１０８ 低温建筑技术 ２０１３年第３期（总第１７７期） 基坑开挖对桩基建筑物影响的研究 官新鹏 ，刘（１．天津大学建筑工程学院．天津畅 ，邹琼 ３０００７２） ３０００７２；２．滨海土木－１－程结构与安全教育部重点实验室。天津【摘要】在基坑工程中，随着基坑内土体开挖以及降水使基坑周围的土体产生位移，即水平位移和竖直位 移。基坑工程邻近的建筑物桩基受开挖的影响而产生的附加侧向位移和弯矩，当这种附加位移、弯矩和应力达到 一定数值时，会使桩基的变形超过限度甚至破坏，最终会导致桩基所承载的上部结构失稳或破坏，因此研究基坑 开挖对邻近桩基建筑物的影响是十分必要的。悬臂式支护由于缺少水平支撑体系而对地面超载等因素影响特别 敏感，当基坑附近有桩基建筑物时，基坑开挖势必对其造成较大影响。本文论述了悬臂式支护基坑，在开挖过程 中对不同距离和不同桩长的桩基建筑物影响的规律。 【关键词】基坑开挖；邻近桩基础；悬臂式支护 【中图分类号】ＴＵ４７３．２ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４（２０１３）０３—０１０８—０３ 在基坑工程中，随着基坑内土体开挖以及降水使 基坑周围的土体产生位移，即水平位移和竖直位移。 其中，桩自左向右编为桩ｌ、桩２、桩３、桩４，柱自左向 右编为柱１、柱２、柱３、柱４，楼板自下向上编为板１、板 ２、板３，如图１所示。 基坑工程邻近的建筑物桩基受开挖的影响而产生的 附加侧向位移和弯矩，当这种附加位移、弯矩和应力 达到一定数值时，会使桩基的变形超过限度甚至破 坏，最终会导致桩基所承载的上部结构失稳或破坏， 因此研究基坑开挖对邻近桩基建筑物的影响是十分 必要的。 １ 有限元计算模型建立 为研究不同基坑外土体位移模式下基坑开挖对 桩基建筑的影响，通过二维有限元软件进行数值计算 分析，得出不同情况下基坑开挖对桩基建筑的影响 规律。 图１建筑物结构示意图 悬臂型基坑支护方式一般实用土层条件较好，悬 臂式支护在软土场地条件下开挖深度不宜超过５ｍ。 因此本次计算中，基坑开挖深度为５ｍ。基坑围护结构 采用地下连续墙支护形式，地下连续墙厚度Ｄ取 １．２ｍ，插入深度取５ｍ，弹性模量Ｅ为３０ＧＰａ，泊松比 为０．１７。 ２ 悬臂型基坑开挖对邻近不同距离桩基建筑物的 影响 在实际工程中，基坑围护结构、基坑周围土体和 邻近桩基，三者互相作用。基坑开挖过程基坑外土体 产生向基坑的水平位移和竖直沉降，土体的位移有使 其中的桩基础产生附加弯矩和位移，同时因为桩基的 存在使土体的位移得到一定的限制，因此基坑开挖对 其邻近不同距基坑距离桩基建筑物影响是不同的。 为研究基坑开挖对其邻近不同距离的桩基建筑物影 响的规律，笔者分别针对不同距基坑距离的桩基建筑 模拟一基坑附近有一栋三层框架结构的建筑物， 层高３ｍ，楼板厚为０．２ｍ，弹性模量取３０ＧＰａ。结构柱 为３００ｍｍ Ｘ ３００ｍｍ，弹性模量取３０ＧＰａ。基础形式为 柱下独立桩基础，由１２根７００ｍｍ预制钢筋混凝土桩 组成。 物建模，通过数值计算和数据分析，分析基坑开挖对 邻近桩基建筑物影响的规律。 通过二维有限元软件，计算基坑与桩基建筑物相 对距离 为０．８／／（Ｈ为开挖深度，Ｈ＝５ｍ）、１．２Ｈ、 根据桩基建筑物距基坑的距离不同建立二维有 限元模型，分别分析不同桩与基坑距离和桩长基坑开 挖对桩基建筑物影响的规律。经过计算，对比分析各 模型桩基因基坑开挖而产生的附加内力和附加位移， 讨论各基坑围护结构形式，基坑开挖对邻近桩基影响 的规律。 １．５Ｈ、２Ｈ，对比桩基建筑物受基坑开挖影响各结构构 件位移和内力，分析基坑开挖对桩基建筑物影响的 规律。 为方便讨论，将坑外建筑物的各结构构件编号， ２．