簡述不同基礎形式對鄰近基坑的影響

康 文 慧

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

簡述不同基礎形式對鄰近基坑的影響

康 文 慧

(山西省建筑設計研究院，山西 太原 030013)

介紹了工程中常見的淺基礎、樁基礎以及復合地基三種基礎形式，主要分析了不同基礎形式對鄰近基坑的影響，并探討了不同地基基礎形式的荷載方式和荷載傳遞規律，為其他工程應用提供參考依據。

基坑，鄰近建筑，基礎形式，荷載

近些年來，隨著我國的經濟快速迅猛的發展，許多大跨度、超高層建筑以及大型地下車庫建筑拔地而起。在現有的大中型城市中，城市居住人口眾多，建筑樓群密集，地下各種管線分布復雜多變，在密集的城市樓群中進行大型基坑的開挖，在該基坑周邊，不同類型的上部結構必然是不同的地基基礎形式，進而產生不同的額外附加荷載，它們都會對大型基礎基坑工程的開挖產生巨大影響。在現今，淺基礎、樁基礎和復合地基這三種基礎形式[1]已經成為工程建設中不同結構類型最普遍常用的基礎，三種不同的基礎形式產生的荷載和荷載傳遞路線的不同，對該基礎附近基坑工程開挖帶來的影響也就不一樣。

1 不同基礎的傳力模式

淺基礎、樁基礎和復合地基這三種基礎形式已經成為工程建設中不同結構類型最普遍常用的基礎，從不同基礎的荷載的傳遞路線規律來看，這三種主要地基基礎(淺基礎、樁基礎和復合地基)的形式傳遞規律存在很大的不同。第一，最基本的淺基礎，基礎荷載直接傳遞給了持力層地基的土體；第二，樁基礎的荷載則需要通過樁體(端承樁)或樁土(摩擦樁)一起傳遞作用給持力層地基土上；第三，復合地基則將傳遞的荷載分成兩大塊，一塊直接傳給持力層的地基土體，另一塊通過樁體的傳遞作用在持力層的地基土上。伴隨著城市大規模的建設發展，大型基坑工程開挖所面臨的周邊環境越來越復雜多變，額外不確定、不安全因素也越來越多，基坑周邊的這些不確定、不安全因素都會對基坑工程的設計、開挖等帶來不利，甚至不安全的影響[2]。因此，充分考慮并且分析研究基坑周邊的復雜環境，是基坑工程的重點目標，分析研究基坑周邊各種有利和不利的影響。一般來說，鄰近不同建筑結構的荷載，會對基坑工程開挖后的支護結構產生附加不利荷載，給現有新近開挖基坑工程的設計、開挖帶來不利和不安全的影響；同時，原有不同建筑的基礎形式又能夠為新開挖的基坑充當天然支護的作用，并且起到非常有利的圍護和隔斷作用。

2 淺基礎對基坑開挖的影響

對于基坑周邊的基礎形式為淺基礎時,整體上基礎荷載對基坑影響的因素偏小，基坑周邊建筑的附加荷載值偏小，影響力有限。具體的荷載及基礎位置對基坑工程開挖的支護影響是否考慮主要取決以下因素：如圖1所示為基礎形式在淺基礎的作用下，基坑工程開挖后，支護結構承受主動土壓力示意圖。從圖中我們可以看出，已經開挖的基坑工程的邊緣與相近建筑物的基礎距離為a；基坑工程的開挖深度為H(實際深度)；周邊支護結構的嵌入持力土層的深度為h；q0為相鄰淺基礎的上部傳遞下的附加荷載，淺基礎的埋置深度為d；從上部傳遞的附加荷載兩端以與水平面夾角θ做兩條輔助線交AB于D,E兩點，其中,θ=45°+φ/2,通過該方法認為D以上和E以下的主動土壓力不變，其中中間段土壓力以均布荷載計算：

(1)

(2)

當上式中不同的變量代表值滿足式(1)時，則一般可以不考慮相近建筑基礎的上部附加荷載q0給基坑工程的開挖帶來的影響。當滿足式(2)時，則需要考慮其上影響。

3 樁基礎對相近基坑工程開挖的影響

“基坑開挖—鄰近樁基”的問題一直以來受到大家的關注，當代許多著名的專家學者在該領域做了大量的實驗研究和有限元模型分析，得到了顯著的研究成果：楊敏、周洪波等人[3]采用通用有限元程序模擬臨近樁基對基坑工程開挖的影響與作用；張羽[4]結合力學上的位移法與通用有限單元法，研究分析了基坑開挖周邊的建筑物的樁基礎對新近基坑開挖的影響；謝波[5]采用大型通用有限元數值分析軟件——ANSYS,合理簡化并模擬基坑附近的建筑(帶有地下室和樁基)對基坑工程的開挖，以及與新近開挖的基坑工程附近不存在地下室和樁基的情況進行對比，得到原有的地下室及樁基的存在將會對新開挖的基坑存在有利因素：減小新開挖基坑工程的變形趨勢，增強支護結構強度，降低支護樁位移和土壓力。

