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 525300

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。

1 基坑开挖对邻近建筑桩基础承载性能的影响

1.1 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。

1.2 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3个方面考虑：(1)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；(2)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；(3)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：(1)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；(2)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。

2 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5m以内。采用地下连续墙作为支护，连续墙入土深度5.5m，厚度为1.2m。

某建筑共3层，高10m，以柱下独立桩为基础，采用框架结构。楼板厚度为0.3m，弹性模量40GPa。柱下独立桩由16跟直径为750mm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。

3 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4种情况，分别为4m、6m、8m和10m，利用二维有限元软件对其受力进行计算并加以对比。

3.1 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4m时，支护结构的侧移值最小。

3.2 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，达到一400.8kN/m。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。

4 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8m时，基坑开挖引起的桩身侧移最大，最大值达到-39.78mm；而当桩长为10m或超过10m时，桩身侧移较小，当桩长为12m时，桩身最大值为-20.76mm。同时，当桩长为8m时，桩身附加弯矩最大，达到50.86kNm/m。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。

5 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。

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