基坑開(kāi)挖對(duì)坑內(nèi)工程樁影響的實(shí)測(cè)及有限元分析

鄭 剛 ，張立明，王 琦，劉慶晨

(1. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072；2. 濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(天津大學(xué))，天津 300072)

城市中進(jìn)行深基坑開(kāi)挖、基坑降水及開(kāi)挖卸荷會(huì)對(duì)臨近建筑物樁基以及坑內(nèi)工程樁產(chǎn)生不良影響，很多學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖導(dǎo)致臨近建筑物樁基礎(chǔ)的影響做過(guò)研究，得出了很多有意義的結(jié)論[1-3]．

然而基坑降水及開(kāi)挖對(duì)坑內(nèi)工程樁的影響也不可忽視，由于開(kāi)挖導(dǎo)致工程樁樁身出現(xiàn)拉力甚至導(dǎo)致工程樁被拉斷的情況國(guó)內(nèi)外均有學(xué)者報(bào)道．

文獻(xiàn)[4]報(bào)道了名古屋地鐵的一個(gè)既有隧道及 3層地下商場(chǎng)下修建新的地鐵隧道，首先把擬建隧道上方的既有隧道和商場(chǎng)采用樁進(jìn)行托換，然后在其下直接開(kāi)挖新建隧道．托換范圍內(nèi)地基土開(kāi)挖后，地下結(jié)構(gòu)荷載逐漸轉(zhuǎn)移至托換樁，但隨著開(kāi)挖深度的增加(最大開(kāi)挖深度 22.75,m)，在樁身下部出現(xiàn)了很大的拉應(yīng)力，且該拉應(yīng)力隨開(kāi)挖深度的增加而增加．該文獻(xiàn)作者分析其原因?yàn)闃渡硐虏恳蛲粱貜棇?duì)樁身上部產(chǎn)生上拔作用而使樁身受拉．

文獻(xiàn)[5]報(bào)道了上海某工程基坑開(kāi)挖 13,m，工程樁有效樁長(zhǎng) 37,m，鋼筋籠長(zhǎng) 13,m，基坑開(kāi)挖完畢后發(fā)現(xiàn) 30%工程樁在鋼筋籠底處斷裂．文獻(xiàn)[6]報(bào)道了廈門(mén)市某工程也出現(xiàn)了由于基坑開(kāi)挖導(dǎo)致大量工程樁被拉斷的事故．

文獻(xiàn)[7]采用軸對(duì)稱(chēng)有限元模型，對(duì)常規(guī)試樁法、套管試樁法和坑底試樁 3種不同試樁方法進(jìn)行了模擬．與常規(guī)試樁法和套管試樁法中的基坑底以下相同樁長(zhǎng)的樁相比，超深開(kāi)挖產(chǎn)生的影響效應(yīng)使樁的極限承載力降低，豎向剛度減小，相同荷載下沉降加大，且其沉降中樁整體刺入所占的比例顯著大于其他兩者．

文獻(xiàn)[8]研究了不同開(kāi)挖深度對(duì)坑內(nèi)工程樁的影響，得出了基坑開(kāi)挖對(duì)樁周側(cè)摩阻力的分布、基樁剛度與承載力的影響，并認(rèn)為采用覆土條件下的基樁承載力與剛度值是偏于不安全的．

本文結(jié)合天津站后廣場(chǎng)一標(biāo)段逆作法基坑工程實(shí)測(cè)，采用有限元方法對(duì)其進(jìn)行分析，得到與實(shí)測(cè)擬合較好的結(jié)果．在此基礎(chǔ)上對(duì)逆作法基坑開(kāi)挖過(guò)程中坑內(nèi)工程樁因深開(kāi)挖產(chǎn)生的內(nèi)力與變形進(jìn)行了分析.

