基坑開挖對坑內樁基承載力影響綜述

趙江山 張麗素

【摘 要】近年來，隨著建筑高度的逐漸增高和建筑體型的逐步增大，基坑也向著深，大發展。這就使得基坑開挖產生的卸載對坑內樁基承載力的影響不容忽視。我國學者已經對這個課題有了相當數量的研究，并取得了很多成果。但相關的綜述文章較少，故在此對前人的成果進行總結，評價，展望，以期對以后的研究者提供參考。

【關鍵詞】樁基承載力；基坑開挖；土體回彈

一、概述

樁基承載力的確定無疑是保證建筑物安全的基本條件之一，因此足夠精度的試樁試驗是有必要的。較常用試樁方法主要有常規地面試樁，開挖深度內加套管試樁和坑底試樁三種。常規的地面試樁忽略了開挖后土體回彈和樁土摩擦的影響，與實際相差較大；而加套管試樁也僅僅扣除了開挖深度內的樁土摩擦，忽略了土體回彈和開挖面以下樁土摩擦減小的影響，結果略好于地面試樁，但與實際工況仍然相差較大；而坑底試樁受施工條件限制，往往不被允許。以往，由于基坑開挖深度較淺，土體開挖卸荷影響不明顯，因此基坑開挖前的試樁方法基本可以滿足工程要求。但是隨著基坑深度加深，面積加大，如果不對傳統試樁方法得到的承載力進行調整，就會嚴重高估樁基的承載力，造成嚴重的工程事故。基坑開挖對樁基承載力的影響可以歸結為兩方面。一方面，土體卸荷回彈使樁基產生拉力，同時使樁土之間有效應力減小。另一方面，在軟土地區，基坑開挖還會引起軟弱土側向流動，從而引起樁的側移和彎矩。因此有必要全面的探究基坑開挖對樁基承載力影響的機理并提出簡潔實用的樁基承載力的計算或試驗方法。

二、研究進展

（一）基于土體回彈影響承載力的研究

1994年，Iwasaki Y[1]等在名古屋一處地鐵施工，測定樁基承載力時發現隨著基坑的開挖，摩擦樁上部分的軸力逐漸增加，而下部分的的軸力逐漸減小。這與樁的軸力均應增加的預期不符，于是最先提出了基坑回彈對樁基內力影響的工程問題。

胡琦等[7]在以前的研究基礎上，通過離心機試驗，又考慮了基底土超固結對樁基承載力的影響。指出樁側土處于超固結狀態，靜止土壓力系數要大于正常固結的情況。因此，不考慮樁側土超固結的設計方法偏于保守。

（二）基于軟弱土側向流動對承載力影響的研究

茜平一等[9]分析了深基坑開挖時軟弱土的流動特性，探究了此種情況下樁基的變形特性，并結合工程實例介紹了樁身彎矩和撓曲的計算方法。最終得出結論，軟弱土地區應采取更加有效的支護方案，以減少土體流動對樁產生的內力。另一方面，在軟土地區，增加樁的嵌固深度不僅不能夠有效地減小樁頂位移，還有可能造成樁身彎矩過大引起樁破壞。

楊位洸等[10]首先根據Poulos理論編制了電算程序，用來分析樁基在軟土側移的壓力下產生的側向位移和彎矩，進而與樁身剛度對比，判斷樁身是否折斷。在此基礎上，未折斷的曲樁在豎向荷載作用下進一步發生彎曲，編制出可以計算曲樁的承載力的程序。

三、研究存在的問題

通過以上學者的研究可以看出，對基坑開挖對坑內樁基承載力影響的因素還處于認識階段，僅對土體卸荷回彈引起樁受拉和樁周土有效應力減小引起樁基承載力降低以及樁側土流動增加樁身彎矩有較統一的認識。

目前的研究還存在很多不足。 （1）對基坑開挖深度，開挖面積對樁承載力的影響還沒有簡便實用的計算方法（2）對于土的粘聚力和土體固結度等因素的考慮與否也還沒有統一的觀點。（3）以上的研究僅僅是基于單樁承載力的研究，沒有考慮群樁情況，即使在土體側向流動情況下考慮群樁效應時也僅僅給出了顯而易見的結論，對實際應用的指導意義不大，因此跟實際工程還有很大差距。（4）基坑降水也是一項重要的影響因素，目前研究涉及較少。（5）土體的側向流動和土體開挖卸荷基本是同時發生的，兩者不能完全分開，而目前研究將兩者分開是不科學的。

四、對以后研究的展望

根據研究中存在的問題，可以從試驗和理論兩方面對以后的研究進行展望。（1）試驗應重視有限元分析，室內試驗和現場試驗的結合。通過試驗反演有限元計算中需要的參數。同時使用先進的更符合實際工況的試驗技術，例如離心機試驗。（2）理論研究應考慮的更加全面，例如考慮土性參數，樁間距，土體固結度，基坑降水等重要因素。但同時要忽略次要因素，以得出符合工程要求精度又不失簡便的承載力算法，例如可以求出每種影響因素對樁基承載力的影響，換算成折減系數。（3）群樁效應在一些情況下是不能忽略的，因此需要探究樁徑，樁間距，樁長，土性等因素在滿足什么條件下需要考慮群樁效應，以及如何考慮群樁效應下的樁基承載力。

參考文獻：

[1] Iwasaki Y， Watanabe H， Fukuda M， et al. Construction control for underpinning piles and their behaviour during excavation[J]. Geotechnique. 1994， 44（4）： 193A.

[2] Huogen Zhu，Jiaping Sun（朱火根，孫加平）（上海地區深基坑開挖坑底土體回彈對工程樁的影響）（巖土工程界）. 2005（03）： 43-46.

[3] H. U. Qi，Ling Dao-Sheng，Chen Yun-Min，等（胡琦，凌道盛，陳云敏，等）. Study of loading characters of pile foundation due to unloading of deep foundation pit excavation（深基坑開挖對坑內基樁受力特性的影響分析）[J]. ROCK AND SOIL MECHANICS（巖土力學）. 2008， 29（7）： 1965-1970.

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[6] Jinjian Chen，Jianhua Wang，Wei Fan，等（陳錦劍，王建華，范巍，等）（抗拔樁在大面積深開挖過程中的受力特性分析）（巖土工程學報）. 2009.

[7] Qi Hu，Daosheng Ling，Linggang Kong，等（胡琦，凌道盛，孔令剛，等）（超深開挖對抗拔樁承載力影響的離心機試驗研究）（巖土工程學報）. 2013（06）： 1076-1083.