錨索施工對(duì)臨近既有建筑樁基豎向受荷性能的影響研究

任志勇

（湖南教建集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410013）

引言

隨著我國(guó)城市化迅速發(fā)展，臨近建筑物基坑的修建不可避免的會(huì)對(duì)鄰近的建筑物造成影響。萬(wàn)嘉成等[1]通過(guò)三維有限元法對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近既有樁的豎向受荷形狀的影響進(jìn)行了研究；楊敏等[2]利用三維彈塑性有限元法分析了基坑開(kāi)挖所引起的土體變形與臨近樁基的相互作用影響；冉啟仁等[3]采用室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)探究基坑開(kāi)挖過(guò)程中鄰近樁基的受力變形特點(diǎn)；李琳等[4]運(yùn)用FLAC3D 建立三維模型，研究了多支撐基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近樁基位移、剪力和彎矩的影響；鄭剛等[5]采用三維有限元法進(jìn)行模擬，分析了樁基和基坑間距、樁基剛度、樁頂豎向荷載和樁基頂部約束條件等對(duì)樁基附加彎矩、位移的影響。在砂卵石地層開(kāi)展錨桿施工時(shí)，水易引起樁周土體的流失，形成孔洞，導(dǎo)致樁體的側(cè)摩阻力發(fā)生變化，影響樁的工作性能，進(jìn)而影響上部建筑結(jié)構(gòu)的使用安全。

基于此，本文結(jié)合長(zhǎng)沙某房屋建筑基坑工程施工過(guò)程中遇到的問(wèn)題，研究砂卵石地層中孔洞對(duì)樁基豎向受荷性能的影響，并提出相應(yīng)的施工改進(jìn)措施，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程背景

依托工程場(chǎng)地位于長(zhǎng)沙市天心區(qū)石人村境內(nèi)，場(chǎng)地地勢(shì)高低不平，整體呈南高北低之勢(shì)，場(chǎng)地原為居住區(qū)、農(nóng)田、道路及坡地，居住區(qū)地勢(shì)較高，低洼地段多為農(nóng)田。場(chǎng)地南側(cè)為五層預(yù)制管樁基礎(chǔ)安置房，基坑主體支護(hù)形式選擇排樁+錨索的聯(lián)合支護(hù)形式?；幽蟼?cè)7.6 m 外有預(yù)制管樁基礎(chǔ)安置房（五層）。因錨桿會(huì)下穿過(guò)該安置房的樁基，為保證建筑安全，本文針對(duì)孔洞大小、孔洞中心與樁中心的距離對(duì)緊鄰房屋樁基豎向受荷性能的影響進(jìn)行探討。

2 三維數(shù)值模型

2.1 模型的建立及參數(shù)的選取

采用了三維有限元法對(duì)所依托的工程進(jìn)行建模，見(jiàn)圖1。該基坑工程開(kāi)挖面積較大，各部位所處的環(huán)境

作者簡(jiǎn)介：任志勇（1986-），男，研究生，高級(jí)工程師，研究方向：建筑與市政工程施工技術(shù)。狀況不同，各處的支護(hù)方式也不盡相同，且本文主要針對(duì)不同孔洞直徑以及孔洞與樁的距離對(duì)樁基豎向受荷性能的影響進(jìn)行研究，為了提高計(jì)算效率，將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，模型包括土體，錨桿孔以及樁基三個(gè)部分。

模型大小取4 m×25 m，深度為40 m，樁基采用彈性模型，樁徑0.3 m，樁長(zhǎng)24 m，樁頂部荷載為589 kPa，土體采用以莫爾- 庫(kù)倫屈服條件為破壞準(zhǔn)則的理想彈塑性模型，土層計(jì)算參數(shù)取自工程勘察報(bào)告，見(jiàn)表1。

表1 土層計(jì)算參數(shù)

2.2 工況設(shè)定

為探究孔洞直徑大小、孔洞與樁的距離對(duì)緊鄰房屋樁基的影響，設(shè)置不同的工況進(jìn)行模擬，工況一：孔洞與樁的距離為3.5 倍樁徑（1.05 m），孔洞的深度為4 m，孔洞直徑分別為0.5 倍樁徑（0.15 m），1 倍樁徑（0.3 m），2 倍樁徑（0.6 m）；