1 工程概況及監(jiān)測(cè)結(jié)果

1.1 場(chǎng)地概況

天津站交通樞紐工程是集普速鐵路改造、京津城際鐵路、津秦客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)、地鐵 2號(hào)、3號(hào)、9號(hào)線(xiàn)和公交中心及城市地下通道為一體的大型綜合型項(xiàng)目，第1標(biāo)段為該工程后廣場(chǎng)區(qū)域中心標(biāo)段．

該場(chǎng)地埋深 58.3,m范圍內(nèi)，分布土層主要為粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂．地下水埋藏較淺，主要由大氣降水補(bǔ)給，勘測(cè)期間地下水埋深0.5～2.9,m．

1.2 基坑工程概況

第 1標(biāo)段長(zhǎng)約 264,m，寬約 73～105,m，占地面積約 23,500,m2，為地下 3層結(jié)構(gòu)，總建筑面積約70,000,m2．

第1標(biāo)段結(jié)構(gòu)地下1層至地下3層層高分別為7,m、6.5,m和6.7,m，結(jié)構(gòu)頂板上覆土1.5,m．地連墻厚1,200,mm，北側(cè)深 43.6,m，南側(cè)(城際站房一側(cè))深48.6,m；結(jié)構(gòu)頂板、中板和底板厚度分別為1,000,mm、600,mm和1,800,mm．

結(jié)構(gòu)采用單樁單柱的形式，結(jié)構(gòu)柱為φ1,000,mm(壁厚為 20～22,mm)鋼管柱，柱內(nèi)灌 C50微膨脹混凝土，縱向柱距為 9,m．工程樁分為 A、B、C 3種樁型，A 型樁直徑 2,200,mm，樁長(zhǎng) 55,m；B型樁直徑2,000,mm，樁長(zhǎng) 50,m；C 型樁直徑 1,500,mm，樁長(zhǎng)35,m(樁長(zhǎng)均從梁底算起)，各類(lèi)型樁的樁側(cè)及樁端均進(jìn)行后注漿．

1.3 施工步驟

第1標(biāo)段采用蓋挖逆作法施工，首先進(jìn)行地連墻和結(jié)構(gòu)柱施工，然后進(jìn)行頂板底標(biāo)高以上覆土開(kāi)挖，接下來(lái)進(jìn)行頂板澆筑，頂板完成后進(jìn)行負(fù)一層開(kāi)挖，開(kāi)挖完畢后進(jìn)行中板澆筑，負(fù)2層和負(fù)3層與負(fù)1層采用相同方式進(jìn)行施工．

工程中采用φ400,mm 無(wú)砂混凝土管井進(jìn)行降水，施工過(guò)程中根據(jù)各層開(kāi)挖情況分 3段進(jìn)行降水，保證地下水位在開(kāi)挖面以下1～2,m．

1.4 施工監(jiān)測(cè)

第1標(biāo)段33軸、34軸各 7根鋼管柱，每根柱各布置一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，鋼管柱豎向位移通過(guò)靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量．第1標(biāo)段平面圖及監(jiān)測(cè)布點(diǎn)情況如圖1所示．

圖1 第1標(biāo)段結(jié)構(gòu)柱沉降監(jiān)測(cè)示意Fig.1 Settlement monitor layout of columns in section one

1.5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖2為33軸和34軸各結(jié)構(gòu)柱豎向位移隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，由圖中可以觀(guān)察到隨著施工的進(jìn)行，大多數(shù)測(cè)點(diǎn)整體呈上升趨勢(shì)，但有個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)下沉現(xiàn)象．各結(jié)構(gòu)柱測(cè)點(diǎn)豎向位移均呈往復(fù)式隆起，截至負(fù)3層底板澆筑完畢最大柱頂隆起值已達(dá)到33,mm；北側(cè)邊墻兩測(cè)點(diǎn)豎向位移均在零點(diǎn)附近波動(dòng)，且幅度較小，均不超過(guò)5,mm．

由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)在基坑負(fù) 1層開(kāi)挖進(jìn)行到一定程度時(shí)才開(kāi)始布設(shè)，有部分隆起未被監(jiān)測(cè)到，另外基坑降水和上部覆土回填導(dǎo)致中間柱沉降抵消了土體卸荷引起的隆起．基坑負(fù) 1層開(kāi)挖期間，各結(jié)構(gòu)柱隆起量很小，甚至部分柱出現(xiàn)一定量的沉降．

圖2 結(jié)構(gòu)柱隆起值隨時(shí)間變化曲線(xiàn)Fig.2 Curves of column heave vs time

負(fù)2層基坑開(kāi)挖期間，由于土體開(kāi)挖的卸荷作用，結(jié)構(gòu)柱隆起量有明顯的增加．隨著層板施做的逐漸完成，結(jié)構(gòu)整體性不斷增強(qiáng)，有效地約束結(jié)構(gòu)柱隆起．層板澆筑到一定程度后結(jié)構(gòu)柱隆起不再增加，伴隨著負(fù)3層開(kāi)挖前的降水，還出現(xiàn)了一定程度的下沉．