１基坑变性分析 官新鹏等：基坑开挖对桩基建筑物影响的研究 １０９ 基坑开挖过程中，随着基坑开挖面上土体卸载， 土体卸载在坑内主要引起坑底土体产生回弹，同时由 于围护结构两侧的压力差使坑外土体向坑内移动。 因此，基坑开挖产生的坑外土体移动主要是坑底回弹 和围护结构造成，基坑外地表沉降见图２、图３。 暑 后 世 好 摧 嗣 距基坑距离，ｍ 一距基坑ｌＯｒｅ—一距基坑８ｍ—ｏ．一距基坑６ｍ 一距基坑４ｍ 一坑外无桩基 图２不同桩距基坑距离地表沉降 由图２可知，当基坑外有桩基建筑物，在基坑开挖 过程中，坑外地表沉降范围增大；桩基建筑物距基坑 距离越近，基坑开挖过程中坑外地表沉降越大，且最 大值均产生在临近基坑处；当桩基建筑物与基坑的距 离超过８ｍ时，坑外地表沉降最大值减小。 在土质条件较差地区基坑工程中，基坑范围内土 体塑性区范围大，土体从围护结构外围向坑内和坑底 移动，在围护结构后产生土层移动，这也是基坑外土 体位移的主要原因。当基坑外存在桩基时，桩基会在 一定程度上限制坑外土体向坑内流动，减小基坑外土 体位移。同时由于基坑外的桩基建筑的自重使基坑 产生超载，使基坑围护结构在开挖过程中两侧压力差 增大，使围护结构侧移增大，各工况地连墙侧移值见 表１。 表１ 为各工况地连墙侧移最大值 由表１可知，当桩基建筑物距基坑４ｍ时，地连墙 侧移值最小。 ２．２建筑物位移和内力 基坑工程中，由于基坑开挖产生的坑外土体位移 使建筑物桩基产生竖向的沉降和水平侧移，而桩基的 位移会引起其支撑的上部结构产生位移和附加内力， 当这种位移和内力值到达一定的程度，会使上部结构 发生破坏，影响结构的正常使用和安全。 对于基坑外的框架结构建筑物，基坑开挖产生的 土体侧移和沉降使建筑物柱产生附加的水平位移以 及结构柱轴力的变化，影响建筑物的稳定，将各计算 工况建筑物柱的侧移和轴力统计于表２，对比不同工 况基坑开挖对建筑物柱的影响。 表２ 建筑物侧移和轴力最大值统计表 从表２可知，建筑物距基坑最近的桩即桩１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，达到一４Ｏ０．８ｋＮ／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。 基坑开挖过程中，开挖土体产生沉降，使得开挖 桩基建筑物产生不均匀沉降，这种不均匀沉降累积到 一定程度可能使建筑物开裂，影响建筑物正常使用和 安全。对于框架结构建筑物，建筑物不均匀沉降使楼 板内力发生变化，当其内力超过其极限承载力，楼板 会发生破坏，因此统计各工况楼板竖直位移和弯矩于 表３，对比各工况基坑开挖对邻近桩基建筑物的影响。 表３ 建筑物板竖直位移和弯矩最大值统计表 由表３可以看出，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，其楼板弯矩板３明显 小于板２和板３。其中板Ｉ的弯矩随着建筑物距基坑 距离的增大而增大，板２的弯矩随着建筑物距基坑距 ｌ１Ｏ 低温建筑技术 ２０１３年第３期（总第１７７期） 离的增大而减小，板３随着建筑物距基坑距离的增大 而增大。 ３基坑开挖对邻近不同桩长桩基建筑物的影响 基坑开挖对邻近桩基建筑物的影响不仅与基坑 和桩基距离有关，而且还与相邻桩基建筑物桩的长度 有关。为研究基坑开挖对邻近不同桩长的桩基建筑 物的影响，笔者在上文距基坑４ｍ计算模型基础上分 别建立桩长８ｍ和桩长１２ｍ的桩基建筑物的计算模 型，通过数值计算和对计算结果数据的统计整理，分 析基坑开挖对邻近桩长不同的桩基建筑物的影响 规律。 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，如表４所示。 