桩基开挖对邻近桩基础的影响分析

摘要：通过对排水箱涵桩基础进行有限元建模计算，分析其在邻近新桩基不同开挖方式下的应力变化情况，从比较中得出桩基开挖对邻近桩基础的影响以及可以采取的控制措施。

关键词：基坑开挖，桩基础，影响

1引言

随着我国经济发展与城市化进程的加快，公路、铁路等交通事业得到了快速的发展，工程情况也因此而日益复杂。很多工程在施工过程中已不是单一的工程问题，这些工程在施工过程中会对邻近的已建或在建工程产生影响，比如相邻工程基坑同时开挖彼此会产生的相互影响、基坑开挖对周边既有桩基础的影响等。

在基坑开挖的过程中，基坑周围的土体会向水平方向移动，如果其周围不远处有桩基础的存在，那么桩基础会随着土体的移动而受到挤压，这种来自水平方向的挤压会让桩基础产生较大的弯矩，对桩基础受力极为不利，因此在施工前有必要对此进行分析研究，并以分析结果为依据做出控制措施。下面以实际参与工程实例来分析桩基开挖对邻近桩基础的影响。

2工程概况

高家花园轨道专用桥位于轨道环线沙正街站和玉带山站区间，南起沙坪坝区高家花园轻轨隧道，桩号为YDK9+825.561，自南向北跨越嘉陵江后接江北石马河，止于玉带山轻轨隧道，桩号为YDK10+519.588，为一座总长594.0m的跨江特大桥。该桥南北引桥采用支架现浇的方式进行施工，在南、北滨路两旁设置临时支架，上部搭设贝雷梁和钢箱梁作为主要承重结构，贝雷梁和钢箱梁上方设置脚手架支撑箱梁现浇模板。由于南、北滨路旁均设置了市政排水箱涵，那么临时支架墩的布置要在尽可能减小跨度的同时要考虑尽量不影响到排水箱涵桩基础。但北滨路为高架桥，临时支架必须一跨跨越，另外受到场地因素影响，临时支架桩基础与排水箱涵桩基础之间净距最小只有0.86m，小于单桩直径1.5m。

3分析思路及计算模型

为做出比较，现模拟两种开挖方式，一种是直接开挖，另一种是分层边支护边开挖，具体思路如下。

在临时墩桩基开挖过程中，先用图1所示的方式进行仿真模拟，此种模拟方式偏安全，在开挖过程，提供箱涵桩基约束的土弹簧失效，并且开挖侧深度范围内的土压力失效而另外一侧的土体开始产生单侧土压力，该土压力直接作用于箱涵桩基。

采用图1所示不采用支护措施的开挖安全风险过高，因此，需要采用护筒或者护壁进行支护开挖，并且每次开挖深度小于1.0米。开挖模拟过程如图2，在采用护筒或者护壁的时候，护筒或者护壁能够承受土体的挤压，箱涵桩基与护筒或护壁之间的土体能够对箱涵桩基提供约束作用，因此，开挖段的土弹簧失效，但是加护筒或护壁部分的土弹簧被激活，并且偏安全取一侧土压力作用于箱涵桩基。

在临时支架桩基开挖阶段，主要针对排水箱涵进行分析，考虑在基坑开挖过程中由于开挖扰动、箱涵桩单侧土压力作用的影响。采用Midas/Civil有限元分析软件进行建模，箱涵涵身采用板单元进行模拟，箱涵墩柱采用梁单元进行模拟，具体分析模型参见图3。

4分析结果

临时墩直接开挖对排水箱涵桩基础的影响如图4所示，由图可知，一次性直接开挖对箱涵影较大，其拉应力最大值为3.47MPa，超过了混凝土抗拉设计强度1.39 MPa。因此为了安全考虑，对于每一根桩基都应采用人工分层开挖方式并配合钢筋混凝土护壁或钢护筒支护。

结合排水箱涵处的地质情况与实际施工过程中的开挖顺序，对桩基开挖过程进行施工阶段分析，整个桩基的开挖过程分为7个阶段，每阶段开挖土层厚度约为1m左右，其计算结果参见表1所示。

从表1可知，箱涵墩柱最大应力增长的最大幅度为33.3%，但绝对应力最大值为0.68MPa，远小于混凝土抗压设计强度13.8 MPa。

5结论

由以上工程建模分析可知，当新建桩基础距离原桩基础很近时，若直接开挖而不采取任何保护措施，则基坑的开挖必然会扰动附近的土体，从而影响原桩基础的受力，使桩一侧产生很大的拉应力，甚至超过了混凝土抗拉设计强度。因此非常有必要在开挖时采取保护措施，本文给出的一种解决方案是采用护筒或者护壁进行支护开挖，并且每次开挖深度小于1.0米。实际工程中也采用了该方法，实测排水箱涵桩基础几乎没有受到影响。以上计算方法与实际情况有差距，但它是一种偏安全的考虑方式，对于解决实际问题是很有帮助的。

参考文献：

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[3]王翠，闫澍旺，张启斌等.深基坑开挖对邻近桥桩的影响机制及控制措施研究[J].岩石力学与工程学报，2010.