試論鄰近基坑樁基側(cè)向變形加固管理方法
2015-03-27
在城市環(huán)境中經(jīng)常進行基坑開挖，但是這對鄰近建筑物的樁基會造成嚴(yán)重影響，會使土體發(fā)生位移，樁基發(fā)生變形，嚴(yán)重會導(dǎo)致坍塌，另外土體的豎向位移會導(dǎo)致樁基符合的加重產(chǎn)生沉降，這嚴(yán)重影響著城市環(huán)境的安全，因而必須采取有效措施對鄰近基坑樁基側(cè)向變形進行加固管理。在實際工作中，要分析不同的土層條件和不同的支撐情況，做好坑外主動區(qū)加固和坑內(nèi)被動區(qū)加固，才能對鄰近基坑樁基側(cè)向變形進行有效的管理，從而增強土體抵抗變形的能力和增強土體強度，確保城市環(huán)境的安全。
一、基坑開挖與鄰近樁基的相互作用
隨著城市基坑開挖工程的逐年增多，致使與之鄰近的樁基發(fā)生了一定的變化，這種變化逐漸進入人們的視野，成為基坑開挖工程關(guān)注的焦點，也被基坑開挖設(shè)計者將其納入設(shè)計時必須考慮的范圍。在基坑開挖過程中，主要涉及基坑、土體及樁基三方面的相互作用，因此，基坑開挖變得相對復(fù)雜，問題的求解也變得相對困難。從力學(xué)的角度講，首當(dāng)其沖的就是基坑開挖與周圍土體間的相互作用問題，也就是開挖過程中會導(dǎo)致土體的圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，而坑底的隆起又會致使坑外的土體發(fā)生一定程度的垂直下降以及水平位置的偏移；其次就是土體及樁基間發(fā)生相互作用的問題，也就是說當(dāng)基坑開挖導(dǎo)致土體發(fā)生一定的位移時，土體發(fā)生的位移現(xiàn)象又會作用在樁上致使樁基也發(fā)生附加式位移以及彎矩。若如按上述的理解進行分析，只有對三者進行一定的結(jié)合，才能確保問題的解答。
為了研究基坑開挖與鄰近樁基之間的相互作用，探討基坑加固對控制樁基側(cè)向變形的效果，本文通過有限元法，利用平面彈塑性有限元程序建立以下計算模型，設(shè)定土層為兩層，上層為軟土層20m，下層為土性較好的粉砂土層，物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。
表1土層物理力學(xué)參數(shù)
設(shè)定基坑開挖寬度為30m，深度為8m，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，長20m，厚度為0.8m，鄰近樁基 為雙排Φ700預(yù)制方樁，長32m，樁間距2m，前排樁距離基坑邊緣10m。通過有限元法計算，建立模型網(wǎng)格。
二、坑外主動區(qū)加固
在基坑工程發(fā)展的早些時期，由于其主要目的并不在對周圍樁基的保護上，因此只是注重了基坑自身的穩(wěn)定及其安全?，F(xiàn)如今，隨著工程密度的增加，在基坑開挖的過程中不僅要考慮到基坑及其周圍圍護結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定及其安全，還應(yīng)考慮基坑開挖周圍的大環(huán)境。因而控制開挖可以從兩方面入手，一是控制圍護結(jié)構(gòu)變形和坑底隆起，減少其位移；二是最大限度的切斷周圍土體位移的傳播途徑。基于上述思想，基坑加固管理可以分為坑外主動區(qū)加固和坑內(nèi)被動區(qū)加固。
1.加固范圍
坑外主動區(qū)加固的基本原理是補償土層損失，并且切斷土體位移的傳播途徑，從而減少基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，是一種被動性的加固方法，也是當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)位移過大而無法通過改變支撐而采取的一種方法。
