韓健勇,王慶海,趙明城,崔中全,柏 謙

(1.山東建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,山東 濟(jì)南 250101;2.山東建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)加固改造與地下空間工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250101;3.中建八局第一建設(shè)有限公司,山東 濟(jì)南 250100;4.濟(jì)南中央商務(wù)區(qū)投資建設(shè)集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250014;5.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110004)

天然地基是指在自然狀態(tài)下就能夠滿足基礎(chǔ)全部荷載要求、無(wú)需進(jìn)行人工處理的地基。隨著建筑材料的不斷更新和發(fā)展,施工技術(shù)的不斷進(jìn)步,基坑施工鄰近建筑物天然地基的工況也會(huì)越來(lái)越多。明確砂土地層基坑開(kāi)挖引起的鄰近建筑物天然地基變形規(guī)律和對(duì)天然地基變形的有效控制措施,對(duì)于保障基坑及周邊建筑群安全和穩(wěn)定至關(guān)重要。

目前,已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖引起的建筑物沉降和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形展開(kāi)了研究。韓健勇等[1]基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果,對(duì)基坑開(kāi)挖引起的既有建筑物的變形特性和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。鄧旭等[2]結(jié)合天津?qū)嶋H深基坑工程,研究了基坑開(kāi)挖對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和鄰近結(jié)構(gòu)的影響。范凡等[3]將數(shù)值模擬計(jì)算與工程經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,研究了坑外土體豎向位移隨基坑開(kāi)挖深度的變化規(guī)律。陳陽(yáng)等[4]基于某基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)排樁內(nèi)支撐基坑支護(hù)體系中的樁頂水平位移、樁體側(cè)向位移以及基坑周邊土體沉降量進(jìn)行了深入研究。李志[5]基于北京某基坑工程,通過(guò)理論設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬三者相結(jié)合的方式研究了鋼管樁基坑支護(hù)的位移、應(yīng)力、變形及對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響,對(duì)鋼管樁代替鉆孔灌注樁的可行性進(jìn)行了研究。晉霞[6]通過(guò)模型試驗(yàn)分別模擬了三種基坑開(kāi)挖工況,得到了在基坑開(kāi)挖過(guò)程中支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力變形和周?chē)ㄖA(chǔ)沉降之間的相互作用和影響規(guī)律。王琳等[7-8]基于數(shù)值模擬研究了不同施工方法、施工參數(shù)下基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。E.Khalid[9]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析了基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物沉降的影響。S.Y.Fan[10]通過(guò)數(shù)值模擬研究了大型基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的影響。Y.Tan等[11-12]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬,研究了大型基坑開(kāi)挖對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力及坑外土體變形的影響。

在基坑與建筑物之間布置隔離樁是一種控制變形的方法。關(guān)于隔離樁方面的研究,鄭剛等[13]在工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,采用有限元方法對(duì)隔離樁的作用機(jī)制進(jìn)行了參數(shù)分析,并研究了隔離樁對(duì)土體深層位移及對(duì)隧道位移的控制機(jī)制。翟杰群等[14]對(duì)隔離樁的作用機(jī)理和結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了研究,并給出了隔離樁樁長(zhǎng)、隔離樁結(jié)構(gòu)形式等參數(shù)對(duì)隔離樁控制變形的影響規(guī)律。曾曉鑫等[15]采用ABAQUS有限元軟件對(duì)不同隔離樁間距下隧道的位移進(jìn)行了分析。紀(jì)新博等[16]針對(duì)某采用隔離樁隔離的工程進(jìn)行了正交有限元法優(yōu)化研究,得出隔離樁的打設(shè)和注漿對(duì)變形和內(nèi)力有一定的控制作用。

上述研究多集中在圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和建筑物沉降方面,而對(duì)基坑開(kāi)挖引起的鄰近建筑物下方天然地基的變形研究較少。另外,當(dāng)前的研究表明,設(shè)置隔離樁可以較好地控制開(kāi)挖引起的地基變形,但對(duì)于隔離樁的相關(guān)參數(shù)研究還不夠全面。基于此,筆者結(jié)合某基坑工程,首先進(jìn)行不同工況下基坑開(kāi)挖模型試驗(yàn),研究基坑開(kāi)挖對(duì)天然地基變形的影響,然后基于室內(nèi)試驗(yàn)建立數(shù)值模型,分析隔離樁間距和隔離樁埋深等參數(shù)對(duì)天然地基變形的控制效果。研究表明,基坑開(kāi)挖會(huì)使建筑物天然地基豎向位移超過(guò)報(bào)警值,設(shè)置合適的隔離樁參數(shù)可以顯著減少開(kāi)挖引起的天然地基變形。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)原理如圖1所示。