負(fù)3層開(kāi)挖過(guò)程中，結(jié)構(gòu)柱出現(xiàn)了較大程度的隆起，并且由于負(fù) 3層底板施做時(shí)間較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)柱一直呈隆起趨勢(shì)．在負(fù) 3層施工后期，各結(jié)構(gòu)柱還有一定程度的隆起，但隆起速率不大，這可能與該段時(shí)間負(fù)3層堆積土方出土、盆邊土開(kāi)挖、混凝土支撐破除以及第2標(biāo)段開(kāi)挖等施工因素有關(guān)．

33軸、34軸北側(cè)邊墻在整個(gè)施工過(guò)程中位移在零點(diǎn)附近呈波浪式變化，且變化幅度很小，不超過(guò)5,mm；南側(cè)邊墻 33軸測(cè)點(diǎn)破壞，僅34軸測(cè)得數(shù)據(jù)，南側(cè)邊墻豎向位移變化趨勢(shì)與結(jié)構(gòu)柱類(lèi)似，但隆起幅度要小于結(jié)構(gòu)柱，最大隆起值約為10,mm．第1標(biāo)段南側(cè)為城際站房一側(cè)，北側(cè)為第 4標(biāo)段，當(dāng)時(shí)并未開(kāi)工，但北側(cè)有較大面積的堆土，相當(dāng)于很大的荷載壓住北側(cè)，故北側(cè)邊墻隆起值小于南側(cè)．

圖3為33軸、34軸在不同施工階段的豎向位移曲線(xiàn)，由圖中可以觀(guān)察到下列情況．

(1) 坑內(nèi)各結(jié)構(gòu)柱均呈隆起狀態(tài)，各結(jié)構(gòu)柱隆起均呈現(xiàn)出中間大、兩邊小的現(xiàn)象，表現(xiàn)出了基坑坑底隆起分布及結(jié)構(gòu)變形的空間效應(yīng)．而基坑北邊墻大部分施工階段內(nèi)均呈下沉狀態(tài)，僅在負(fù)1層開(kāi)挖后有小幅度隆起．

(2) 每步基坑開(kāi)挖后結(jié)構(gòu)柱均產(chǎn)生很大的隆起，至負(fù)3層開(kāi)挖完畢時(shí)，33軸最大隆起值33.0,mm，34軸最大隆起32.4,mm．

從以上實(shí)測(cè)結(jié)果可看出，基坑降水及層板澆筑在總體上會(huì)導(dǎo)致坑底土體及結(jié)構(gòu)柱的隆起回落，但由于相鄰部分的降水、土方開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施做各施工步交叉進(jìn)行，很難區(qū)分特定位置受特定施工內(nèi)容的影響．因此，有必要開(kāi)展數(shù)值分析，研究分層降水、分層開(kāi)挖及分層施做地下結(jié)構(gòu)過(guò)程中樁、鋼管柱、地下連續(xù)墻的豎向變形規(guī)律，以及基坑隆起對(duì)樁可能引起的附加內(nèi)力．

圖3 不同施工階段各結(jié)構(gòu)柱隆起曲線(xiàn)Fig.3 Heave of columns at different construction stages

2 有限元模型

本文采用大型通用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行建模和計(jì)算分析．

2.1 土體

有限元模型中土體采用修正的劍橋模型，單元類(lèi)型為 8節(jié)點(diǎn)三維孔壓?jiǎn)卧邢拊Ｐ椭型馏w采用有效應(yīng)力法基于總孔壓進(jìn)行分析，以土體有效重度加孔壓的方式進(jìn)行初始地應(yīng)力平衡．

土層分布及參數(shù)如表1所示，各層土的修正劍橋模型參數(shù)均通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到．現(xiàn)場(chǎng)取土最大深度為地面下 58.3,m 處，該層為表 1中土層 11．由于58.3,m以下土沒(méi)有取土樣，在數(shù)值計(jì)算時(shí)，地面58.3,m以下土體均按第11層參數(shù)計(jì)算．素填土層未進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，其參數(shù)選用土層2的參數(shù)．