現如今，當新近開挖基坑和原有建(構)筑距離很近時，開挖大型基坑引起的地層位移變化必然會對已有的建(構)筑物的樁基產生附加撓度和彎矩等不利影響，甚至嚴重者可能導致建(構)筑物的破壞、坍塌等。同時，鄰近建筑的基礎也會產生有利的影響，鄰近建筑的樁基礎可以分擔全部或者部分基坑工程開挖后，側向土體產生的側向土壓力，因此開挖基坑工程的周邊存在原有建筑的樁基礎時，新開挖的基坑工程的支護結構受到側向土產生的側向位移比沒有鄰近樁基的情況下要小得多。綜上所述，對于大型基坑工程的開挖，要全面、綜合、合理、安全的分析相近建筑物的樁基礎與基坑工程開挖的相互影響和相互作用，必須保證既要原有結構的樁基礎的安全，并且也要充分合理的利用原有鄰近樁基礎對基坑工程開挖的有利作用，這樣對指導大型基坑工程的開挖設計、施工，及相應支護結構的設計、施工，同時降低工程造價與提高工程安全性方面具有重要意義。

4 復合地基基礎對鄰近基坑工程開挖的影響

4.1 復合地基的概述[6]

隨著復合地基的提出，在如今許多工程中，針對原有天然地基承載力低、地基壓縮性大等不能滿足建(構)筑物對基礎設計的要求，而采用人工的地基處理，以形成高強度的人工地基來滿足建(構)筑物對基礎設計的要求是我們最常用的方式，其中最高效有利的就是復合地基。常見的復合地基是由原有天然地基土(或被處理過的天然地基土和換填土)和增強體共同組成具有整體效果的人工地基。在上部結構的附近荷載作用下，地基土體與增強體將共同承受上部荷載，發揮作用。增強體復合地基具有兩個最基本也是最重要的特點：第一，由原有天然地基土(或被處理過的天然地基土和換填土)和增強體共同組成具有整體效果的人工地基，且該人工地基是非均質、各向異性的加固區；第二，在上部結構的附近荷載作用下，地基土體與增強體將共同承擔荷載、共同發揮地基的作用，這也是樁體復合地基與其他基礎形式(樁基礎及淺基礎)的最主要的區別，也是其最基本的特征。

4.2 樁體復合地基對鄰近基坑工程的影響

近些年，隨著越來越廣泛的推廣復合地基的使用，加上其低成本、高承載力和施工方便等許多特色被廣泛應用于大跨度、超高層建筑中，其中水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁)在許多基坑工程開挖中應用最為廣泛。新近應用的復合地基不同于原有的樁基礎，樁基礎荷載傳遞的方式是將大部分荷載通過樁體向下傳遞至較深的樁端持力層上，而以CFG樁為代表的剛性樁復合地基承載力則是由樁體的豎向承載力和已經處理后的樁間土體承載力復合而成，是建筑物的基礎以下的CFG樁體、處理后的樁間土體和樁端持力土層三者相互作用、相互協調變形的結果。此時，基坑開挖后，基坑內的周邊支護結構受到的側向土壓力和產生的變形必將受到剛性復合地基的影響，針對這種情況，合理的確定側向土壓力和合理設計周邊支護結構是我們當今亟待解決的主要問題，同時，實際基坑工程開挖后，側面所受到的實際土壓力與原有傳統土壓力的計算方法得到的計算結果存在很多的出入，因此，必須引起足夠的重視，合理確定實際基坑工程開挖后，周邊支護結構的受力情況，否則基坑開挖處理不當，會造成樁身破壞，影響工程質量和進度，甚至產生鄰近建筑物的下沉、坍塌等。

5 結語

本文重點研究分析了淺基礎、樁基礎和復合地基這三種工程建設中最常見、最普遍的地基基礎形式，以及不同地基基礎形式的荷載方式和荷載傳遞規律，同時提出它們的存在對鄰近基坑工程開挖可能帶來的影響，簡要說明國內對“鄰建基坑開挖問題”的研究分析現狀，為以后其他工程的應用提供參考及幫助。

[1] 龔曉南.復合地基理論及工程應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[2] 余 容.地基基礎形式的變化對鄰近基坑性狀影響的研究[D].太原：太原理工大學,2013.

[3] 楊 敏,周洪波,楊 樺.基坑開挖與臨近樁基相互作用分析[J].土木工程學報,2005(38):91-94.

[4] 張 羽.基坑開挖與鄰近樁基礎的相互影響分析[D].上海：同濟大學,2007.

[5] 謝 波.地下室及樁基礎對鄰近基坑開挖的影響研究[D].上海:同濟大學,2007.

[6] 龔曉南.復合地基發展概況及其在高層建筑中的應用[J].土木工程學報,1992,32(6):8-10.

Discussion on the impact of different foundation forms upon adjacent foundation

Kang Wenhui

(ShanxiAcademyofBuildingDesign,Taiyuan030013,China)

The paper introduces three kinds of foundation forms including shallow foundation, pile foundation and composite foundation, analyzes impact of different foundation forms upon adjacent foundation, and explores different foundation loading methods and load transmitting law, which has provided some guidance for other engineering application.

foundation pit, adjacent building, foundation form, load

2015-02-10

康文慧(1985- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)13-0095-02

TU470

A