利用位移傳感器監(jiān)測(cè)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的豎向位移,并通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。試驗(yàn)在長(zhǎng)×寬×高為900 mm×750 mm×600 mm、厚度為10 mm的模型箱內(nèi)進(jìn)行,模型箱材質(zhì)為有機(jī)玻璃,具有較好的透明性。為減少地基材料與模型箱內(nèi)部側(cè)壁的摩擦,在模型箱內(nèi)部四周貼上0.04 mm的聚乙烯薄膜。

模型箱尺寸如圖2所示。依托基坑工程開(kāi)挖深度為7.5 m,開(kāi)挖長(zhǎng)度為22.5 m,開(kāi)挖寬度為9 m,考慮實(shí)際工況和室內(nèi)試驗(yàn)場(chǎng)地限制,試驗(yàn)的幾何相似比取30,因此試驗(yàn)中基坑開(kāi)挖深度為250 mm,開(kāi)挖長(zhǎng)度為750 mm,開(kāi)挖寬度為300 mm。模型箱的長(zhǎng)度是基坑開(kāi)挖深度的三倍以上,滿足邊界條件要求。

圖2 模型箱尺寸Fig.2 Model tank size

1.2 模型材料

依托工程原型圍護(hù)結(jié)構(gòu)為15根直徑1.5 m、長(zhǎng)度9 m、間距1.5 m的C30混凝土灌注樁?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)主要發(fā)揮抗彎作用,根據(jù)等效剛度替代法對(duì)原型圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換[17],根據(jù)相似定理可知模型中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎剛度為

(1)

式中:Em為模型彈性模量;Im為模型慣性矩;Ep為原型彈性模量;Ip為原型慣性矩;CL為長(zhǎng)度相似比。

根據(jù)式(1)得出模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎剛度為4.602×10-5kN·m2,為防止試驗(yàn)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間漏土,選用薄鋁板代替原型灌注樁,其彈性模量約為68 GPa。根據(jù)矩形慣性矩公式和模型箱尺寸求出鋁板長(zhǎng)×寬×厚為750 mm×400 mm×0.5 mm,厚度約為0.47 mm,為便于加工,鋁板的厚度選為0.5 mm。

依托工程內(nèi)支撐原型為直徑609 mm、厚度16 mm、長(zhǎng)度9 m、間距3 m的鋼支撐。內(nèi)支撐主要發(fā)揮抗壓作用,根據(jù)等效剛度替代法對(duì)原型內(nèi)支撐進(jìn)行替換,根據(jù)相似定理可知模型中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗壓剛度為

(2)

式中:Am為模型截面積;Ap為原型截面積。

根據(jù)式(2)得出模型內(nèi)支撐的抗壓剛度為2.428×102kN,選用PVC管作為相似材料,其彈性模量約為3 GPa。根據(jù)圓環(huán)面積公式和模型箱尺寸求出PVC管的直徑為16 mm,厚度為2 mm,長(zhǎng)度為0.3 m,間距為0.1 m。試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭胁捎娩摪迥M建筑物基礎(chǔ),一塊鋼板的附加荷載為4.71 kPa,根據(jù)相似原理,實(shí)際作用在地基上的附加荷載為141.3 kPa,相當(dāng)于底面長(zhǎng)×寬為7.5 m×4.5 m的10層框架結(jié)構(gòu)作用在地基上。

選取彰武砂作為模型土進(jìn)行基坑開(kāi)挖模型試驗(yàn),彰武砂屬大林礦系主礦脈的天然風(fēng)積砂,其粒徑均勻符合試驗(yàn)要求。通過(guò)系列土工試驗(yàn)得到模型土的力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 模型土力學(xué)參數(shù)Table 1 Mechanical parameters of model soil

