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。萬嘉成等[1]通過三維有限元法對(duì)基坑開挖對(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)探究基坑開挖過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程中遇到的問題，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。基坑南側(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，見圖1。該基坑工程開挖面積較大，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。