，虽然 变形没有太大影响，但是弯矩和剪力值会急剧增加， 有剪断的可能。 ３．３ 工程桩不同桩长对工程桩变形及受力的影响 设置２０ ｍ和３０ ｍ两种工程桩长度进行分析。 选取第一排工程桩的变形和受力情况进行了对比。 工程桩桩长从３０ ｍ减小到２０ ｍ，工程桩的水 平位移有明显地增加，所以，基坑开挖对较短的工程 桩的影响更大。见图１１。 工程桩桩长从３０ ｍ减小到２０ ｍ，工程桩弯矩 有明显地增加，所以，基坑开挖对较短的工程桩的影 ３０ 浙江建筑 ２０１７年第３４卷 ３０ ３０ ２Ｏ ｇ 寇２０ 辑 Ｈ 曼 辑 醛 Ｈ ｌＯ ｌＯ ０ ｌ０ ２０ ３０ ４０ ５０ 工程桩侧向变形／ｍｍ ｏ ｌ０ ２０ ３ｏ ４０ 侧移／ｍｍ 闰ｌｌ 基坑开挖对不同桩长的工程桩变形的影响 图ｌ３ 被动区加固对工程桩变形的影响 响更大。见图１２。 ２）第一排工程桩需要与基坑壁保持一定的距 离以上，否则被剪断的可能性会急剧增加。 ３）基坑开挖对较短工程桩影响更大。 ２０ ４）对基坑底部进行搅拌桩加固，可以在一定程 度上减小工程桩的水平位移。 参考文献 魏雪．基坑开挖对坑底工程桩影响的数值模拟分析［Ｄ］．山 东：山东科技大学，２００７． 鑫 蠹１０ Ｈ Ｏ ［２］ 鲁宏．考虑工程桩的存在对深基坑变形性状影响的有限元分 －４００ －２００ ０ ２００ ４００ ６００ －６００ 析［Ｄ］．天津：天津大学，２００４． ［３］ 徐枫，魏建华，吴超．基坑开挖对坑内工程桩影响的数值分析 ［Ｊ］．地下空间与工程学报，２００９（增刊２）：１５０３—１５０６． 弯矩，（ｋＮ・ｍ／ｍ） 图ｌ２基坑开挖对不同桩长的工程桩弯矩的影响 ［４］ 郑刚，张立明，王琦，等．基坑开挖对坑内工程桩影响的实测及 ３．４被动区加固对工程桩变形的影响 有限元分析［Ｊ］．天津大学学报，２０１２（１２）：１０６２—１０７０． ［５］ 秦敏，严平．深基坑放坡挖土引起工程桩偏位数值分析［Ｊ】．低温建筑技术，２０１２（３）：９５—９７． ［６］ 龙善新．基坑开挖的变形效应对桩基承载力的影响［Ｄ］．汕 头：汕头大学，２０１１． ［７］ 朱火根，孙加平．上海地区深基坑开挖坑底土体回弹对工程桩 的影响［Ｊ］．岩土工程界，２００５（３）：４３—４６． 为了增加基坑稳定性，减小基坑围护结构变形， 往往会在基坑底部进行搅拌桩加固，而这种加固会 对坑内工程桩产生明显的影响，特别是对靠近基坑 壁的工程桩有明显的影响。见图１３。 被动区坑底加固明显地减小了工程桩的变形， 桩顶水平位移从４０ ｍｍ减小到２０ ｍｍ，同时减小了 坑外沉降１０ ｍｍ。所以，为了保护工程桩，建议采取 基底加固措施。 ［８］ 秦帅．超深基坑开挖对坑底工程桩受力及位移影响的数值分 析［Ｄ］．天津：天津大学，２０１４． ［９］ 胡琦．超深基坑水、土与围护结构相互作用及设计方法研究 ［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００８． ４ 结 语 通过建立ＰＬＡＸＩＳ模型，分析了基坑开挖对坑 内工程桩的影响，可以得到以下的结论： ［１０］ 郑刚，王琦，张立明．基坑开挖对坑底工程桩性能影响参数分 析［Ｊ］．建筑结构，２０１５，２１：６３—６９． 陈鹏飞，龚晓南，刘念武．止水帷幕的挡土作用对深基坑变形 的影响［Ｊ］．岩土工程学报，２０１４（增刊２）：２５４—２５８． １）距离基坑壁越远，各排工程桩产生的水平位 移越小，所受弯矩和剪力越小，所受轴力越大。 【１２］ 鲁宏，李小芳．考虑工程桩存在对深基坑变形性状影响的有 限元分析［Ｊ］．昆明理工大学学报：理工版，２００６（５）： ５６—６Ｏ．