2.2 工程樁、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與土界面

工程樁、結(jié)構(gòu)層板和地連墻混凝土標(biāo)號(hào)為 C30，在有限元模型中采用彈性模型模擬，彈性模量為3.0×104,MPa；結(jié)構(gòu)柱為鋼管內(nèi)灌C50微膨脹混凝土，也將其簡(jiǎn)化為彈性模型，彈性模量取 3.0×104,MPa．樁和墻的單元類(lèi)型為 8節(jié)點(diǎn)三維減縮積分單元．

表1 土層分布及物理力學(xué)參數(shù)Tab.1 Mechanical parameters of soil layers and soil distribution

地下結(jié)構(gòu)與土之間的接觸通過(guò)接觸對(duì)實(shí)現(xiàn)．采用庫(kù)侖摩擦模型描述接觸面之間的相互作用，為了使摩擦接觸分析容易收斂，對(duì)結(jié)構(gòu)與土接觸對(duì)采用了綜合摩擦系數(shù)，根據(jù)天津地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及多次試算最終確定結(jié)構(gòu)柱(鋼管)與土接觸面間的綜合摩擦系數(shù)為 0.2，灌注樁、地連墻與土間綜合摩擦系數(shù)為0.35．

工程中樁側(cè)進(jìn)行了后注漿，根據(jù)試樁實(shí)測(cè)，極限側(cè)摩阻力值為 160,kPa，故計(jì)算中設(shè)置庫(kù)倫摩擦極限摩阻力值為 160,kPa．根據(jù)工程樁基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)鋼套管的靜拔出力結(jié)合經(jīng)驗(yàn)分析，鋼管混凝土柱與土之間庫(kù)倫摩擦極限摩阻力值取80,kPa．

2.3 計(jì)算工況

根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)及施工情況，在有限元模型中考慮基坑降水、開(kāi)挖和澆筑層板等過(guò)程．為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，各次開(kāi)挖不考慮分層、分段開(kāi)挖，一次性將土體挖除．基坑降水通過(guò)在開(kāi)挖面以下 1,m的平面上將孔壓設(shè)置為零來(lái)模擬．

具體計(jì)算中各施工工況順序及計(jì)算時(shí)間見(jiàn)表2．由于實(shí)際施工中情況較復(fù)雜，基坑降水、開(kāi)挖及加板過(guò)程有很大交叉，表中計(jì)算時(shí)間為根據(jù)實(shí)際各施工段時(shí)間及工程量對(duì)整體時(shí)間進(jìn)行分配而得．

表2 計(jì)算工況及時(shí)間Tab.2 Calculation conditions and time

2.4 有限元網(wǎng)格及模型尺寸

為減小計(jì)算量，取第 1標(biāo)段 33軸進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)圖 1中虛線(xiàn)范圍．地下結(jié)構(gòu)縱向柱距為 9,m，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，取其一半4.5,m進(jìn)行計(jì)算．

土體網(wǎng)格劃分采用過(guò)渡方式，靠近基坑部分網(wǎng)格尺寸較小而遠(yuǎn)離基坑部分網(wǎng)格尺寸較大，土體模型共劃分 35,618個(gè)單元，地連墻以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)共劃分8,862個(gè)單元．

土體有限元模型尺寸及網(wǎng)格如圖 4(a)所示，土體中預(yù)留地連墻開(kāi)槽與樁孔；地下結(jié)構(gòu)有限元模型尺寸及網(wǎng)格如圖4(b)所示，為便于分析，對(duì)結(jié)構(gòu)柱下的工程樁進(jìn)行編號(hào)，由北向南依次為①～⑧號(hào)．

圖4 有限元模型及網(wǎng)格Fig.4 Finite element model and mesh

3 有限元計(jì)算結(jié)果及與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

3.1 結(jié)構(gòu)柱隆起與實(shí)測(cè)對(duì)比

圖 5(a)為 33軸處有限元計(jì)算各結(jié)構(gòu)柱及邊墻豎向位移曲線(xiàn)．有限元計(jì)算結(jié)果表明，基坑開(kāi)挖導(dǎo)致結(jié)構(gòu)柱隆起，至負(fù) 3層開(kāi)挖結(jié)束，最大柱頂隆起值超過(guò) 45,mm；層板澆筑導(dǎo)致結(jié)構(gòu)柱下沉，每次澆筑層板引起 3～10,mm 的沉降；降水可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)柱下沉，但是下沉量較小，沉降值不超過(guò)2,mm．

圖5 33軸柱頂隆起有限元計(jì)算值及與實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.5 Calculated and monitored heaves of columns in axis 33