N.K.Ovesen[18]通過(guò)試驗(yàn)得出,當(dāng)基礎(chǔ)直徑與砂土平均粒徑之比大于30時(shí),土體材料不縮制不會(huì)對(duì)地基承載特性有較大影響,此時(shí)可以選用原型土料進(jìn)行試驗(yàn)。模型試驗(yàn)中與土體接觸的鋼塊最小寬度為150 mm,與模型土平均粒徑比值為746,符合要求。采用砂雨法分層制備性能穩(wěn)定的人工模型地層,并在試驗(yàn)前進(jìn)行標(biāo)定。模型試驗(yàn)中落砂高度取1.1 m,由此制備的土層相對(duì)密實(shí)度約為0.6。

1.3 試驗(yàn)工況及方案

試驗(yàn)共分4組工況,建筑物采用4塊長(zhǎng)×寬×高為250 mm×150 mm×60 mm的鋼板模擬,通過(guò)增加鋼板數(shù)量來(lái)模擬不同的建筑物附加荷載。在鋼板底部貼上砂紙?jiān)黾悠渑c模型土的摩擦力,以便更好地模擬實(shí)際中砂土與上覆結(jié)構(gòu)的相互作用。

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)可知,基坑周邊地表豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜按監(jiān)測(cè)剖面布置在坑邊中部,且監(jiān)測(cè)剖面與坑邊垂直,建筑物周?chē)乇碡Q向位移的報(bào)警值為10～60 mm,文中取30 mm。根據(jù)相似理論可知,試驗(yàn)中地表豎向位移的報(bào)警值為1 mm。采用量程為50 mm的位移傳感器并結(jié)合3 816 N數(shù)據(jù)采集儀測(cè)定建筑物基礎(chǔ)周?chē)Q向位移,試驗(yàn)中位移傳感器空間位置分布及試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3。位移傳感器1和位移傳感器5測(cè)定靠近基坑的地表豎向位移,位移傳感器2和位移傳感器6測(cè)定基坑與建筑物基礎(chǔ)之間的地表豎向位移,位移傳感器3～4、7～9用來(lái)測(cè)定建筑物基礎(chǔ)周邊的地表豎向位移。

圖3 位移傳感器布置圖Fig.3 Layout of displacement sensors

每組試驗(yàn)均分五步開(kāi)挖,每步開(kāi)挖深度50 mm,每層開(kāi)挖土下方放置一張透明薄膜,便于標(biāo)記和取土。開(kāi)挖前記錄位移傳感器初始示數(shù),采用取土設(shè)備開(kāi)挖至第一層透明薄膜,待位移傳感器示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時(shí)位移傳感器示數(shù);繼續(xù)開(kāi)挖至第二層透明薄膜,待位移傳感器示數(shù)穩(wěn)定后記錄此時(shí)位移傳感器示數(shù);在開(kāi)挖第三層土體的同時(shí)布置PVC管,將其固定在鋁板和模型箱之間。PVC管位于100 mm標(biāo)高處,繼續(xù)開(kāi)挖至第五層透明薄膜,試驗(yàn)結(jié)束并記錄位移傳感器數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

提取步驟一(基坑開(kāi)挖深度0.05 m)、步驟二(基坑開(kāi)挖深度0.1 m)、步驟三(基坑開(kāi)挖深度0.15 m)、步驟四(基坑開(kāi)挖深度0.2 m)和步驟五(基坑開(kāi)挖深度0.25 m)的位移傳感器數(shù)據(jù)。相同附加荷載條件下各測(cè)點(diǎn)地表豎向位移隨基坑開(kāi)挖深度變化曲線如圖4所示。

圖4 地表豎向位移隨基坑開(kāi)挖深度變化曲線Fig.4 Variation of vertical surface displacements with excavation depth

由圖4可知,隨著基坑開(kāi)挖深度逐漸增加,各位移傳感器的示數(shù)逐漸增大。其中位移傳感器1和位移傳感器5的示數(shù)變化幅度最大,這是由于這兩個(gè)測(cè)點(diǎn)靠近基坑開(kāi)挖區(qū),所受的擾動(dòng)最大。位移傳感器2和位移傳感器6處于基坑與建筑物基礎(chǔ)之間,在整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程中,位移傳感器2的示數(shù)均大于位移傳感器6的示數(shù),筆者認(rèn)為這是由于建筑物基礎(chǔ)的存在引起了周?chē)馏w的隆起,進(jìn)而抵消了一部分基坑開(kāi)挖引起的豎向位移,且建筑物荷載對(duì)基礎(chǔ)四周土體的影響小于對(duì)基礎(chǔ)中部土體的影響。位移傳感器3、7、9的變化趨勢(shì)基本相同,位移傳感器3的示數(shù)最大,位移傳感器7的示數(shù)最小。

