试论邻近基坑桩基侧向变形加固管理方法
2015-03-27
在城市环境中经常进行基坑开挖，但是这对邻近建筑物的桩基会造成严重影响，会使土体发生位移，桩基发生变形，严重会导致坍塌，另外土体的竖向位移会导致桩基符合的加重产生沉降，这严重影响着城市环境的安全，因而必须采取有效措施对邻近基坑桩基侧向变形进行加固管理。在实际工作中，要分析不同的土层条件和不同的支撑情况，做好坑外主动区加固和坑内被动区加固，才能对邻近基坑桩基侧向变形进行有效的管理，从而增强土体抵抗变形的能力和增强土体强度，确保城市环境的安全。
一、基坑开挖与邻近桩基的相互作用
随着城市基坑开挖工程的逐年增多，致使与之邻近的桩基发生了一定的变化，这种变化逐渐进入人们的视野，成为基坑开挖工程关注的焦点，也被基坑开挖设计者将其纳入设计时必须考虑的范围。在基坑开挖过程中，主要涉及基坑、土体及桩基三方面的相互作用，因此，基坑开挖变得相对复杂，问题的求解也变得相对困难。从力学的角度讲，首当其冲的就是基坑开挖与周围土体间的相互作用问题，也就是开挖过程中会导致土体的围护结构发生变形，而坑底的隆起又会致使坑外的土体发生一定程度的垂直下降以及水平位置的偏移；其次就是土体及桩基间发生相互作用的问题，也就是说当基坑开挖导致土体发生一定的位移时，土体发生的位移现象又会作用在桩上致使桩基也发生附加式位移以及弯矩。若如按上述的理解进行分析，只有对三者进行一定的结合，才能确保问题的解答。
为了研究基坑开挖与邻近桩基之间的相互作用，探讨基坑加固对控制桩基侧向变形的效果，本文通过有限元法，利用平面弹塑性有限元程序建立以下计算模型，设定土层为两层，上层为软土层20m，下层为土性较好的粉砂土层，物理力学参数如表1 所示。
表1土层物理力学参数
设定基坑开挖宽度为30m，深度为8m，围护结构采用地下连续墙，长20m，厚度为0.8m，邻近桩基 为双排Φ700预制方桩，长32m，桩间距2m，前排桩距离基坑边缘10m。通过有限元法计算，建立模型网格。
二、坑外主动区加固
在基坑工程发展的早些时期，由于其主要目的并不在对周围桩基的保护上，因此只是注重了基坑自身的稳定及其安全。现如今，随着工程密度的增加，在基坑开挖的过程中不仅要考虑到基坑及其周围围护结构自身的稳定及其安全，还应考虑基坑开挖周围的大环境。因而控制开挖可以从两方面入手，一是控制围护结构变形和坑底隆起，减少其位移；二是最大限度的切断周围土体位移的传播途径。基于上述思想，基坑加固管理可以分为坑外主动区加固和坑内被动区加固。
1.加固范围
坑外主动区加固的基本原理是补偿土层损失，并且切断土体位移的传播途径，从而减少基坑开挖对周围环境的影响，是一种被动性的加固方法，也是当围护结构位移过大而无法通过改变支撑而采取的一种方法。
据研究表明，当加固深度某个数值时，桩身的最大位移开始逐渐下降，当加固深度小于这个数值时，桩身侧向位移和无加固相比没有减小反而增大了。
坑外加固存在界限加固深度，当加固深度小于这个界限加固深度时会对邻近基桩产生不利影响，当加固深度大于这个界限深度时才会对桩基产生有利影响。其原理如下：当加固深度较小时，整个加固体并不能阻止开挖引起的土体位移传递，反而会产生较大的刚性挤压力，导致维护墙体主动区的土压力变大，引起墙体变形而产生土体位移，最终导致邻近桩基附加变形；当加固深度加大时能够减少对墙体位移的影响，阻止开挖引起的土体位移向桩基的传递，从而不会引起桩基附加变形。
2.加固位置
加固体处于不同位置会对桩身造成不同程度的影响。
从图中可以看出，当加固体邻近桩基时唯一减小，当加固体距离桩基在一定程度之外后，桩基最大位移出现增加的情况。因而在实际的加固中要保证加固深度的同时尽量靠近桩基进行加固。
三、坑内被动区加固
1.加固范围
通过本文研究发现，随着基坑加固深度的增大，桩身侧向位移会逐渐减小，最大位移会呈现下移，当加固深度小于某个数值时，桩身侧向位移会产生较大的减小幅度；当加固深度大于这个数值时，位移减小的幅度逐渐降低，当加固深度继续增加时，对桩身位移造成的影响已不显著。
因而在基坑坑底被动区的加固存在一个有效加固范围，当加固深度在这个深度范围时能够对土体的位移进行有效控制，能够减少对邻近桩基造成的影响。因而在实际工作中要控制好加固深度，当加固深度小于有效加固范围时不能有效控制桩基的位移，当加固深度超出有效加固范围后将造成经济上的浪费；要使加固深度处在有效加固深度范围内，选择合理有效的加固深度，要保证周围环境的安全，也要节省工程的造价成本，避免不必要的浪费。
2.加固程度
加固程度主要是指加固体本身抵抗变形的能力，在加固体的选取上多采用水泥土加固体，其置换率是衡量加固程度的一个重要指标，并通过不同的弹性模量来反映加固程度的强弱。通过研究发现，桩身位移随着弹性模量的增加而减小，当加固体弹性模量大于某个数值后桩身最大位移处于一个平稳值。
在加固基坑时存在一个最优置换率的问题，当加固体的置换率达到最优置换率后能够提高水泥土置换率对控制桩身侧移的影响，超过这个最优置换率后在提高置换率效果已经不显著。因而在实际工作中，要确定水泥土的最优置换率，从而最大限度的加强加固体对控制桩基位移的影响。
结语：
本文通过有限元法分析了基坑开挖与邻近桩基的相互作用，指出加固位置、加固程度、加固范围对桩基侧向变形的影响，并采取从坑外主动区和坑内被动区采取不同的加固管理方法，取得了良好的加固效果。其中在实际工作中要注意坑外加固中的界限加固深度，坑内加固中的最优加固宽度和有效加固深度。只有根据实际情况，分析不同的土层条件和不同的支撑情况，做好坑外主动区加固和坑内被动区加固，才能对邻近基坑桩基侧向变形进行有效的管理，从而增强土体抵抗变形的能力和增强土体强度，确保城市环境的安全。