由于實(shí)際工程監(jiān)測(cè)是從負(fù) 1層已經(jīng)部分開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始，將各層開(kāi)挖隆起計(jì)算值扣除有限元計(jì)算中負(fù) 1層開(kāi)挖 50,d后柱頂隆起值，與實(shí)測(cè)柱頂隆起值對(duì)比見(jiàn)圖5(b)．

由圖5(b)可見(jiàn)，負(fù)1層與負(fù)2層開(kāi)挖后有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值擬合較好，負(fù)3層開(kāi)挖有限元計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值，可能由于有限元計(jì)算中開(kāi)挖與澆筑底板分開(kāi)進(jìn)行，且底板厚度大，荷載也較大，實(shí)際施工中二者交叉進(jìn)行，導(dǎo)致計(jì)算值大于實(shí)測(cè)值，而負(fù) 1層與負(fù)2層中板厚度較小，受施工交叉的影響也較?。?/p>

實(shí)際施工中挖土順序、坑外堆土、車(chē)輛荷載、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境變化、測(cè)量?jī)x器精度及人為因素等影響也會(huì)造成計(jì)算值與實(shí)測(cè)值有些差別．但兩者在總體趨勢(shì)及數(shù)值上比較接近，豎向位移分布及變化趨勢(shì)也較為一致，二者均呈現(xiàn)出中間柱隆起值大、邊柱隆起值小的分布規(guī)律，說(shuō)明有限元計(jì)算時(shí)所取的土體參數(shù)基本上能夠反映工程實(shí)際情況．

3.2 樁身側(cè)阻分布

33軸共 8根樁，選擇其中 4根有代表性的進(jìn)行分析：①號(hào)樁和⑧號(hào)樁分別位于北側(cè)和南側(cè)邊墻附近，分別為B型和A型樁；④號(hào)樁位于基坑中部，為A型樁；⑥號(hào)樁為C型樁，位于距坑邊大概1/4基坑寬度位置．

圖6為不同位置處工程樁側(cè)摩阻力分布曲線(xiàn)，圖中以樁身側(cè)阻向上為正，由圖中可以觀(guān)察到下列現(xiàn)象.

(1) 第 1步降水后大部分工程樁樁身上部側(cè)阻為負(fù)值，下部側(cè)阻為正值，但側(cè)阻絕對(duì)值均較?。湓蚴怯捎诮邓畬?dǎo)致土體固結(jié)沉降，上部土體相對(duì)于樁向下移動(dòng)，而樁隨之向下移動(dòng)，樁身下部樁相對(duì)于土向下移動(dòng)，故出現(xiàn)上部為負(fù)、下部為正的側(cè)阻分布．除第 1步降水外，其他施工過(guò)程中側(cè)阻均呈現(xiàn)出上部為正，下部為負(fù)的分布形式，中性點(diǎn)大概位于樁身中間1/3范圍內(nèi)．基坑開(kāi)挖后樁身側(cè)阻整體有較大幅度的增大，加板及再次降水后側(cè)阻略有增大，后續(xù)施工步驟中，側(cè)阻也呈現(xiàn)出類(lèi)似的變化規(guī)律，僅在負(fù)3層降水及開(kāi)挖導(dǎo)致側(cè)阻上部減小，中部增大．

基坑降水導(dǎo)致土體產(chǎn)生小幅沉降，帶動(dòng)上部結(jié)構(gòu)柱向下移動(dòng)，樁側(cè)阻值有所增長(zhǎng)，但基坑開(kāi)挖至負(fù)3層后土體卸荷作用直接影響到工程樁，導(dǎo)致其上部側(cè)阻有所減小，而中下部由于樁土相對(duì)位移增大而增大．

(2) ①號(hào)樁和⑧號(hào)樁側(cè)阻分布形式較為相近，基本上呈上部大下部小的形式，至一定深度變?yōu)樨?fù)值；④號(hào)樁和⑥號(hào)樁分布形式較相近，施工前期呈上部大下部小的形式，后期呈先隨深度增大，至樁頂下 15,m左右達(dá)到最大值，后隨著深度增加逐漸減小，至樁端附近轉(zhuǎn)為負(fù)值．

圖6 不同位置處工程樁側(cè)摩阻力分布曲線(xiàn)Fig.6 Pile shaft friction of different piles at different positions