位移傳感器3～4、7～9測(cè)定的是建筑物基礎(chǔ)周?chē)烊坏鼗某两?。?dāng)放置一塊鋼板時(shí),隨著基坑開(kāi)挖深度的增加,位移傳感器4和位移傳感器8的示數(shù)均未超過(guò)報(bào)警值?；娱_(kāi)挖深度大于0.2 m時(shí),位移傳感器3、7、9示數(shù)均超過(guò)報(bào)警值,且位移傳感器3的示數(shù)與位移傳感器7相比增大了26.56%,與位移傳感器4相比增大了71.87%。當(dāng)放置兩塊鋼板時(shí),位移傳感器4和位移傳感器8的示數(shù)均未超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器4的示數(shù)與位移傳感器8相比增大了19.27%?；娱_(kāi)挖深度大于0.1 m時(shí),位移傳感器3、7、9示數(shù)均超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器3的示數(shù)與位移傳感器7相比增大了25.31%,與位移傳感器4相比增大了64.9%。

當(dāng)放置三塊鋼板時(shí),位移傳感器4的示數(shù)在基坑開(kāi)挖深度為0.25 m時(shí)超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器8的示數(shù)未超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器4的示數(shù)與位移傳感器8相比增大了34.37%?；娱_(kāi)挖深度大于0.1 m時(shí),位移傳感器3、7、9示數(shù)均超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器3的示數(shù)與位移傳感器7相比增大了23.52%,與位移傳感器4相比增大了52.94%;位移傳感器7示數(shù)與位移傳感器8相比增大了59.61%。當(dāng)放置四塊鋼板時(shí),位移傳感器4和位移傳感器8均超過(guò)報(bào)警值,且位移傳感器4的示數(shù)與位移傳感器8相比增大了36.86%?；娱_(kāi)挖深度大于0.1 m時(shí),位移傳感器3、7、9示數(shù)均超過(guò)報(bào)警值,位移傳感器3的示數(shù)與位移傳感器7相比增大了44.46%,與位移傳感器4相比增大了62.21%。

選取基坑開(kāi)挖結(jié)束后不同工況下傳感器3、傳感器4、傳感器7與傳感器8的地表豎向位移值進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖可知,當(dāng)基坑開(kāi)挖深度為0.25 m時(shí),隨著附加荷載的增加,位移傳感器3處的豎向位移分別超過(guò)報(bào)警值92%、137%、172%、424%,位移傳感器4處的豎向位移分別超過(guò)報(bào)警值-48%、-17%、28%、98%,位移傳感器7處的豎向位移分別超過(guò)報(bào)警值41%、77%、108%、191%,位移傳感器8處的豎向位移分別超過(guò)報(bào)警值-61%、-33%、-16%、25%。

圖5 不同工況下地表豎向位移值Fig.5 Vertical surface displacements under different cases

綜合分析可知,基坑開(kāi)挖深度增加會(huì)嚴(yán)重影響鄰近建筑物天然地基的穩(wěn)定性。當(dāng)附加荷載相同時(shí),隨著基坑開(kāi)挖深度的增加,建筑物基礎(chǔ)靠近基坑一側(cè)的地表豎向位移遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的地表豎向位移。傳感器7與傳感器8的示數(shù)相差約為60%,傳感器3與傳感器4的示數(shù)相差約為63%,可以得出在建筑物基礎(chǔ)中部和底邊兩個(gè)斷面上,靠近與遠(yuǎn)離基坑位置處的地表豎向位移的差異基本相同。在建筑物平行基坑長(zhǎng)邊斷面上,建筑物基礎(chǔ)端部的地表豎向位移大于建筑物基礎(chǔ)中部的地表豎向位移,相同附加荷載下地表豎向位移的增幅基本相同。隨著附加荷載的增加,建筑物基礎(chǔ)遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的角點(diǎn)處的地表豎向位移增幅約為35%;建筑物基礎(chǔ)靠近基坑一側(cè)左下角點(diǎn)處的地表豎向位移和建筑物基礎(chǔ)中部地表的豎向位移增幅先減小后增大。