工況二：孔洞直徑為2 倍樁徑，孔洞深度為13 m，孔洞與樁的距離分別為2 倍樁徑（0.6 m）、3 倍樁徑（0.9 m）、3.5 倍樁徑（1.05 m）、4 倍樁徑(1.2 m)。

每種工況按照表2 的4 個(gè)步驟進(jìn)行計(jì)算。

表2 數(shù)值模擬計(jì)算步驟表

3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

3.1 孔徑的影響分析

圖2 為不同孔洞直徑條件下樁基側(cè)摩阻力的分布曲線，由圖可知，當(dāng)孔洞的直徑為0.5 倍樁徑時(shí)（0.15 m），孔洞對(duì)樁側(cè)摩阻力的影響不大，當(dāng)孔洞的直徑大于0.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔徑的增加，樁側(cè)負(fù)摩阻力也增加，且當(dāng)孔洞的直徑為2 倍樁徑時(shí)（0.6 m）樁側(cè)負(fù)摩阻力最大值已達(dá)到開(kāi)挖孔徑為1 倍樁徑時(shí)（0.3 m）的8 倍左右。

圖3 為不同孔洞直徑條件下樁側(cè)總摩阻力的變化曲線，由圖可知，隨著孔洞直徑的增加，樁側(cè)總摩阻力下降，相較于孔洞直徑為0.5 倍樁徑時(shí)，孔洞直徑為1 倍樁徑時(shí)樁總側(cè)摩阻力下降的不明顯，而當(dāng)開(kāi)挖孔徑為2 倍樁徑時(shí)樁總側(cè)摩阻力顯著下降。

圖4 為不同孔洞直徑樁基頂部的位移變化曲線，由圖可知，當(dāng)樁頂荷載一定時(shí)，隨著孔洞直徑的增大，樁頂沉降量逐漸增大。由于錨桿施工形成的孔洞出現(xiàn)，樁基的摩阻力發(fā)生變化，且孔洞越大，樁的負(fù)摩阻力越大，樁的承載能力降低，在相同荷載作用下樁頂沉降增加，進(jìn)而影響上部建筑結(jié)構(gòu)的使用安全。

3.2 孔洞與樁的距離影響分析

圖5 為孔洞與樁不同距離的樁側(cè)摩阻力分布曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)負(fù)摩阻力先增加后減小，當(dāng)孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時(shí)（1.05 m），隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)負(fù)摩阻力增大，當(dāng)孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)負(fù)摩阻力又開(kāi)始減小。

圖6 為孔洞與樁不同距離的樁側(cè)總摩阻力變化曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增大，樁側(cè)總摩阻力先減小后增大，當(dāng)孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)總摩阻力減小，當(dāng)孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)總摩阻力開(kāi)始增大。

圖7 為孔洞與樁不同距離的樁頂沉降力變化曲線，由圖可知，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量先增加后減小，當(dāng)孔洞與樁距離小于3.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量增加，當(dāng)孔洞與樁距離大于3.5 倍樁徑時(shí)，隨著孔洞與樁距離的增加，樁頂沉降量開(kāi)始減小。

綜上可知，在其它條件不變時(shí)，孔洞與樁的距離對(duì)樁的豎向性能的影響存在一個(gè)峰值，即低于該值時(shí)，隨著孔洞與樁的距離的增加，孔洞對(duì)樁的豎向受荷性能的影響逐漸增大；高于該值時(shí)，隨著孔洞與樁的距離的增加，孔洞對(duì)樁的豎向受荷性能的影響逐漸減小。

4 結(jié)論與建議

（1） 隨著錨桿孔徑的增大，樁側(cè)負(fù)摩阻力增大，樁的總摩阻力減小，樁頂沉降量增大。

（2） 隨著孔洞與樁距離的增加，樁側(cè)負(fù)摩阻力和樁頂沉降量均是先增大后減小，樁側(cè)總摩阻力先減小后增大，并存在一個(gè)峰值距離，該距離下孔洞對(duì)樁豎向受荷性能的影響最大。

（3） 樁的受荷性能的降低會(huì)影響上部建筑的使用功能，為避免砂卵石地層中錨桿施工形成的孔洞對(duì)臨近建筑的影響，建議在錨桿施工時(shí)采取控制沙土流失的措施，如采用跟管鉆進(jìn)工藝等改進(jìn)施工方法避免孔洞的形成。