① 號(hào)樁和⑧號(hào)樁距離地下連續(xù)墻較近，即使開(kāi)挖至負(fù) 3層，樁周土中仍存在較大的水平應(yīng)力，加之越靠近坑底樁土相對(duì)位移也越大，導(dǎo)致側(cè)阻基本上呈上部大下部小的形式；④號(hào)樁和⑥號(hào)樁位于基坑中部，受到地連墻的擠壓作用相對(duì)較小，當(dāng)基坑開(kāi)挖到一定深度，樁頂附近樁周土的水平壓力減小，其側(cè)阻呈最大值位于樁頂下一定深度的現(xiàn)象．

(3) 各位置處工程樁中性點(diǎn)隨著基坑的開(kāi)挖在逐漸向下移動(dòng)，至底板澆筑完畢，各位置處工程樁僅在樁端以上大概5～15,m的范圍存在負(fù)摩阻力．

3.3 樁頂軸力及樁身最大拉力

圖7為不同施工步工程樁樁頂軸力分布，圖中軸力以正值為壓力，負(fù)值為拉力，工程樁由左至右依次為①～⑧號(hào)樁．從圖中可以觀(guān)察到下列現(xiàn)象．

(1) 各施工步中，僅在覆土開(kāi)挖后全部工程樁樁頂軸力為拉力，以及負(fù)1層開(kāi)挖后①號(hào)樁出現(xiàn)很小拉力，其他各步樁頂均受壓，且軸力值基本隨著施工的進(jìn)行逐漸增大．

(2) 負(fù)1層開(kāi)挖后各樁樁頂軸力有所減小，其原因是由于開(kāi)挖面距樁頂距離較大，土體回彈對(duì)上部結(jié)構(gòu)柱上拔作用較大，導(dǎo)致位于一定深度下的樁頂軸力減??；施做負(fù)1層中板至第4步降水，各樁樁頂軸力均在增長(zhǎng)；負(fù) 3層開(kāi)挖后位于中部的樁頂軸力減小，邊部樁頂軸力增大，說(shuō)明負(fù)3層開(kāi)挖導(dǎo)致了樁頂軸力重分布，上部荷載更多地傳給基坑邊部的工程樁；施做底板后，底板荷載大部分傳給樁，導(dǎo)致各樁樁頂軸力均大幅增加．

(3) 施做頂板前，各樁樁頂軸力分布比較均勻，而覆土回填后各樁樁頂軸力呈中間靠左(北邊墻)部分大，基坑兩邊部分小的分布形式．各施工步中各樁樁頂軸力呈現(xiàn)出③號(hào)樁最大，并向兩側(cè)遞減的現(xiàn)象．但⑥號(hào)樁在各施工步中樁頂軸力均較?。?/p>

筆者分析其原因?yàn)闃俄斴S力分布與其在基坑中所處位置以及各樁樁長(zhǎng)和樁徑有關(guān)．③號(hào)樁位于基坑北側(cè)，由于北邊墻深度較南邊墻小，坑底隆起較南側(cè)大，且③號(hào)樁為 A 型樁，樁長(zhǎng)和樁徑均較大，導(dǎo)致其樁頂軸力也較大；而⑥號(hào)樁位于基坑南側(cè)，該處坑底隆起較小，且⑥號(hào)樁為 C型樁，樁長(zhǎng)和樁徑均較小，其樁頂軸力在各步中相對(duì)其他樁也較?。?/p>

圖7 不同施工步工程樁樁頂軸力分布Fig.7 Axial force on the top of different piles in different construction steps

圖8為各施工步中樁身最大拉力圖，圖中工程樁由左至右依次為①～⑧號(hào)樁，從圖中可以觀(guān)察到下列現(xiàn)象．

(1) 覆土開(kāi)挖以及負(fù) 1層開(kāi)挖后各施工步樁身才出現(xiàn)拉力，之前其他施工步并未出現(xiàn)拉力，且施工后期各位置處工程樁均出現(xiàn)了較大的拉力．基坑開(kāi)挖導(dǎo)致樁身拉力增大，基坑降水及加板導(dǎo)致樁身拉力有所減小．

(2) ③號(hào)樁、④號(hào)樁和⑤號(hào)樁樁身出現(xiàn)的最大拉力值均較大，最大值超過(guò) 4,100,kN；而其他樁最大拉力值均較小，最大值未超過(guò) 2,700,kN．⑥號(hào)樁樁身拉力最小，最大值僅 554,kN，這與其樁身長(zhǎng)度相對(duì)其他樁小得多是一致的．