3 數(shù)值模擬

3.1 計(jì)算模型建立及驗(yàn)證

基坑開(kāi)挖會(huì)影響鄰近建筑物天然地基的安全性,筆者依托實(shí)際工程構(gòu)建三維模型,首先分析采用隔離樁的方式對(duì)天然地基變形的影響,然后研究樁間距(1 m、2 m、3 m、4 m和5 m)和樁埋深(0 m、2 m、4 m、6 m、8 m和10 m)對(duì)天然地基變形的影響及規(guī)律。模型尺寸及網(wǎng)格劃分如圖6所示。模型所有側(cè)面約束其法向位移,底面固定,地表面為自由面。土體材料與試驗(yàn)相同,采用實(shí)體單元,修正摩爾庫(kù)倫本構(gòu)模擬,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用板單元,彈性本構(gòu)模擬,內(nèi)支撐采用梁?jiǎn)卧?彈性本構(gòu)模擬。建筑物通過(guò)施加141.3 kPa均布荷載模擬。計(jì)算模型施工過(guò)程與試驗(yàn)相同,整個(gè)模型共有22 569個(gè)單元。待數(shù)值模型與室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證后在模型中添加隔離樁,隔離樁采用梁?jiǎn)卧M,彈性本構(gòu)。隔離樁長(zhǎng)為9 m,樁徑為600 mm,布置在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與建筑物的中間位置,距基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移為75 mm。

圖6 計(jì)算模型Fig.6 Calculation model

在數(shù)值模型上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)a和監(jiān)測(cè)點(diǎn)b,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置分別與模型試驗(yàn)中的傳感器7和傳感器8對(duì)應(yīng)。將傳感器7和傳感器8的試驗(yàn)數(shù)據(jù)乘以相似比30后,與數(shù)值模型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖可知,豎向位移的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果整體變化趨勢(shì)相同,兩者結(jié)果吻合度較高,最終沉降值差距均在5%以?xún)?nèi)。證明筆者建立的數(shù)值模型準(zhǔn)確性較好,可用于后續(xù)研究。

圖7 試驗(yàn)值與模擬值對(duì)比Fig.7 Comparison between test values and simulated values

3.2 隔離樁對(duì)天然地基變形的影響

有無(wú)隔離樁情況下基坑開(kāi)挖引起的建筑物豎向位移變化規(guī)律如圖8所示。

圖8 不同基坑開(kāi)挖深度與建筑物豎向位移關(guān)系曲線Fig.8 Vertical displacements of building under different excavation depth

由圖8可知,基坑開(kāi)挖深度越大,隔離樁控制天然地基變形的效果越顯著。以有隔離樁工況下、基坑開(kāi)挖深度為7.5 m時(shí)的建筑物豎向位移作為基準(zhǔn),對(duì)不同開(kāi)挖深度下的建筑物豎向位移作歸一化處理。隨基坑開(kāi)挖深度的增加,建筑物豎向位移的增幅分別為0.16%、3.51%、3.95%、6.75%、7.72%。分析可知,當(dāng)基坑開(kāi)挖深度小于等于4.5 m時(shí),建筑物的位移增幅不超過(guò)5%,此時(shí)采用隔離樁的方法對(duì)天然地基變形的效果不顯著,因此可選擇不采用隔離樁的方法;當(dāng)基坑開(kāi)挖深度大于4.5 m時(shí),采用隔離樁控制變形的方法對(duì)天然地基建筑物十分有效。因此,當(dāng)基坑開(kāi)挖深度較大時(shí),可通過(guò)施作隔離樁的方式對(duì)地層變形進(jìn)行有效控制,從而減小天然地基建筑物的位移。

3.3 樁間距對(duì)天然地基變形的影響

隔離樁的樁間距可以在一定程度上控制天然地基的變形,設(shè)置隔離樁間距分別為1 m、2 m、3 m、4 m、5 m,不同隔離樁間距與建筑物豎向位移之間的關(guān)系曲線如圖9所示。

圖9 不同隔離樁間距下建筑物豎向位移值Fig.9 Vertical displacements of building under different isolation pile spacing