據(jù)研究表明，當(dāng)加固深度某個數(shù)值時，樁身的最大位移開始逐漸下降，當(dāng)加固深度小于這個數(shù)值時，樁身側(cè)向位移和無加固相比沒有減小反而增大了。
坑外加固存在界限加固深度，當(dāng)加固深度小于這個界限加固深度時會對鄰近基樁產(chǎn)生不利影響，當(dāng)加固深度大于這個界限深度時才會對樁基產(chǎn)生有利影響。其原理如下：當(dāng)加固深度較小時，整個加固體并不能阻止開挖引起的土體位移傳遞，反而會產(chǎn)生較大的剛性擠壓力，導(dǎo)致維護墻體主動區(qū)的土壓力變大，引起墻體變形而產(chǎn)生土體位移，最終導(dǎo)致鄰近樁基附加變形；當(dāng)加固深度加大時能夠減少對墻體位移的影響，阻止開挖引起的土體位移向樁基的傳遞，從而不會引起樁基附加變形。
2.加固位置
加固體處于不同位置會對樁身造成不同程度的影響。
從圖中可以看出，當(dāng)加固體鄰近樁基時唯一減小，當(dāng)加固體距離樁基在一定程度之外后，樁基最大位移出現(xiàn)增加的情況。因而在實際的加固中要保證加固深度的同時盡量靠近樁基進行加固。
三、坑內(nèi)被動區(qū)加固
1.加固范圍
通過本文研究發(fā)現(xiàn)，隨著基坑加固深度的增大，樁身側(cè)向位移會逐漸減小，最大位移會呈現(xiàn)下移，當(dāng)加固深度小于某個數(shù)值時，樁身側(cè)向位移會產(chǎn)生較大的減小幅度；當(dāng)加固深度大于這個數(shù)值時，位移減小的幅度逐漸降低，當(dāng)加固深度繼續(xù)增加時，對樁身位移造成的影響已不顯著。
因而在基坑坑底被動區(qū)的加固存在一個有效加固范圍，當(dāng)加固深度在這個深度范圍時能夠?qū)ν馏w的位移進行有效控制，能夠減少對鄰近樁基造成的影響。因而在實際工作中要控制好加固深度，當(dāng)加固深度小于有效加固范圍時不能有效控制樁基的位移，當(dāng)加固深度超出有效加固范圍后將造成經(jīng)濟上的浪費；要使加固深度處在有效加固深度范圍內(nèi)，選擇合理有效的加固深度，要保證周圍環(huán)境的安全，也要節(jié)省工程的造價成本，避免不必要的浪費。
2.加固程度
加固程度主要是指加固體本身抵抗變形的能力，在加固體的選取上多采用水泥土加固體，其置換率是衡量加固程度的一個重要指標(biāo)，并通過不同的彈性模量來反映加固程度的強弱。通過研究發(fā)現(xiàn)，樁身位移隨著彈性模量的增加而減小，當(dāng)加固體彈性模量大于某個數(shù)值后樁身最大位移處于一個平穩(wěn)值。
在加固基坑時存在一個最優(yōu)置換率的問題，當(dāng)加固體的置換率達到最優(yōu)置換率后能夠提高水泥土置換率對控制樁身側(cè)移的影響，超過這個最優(yōu)置換率后在提高置換率效果已經(jīng)不顯著。因而在實際工作中，要確定水泥土的最優(yōu)置換率，從而最大限度的加強加固體對控制樁基位移的影響。
結(jié)語：
本文通過有限元法分析了基坑開挖與鄰近樁基的相互作用，指出加固位置、加固程度、加固范圍對樁基側(cè)向變形的影響，并采取從坑外主動區(qū)和坑內(nèi)被動區(qū)采取不同的加固管理方法，取得了良好的加固效果。其中在實際工作中要注意坑外加固中的界限加固深度，坑內(nèi)加固中的最優(yōu)加固寬度和有效加固深度。只有根據(jù)實際情況，分析不同的土層條件和不同的支撐情況，做好坑外主動區(qū)加固和坑內(nèi)被動區(qū)加固，才能對鄰近基坑樁基側(cè)向變形進行有效的管理，從而增強土體抵抗變形的能力和增強土體強度，確保城市環(huán)境的安全。