筆者分析其原因與樁頂軸力分布類(lèi)似，同時(shí)受到所處位置和樁長(zhǎng)等因素的影響．③號(hào)樁、④號(hào)樁和⑤號(hào)樁較靠近基坑北邊，且樁長(zhǎng)樁徑均較大，受到隆起作用影響較大，導(dǎo)致樁身拉力也較大．而⑥號(hào)樁位于基坑南邊，且樁長(zhǎng)樁徑均較小，大部分樁身位于回彈區(qū)內(nèi)，其樁身最大拉力較?。?/p>

(3) 底板澆筑完成后，仍有較多數(shù)量的工程樁受到較大的拉力，這些工程樁主要位于基坑中部，而基坑邊部的工程樁大都已不再受拉．

圖8 不同施工步工程樁最大拉力分布Fig.8 Maximum tensile force of different piles in different construction steps

3.4 結(jié)構(gòu)豎向位移

圖9為負(fù)2層開(kāi)挖結(jié)束后結(jié)構(gòu)豎向位移云圖．圖中可以觀(guān)察到，結(jié)構(gòu)柱豎向位移呈明顯的中間大、邊部小的分布形式，且對(duì)于單獨(dú)的樁和柱來(lái)講，最大隆起值發(fā)生在開(kāi)挖面附近．

圖9 負(fù)2層開(kāi)挖結(jié)束后結(jié)構(gòu)豎向位移云圖Fig.9 Contour of vertical displacement after the excavation of the second level slab

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)天津站交通樞紐工程地下?lián)Q乘中心第 1標(biāo)段蓋挖逆作法基坑工程施工過(guò)程的的鋼管柱及地下連續(xù)墻的豎向位移監(jiān)測(cè)以及進(jìn)行的數(shù)值模擬，得出如下結(jié)論．

(1) 蓋挖逆作的深基坑工程實(shí)測(cè)表明，深開(kāi)挖產(chǎn)生的坑底土隆起可引起顯著的結(jié)構(gòu)柱隆起，且結(jié)構(gòu)柱隆起沿基坑寬度方向呈基坑中部柱隆起值大、邊部小的分布形式．?dāng)?shù)值分析進(jìn)一步表明，基坑降水及結(jié)構(gòu)樓板施工可導(dǎo)致坑內(nèi)結(jié)構(gòu)柱下沉，降水分層、分段開(kāi)挖、分層施工結(jié)構(gòu)樓板可引起結(jié)構(gòu)柱的往復(fù)上升和下沉．

(2) 基坑開(kāi)挖期間在樁身上部產(chǎn)生向上的側(cè)摩阻力，下部則相應(yīng)產(chǎn)生向下的側(cè)摩阻力．基坑中不同位置處的工程樁側(cè)阻呈現(xiàn)出不同的分布形式．隨著施工的進(jìn)行，各工程樁中性點(diǎn)基本上呈現(xiàn)出逐漸向下移動(dòng)的趨勢(shì)．

(3) 結(jié)構(gòu)柱的上升是由于結(jié)構(gòu)柱下樁受到坑底以下土體隆起對(duì)樁產(chǎn)生的上拔作用引起，工程樁中由此可引起較大的拉應(yīng)力．工程樁受到的拉力大小與其所處基坑中位置、樁長(zhǎng)及施工進(jìn)度有關(guān)，越靠近基坑中心，工程樁受到的拉力越大；其他條件相同時(shí)，樁越長(zhǎng)，樁身中產(chǎn)生的拉力越大；基坑開(kāi)挖深度越大，樁身拉力越大．

(4) 軟土地區(qū)一般是先打樁、后開(kāi)挖基坑，當(dāng)基坑開(kāi)挖深度很大、樁長(zhǎng)也較大時(shí)，基坑坑內(nèi)工程樁的樁身配筋長(zhǎng)度、配筋量、裂縫控制均要考慮樁身可能產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力．

［1］ 鄭 剛，顏志雄，雷華陽(yáng)，等. 基坑開(kāi)挖對(duì)臨近樁基影響的實(shí)測(cè)及有限元數(shù)值模擬分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)，2007，29(5)：638-643.Zheng Gang，Yan Zhixiong，Lei Huayang，et al. Field observation and finite element numerical simulation analysis of effect on adjacent piles due to excavation[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2007，29(5)：638-643(in Chinese).

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