由圖9可知,鄰近基坑建筑物豎向位移隨隔離樁間距的變化呈非線性變化關(guān)系。采用隔離樁控制措施后,當(dāng)隔離樁的間距增大時(shí),建筑物豎向位移隨之不斷增大。相較于未采用隔離樁控制措施,鄰近建筑物的豎向位移分別減小了14.99%、14.52%、13.21%、10.99%、10.41%,位移減小幅度隨樁間距的增大而減小。這主要是由于隔離樁樁間土體產(chǎn)生的土拱效應(yīng)逐漸減弱造成的。當(dāng)隔離樁間距為4 m時(shí),隔離樁間土體的土拱效應(yīng)已經(jīng)明顯減弱;當(dāng)樁間距進(jìn)一步加大時(shí),樁側(cè)土壓力進(jìn)一步降低;當(dāng)樁間距增大到一定值的時(shí)候,樁間土拱效應(yīng)完全消失。當(dāng)樁間距在1～3 m時(shí),控制天然地基的變形效果較為顯著,土拱效應(yīng)的產(chǎn)生也比較明顯;但是當(dāng)樁間距過(guò)小時(shí),雖然土拱效應(yīng)很明顯,由于此時(shí)隔離樁布置過(guò)于密集,基坑施工的工程量也相應(yīng)增大,進(jìn)而增加了施工成本,性?xún)r(jià)比不高。如何合理選擇隔離樁間距,既能較好地利用土拱效應(yīng),又能充分發(fā)揮隔離樁的隔離作用,是隔離樁設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,文中工程建議樁間距取為1.5 m。

3.4 隔離樁埋深對(duì)天然地基變形的影響

為研究隔離樁埋深對(duì)控制天然地基的變形效果,設(shè)置隔離樁樁頂埋深分別為0 m、1 m、2 m、3 m、4 m和5 m,埋入式隔離樁樁長(zhǎng)分別為常規(guī)隔離樁樁長(zhǎng)的100%、88.89%、77.78%、66.67%、55.56%、44.44%。隔離樁埋深與鄰近建筑物的豎向位移間關(guān)系曲線如圖10所示。

圖10 不同隔離樁埋深下建筑物豎向位移值Fig.10 Vertical displacements of building under different isolation pile burial depth

由圖10可知,隨著隔離樁埋深的不斷增大,鄰近建筑物豎向位移逐漸增大,布置埋入式隔離樁與布置常規(guī)隔離樁相比,建筑物豎向位移分別增加了2.74%、4.75%、4.99%、6.55%、10.83%。分析可知,當(dāng)隔離樁埋深在3 m以?xún)?nèi)(此時(shí)隔離樁樁長(zhǎng)為常規(guī)隔離樁的66.67%)時(shí),與常規(guī)隔離樁相比,布置埋入式隔離樁的建筑物豎向位移增幅較小,基本在5%以下;當(dāng)隔離樁埋深在4 m以上時(shí),建筑物豎向位移增幅較大。由此可見(jiàn),采用常規(guī)隔離樁時(shí),樁身在接近地表的部分對(duì)控制天然地基的變形影響不太顯著,因此在基坑支護(hù)體系中加入埋入式隔離樁,可以取得和采用常規(guī)隔離樁相近的效果。在實(shí)際工程中,可以在施工要求范圍內(nèi)采用埋入式隔離樁,減少樁身長(zhǎng)度,降低施工成本。

4 結(jié) 論

(1)基坑開(kāi)挖會(huì)使鄰近建筑物天然地基部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變形明顯超過(guò)報(bào)警值。隨著基坑開(kāi)挖深度的增加,建筑物基礎(chǔ)靠近基坑一側(cè)的地表豎向位移遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的地表豎向位移。

(2)當(dāng)基坑開(kāi)挖深度在4.5 m及以下時(shí),設(shè)置隔離樁對(duì)控制鄰近建筑物天然地基變形的效果有限?；娱_(kāi)挖深度越大,設(shè)置隔離樁控制天然地基地層變形的效果越顯著。

(3)樁間距取為1.5 m時(shí),既能較好地利用土拱效應(yīng),又能充分發(fā)揮隔離樁的隔離作用。建議在基坑工程支護(hù)體系中加入埋入式隔離樁,可以達(dá)到與施作常規(guī)隔離樁相近的效果,減少樁身長(zhǎng)度,降低施工成本。