表４ 建筑物桩身侧移和弯矩 根据第二节分析，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 桩１的桩身侧移和弯矩，如图３和图４所示。 ０ 桩长髅； ８ｍ 逞一５ 世 涨一１０ —１５ — 一２Ｏ ０ 桩ｌ侧移／ｒａｍ 图３桩ｌ侧移 ５ ０ 蟊 一 聪 一ｌ０ —１５ — 一２Ｏ ０ ２Ｏ ４０ 桩１弩矩／ｋＮ・ｍ・ｍ一‘ 图４桩ｌ弯矩 从图３、图４可以看出，当建筑物桩长为８ｍ时，基 坑开挖引起的桩身侧移最大，最大值达到一３９．７８ｒａｍ； 而当桩长为１０ｍ或超过１０ｍ时，桩身侧移较小，当桩 长为１２ｍ时，桩身最大为一２０．７６ｒａｍ。同时，当桩长为 ８ｍ，桩身附加弯矩最大，达到５０．８６ｋＮｍ／ｍ。综上所 述，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。 ４结语 在基坑开挖过程中，邻近基坑桩基建筑物对基坑 开挖起超载作用，由于基坑开挖的卸载作用，使基坑 围护结构两侧的压力差增大，基坑围护结构侧移增 大，基坑外土层位移增大。当邻近基坑的桩基建筑物 的桩长超过地连墙的嵌入深度时，建筑物桩将上部结 构荷载导人下层土层，建筑物对基坑的超载作用减 弱，同时建筑物桩能够限制基坑外土层移动，使基坑 周围土体位移减小并使基坑围护结构侧移减小。如 果邻近基坑的建筑物桩长度小于地连墙嵌入深度时， 悬臂式支护基坑的围护结构侧移以及土体的位移会 明显增大，如当桩长８ｍ时，地连墙侧移一７４．１０ｍｍ远 远大于桩长１０ｍ、桩长１２ｍ时。因此，当基坑周围有 桩长小于围护结构嵌入深度的桩基建筑物时，在基坑 工程的设计和施工过程中要对悬臂式支护基坑采取 加固措施或应选取其它支护方案。 参考文献 ［１］ 杨敏，朱碧堂．超载软土地基被动加固控制邻近桩基变形的 分析［Ｊ］．岩石力学与工程学报，２００４，２３（１１）：１９１２—１９１８． ［２］刘建航，侯学渊．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 版社，１９９７． ［３］崔江余，梁仁旺．建筑基坑工程设计计算与施工［Ｍ］．北京： 中国建材工业出版社，１９９９． ［４］ 王卫东，徐中华．预估深基坑开挖对周边建筑物影响的简化 分析方法［Ｊ］．岩土工程学报（增刊１），２０１０，３２（ｓｕｐｐ．１）：３２ ３８． ［５］雷阳．基坑开挖对邻近建筑物影响的数值分析［Ｄ］．天津天 津大学，２００６． ［６］Ｅｒｉｎ Ｈ．Ｙ．Ｌｅｕｎｇ，Ｃｈａｒｌｅｓ砒 Ｎｇ．Ｗａｌｌ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｅｅｐ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ ｓｕｐｐｏｓｅｄ ｂｙ ｃａｓｔ ｉｎ ｓｉｔｕ ｗａｌｌ ｉｎ ｍｉｘｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ】．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｅａｌ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎ— ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，１３３（２）：１２９—１４３． ［收稿日期】２０１２—１１—２２ ［作者简介］官新鹏（１９８７一），男，ｔＬｌ东平度人，硕士研究生， 研究方向：地基基础与地下结构。