基坑开挖对坑内桩基承载力影响综述

赵江山 张丽素

【摘 要】近年来，随着建筑高度的逐渐增高和建筑体型的逐步增大，基坑也向着深，大发展。这就使得基坑开挖产生的卸载对坑内桩基承载力的影响不容忽视。我国学者已经对这个课题有了相当数量的研究，并取得了很多成果。但相关的综述文章较少，故在此对前人的成果进行总结，评价，展望，以期对以后的研究者提供参考。

【关键词】桩基承载力；基坑开挖；土体回弹

一、概述

桩基承载力的确定无疑是保证建筑物安全的基本条件之一，因此足够精度的试桩试验是有必要的。较常用试桩方法主要有常规地面试桩，开挖深度内加套管试桩和坑底试桩三种。常规的地面试桩忽略了开挖后土体回弹和桩土摩擦的影响，与实际相差较大；而加套管试桩也仅仅扣除了开挖深度内的桩土摩擦，忽略了土体回弹和开挖面以下桩土摩擦减小的影响，结果略好于地面试桩，但与实际工况仍然相差较大；而坑底试桩受施工条件限制，往往不被允许。以往，由于基坑开挖深度较浅，土体开挖卸荷影响不明显，因此基坑开挖前的试桩方法基本可以满足工程要求。但是随着基坑深度加深，面积加大，如果不对传统试桩方法得到的承载力进行调整，就会严重高估桩基的承载力，造成严重的工程事故。基坑开挖对桩基承载力的影响可以归结为两方面。一方面，土体卸荷回弹使桩基产生拉力，同时使桩土之间有效应力减小。另一方面，在软土地区，基坑开挖还会引起软弱土侧向流动，从而引起桩的侧移和弯矩。因此有必要全面的探究基坑开挖对桩基承载力影响的机理并提出简洁实用的桩基承载力的计算或试验方法。

二、研究进展

（一）基于土体回弹影响承载力的研究

1994年，Iwasaki Y[1]等在名古屋一处地铁施工，测定桩基承载力时发现随着基坑的开挖，摩擦桩上部分的轴力逐渐增加，而下部分的的轴力逐渐减小。这与桩的轴力均应增加的预期不符，于是最先提出了基坑回弹对桩基内力影响的工程问题。

胡琦等[7]在以前的研究基础上，通过离心机试验，又考虑了基底土超固结对桩基承载力的影响。指出桩侧土处于超固结状态，静止土压力系数要大于正常固结的情况。因此，不考虑桩侧土超固结的设计方法偏于保守。

（二）基于软弱土侧向流动对承载力影响的研究

茜平一等[9]分析了深基坑开挖时软弱土的流动特性，探究了此种情况下桩基的变形特性，并结合工程实例介绍了桩身弯矩和挠曲的计算方法。最终得出结论，软弱土地区应采取更加有效的支护方案，以减少土体流动对桩产生的内力。另一方面，在软土地区，增加桩的嵌固深度不仅不能够有效地减小桩顶位移，还有可能造成桩身弯矩过大引起桩破坏。

杨位洸等[10]首先根据Poulos理论编制了电算程序，用来分析桩基在软土侧移的压力下产生的侧向位移和弯矩，进而与桩身刚度对比，判断桩身是否折断。在此基础上，未折断的曲桩在竖向荷载作用下进一步发生弯曲，编制出可以计算曲桩的承载力的程序。

三、研究存在的问题

通过以上学者的研究可以看出，对基坑开挖对坑内桩基承载力影响的因素还处于认识阶段，仅对土体卸荷回弹引起桩受拉和桩周土有效应力减小引起桩基承载力降低以及桩侧土流动增加桩身弯矩有较统一的认识。

目前的研究还存在很多不足。 （1）对基坑开挖深度，开挖面积对桩承载力的影响还没有简便实用的计算方法（2）对于土的粘聚力和土体固结度等因素的考虑与否也还没有统一的观点。（3）以上的研究仅仅是基于单桩承载力的研究，没有考虑群桩情况，即使在土体侧向流动情况下考虑群桩效应时也仅仅给出了显而易见的结论，对实际应用的指导意义不大，因此跟实际工程还有很大差距。（4）基坑降水也是一项重要的影响因素，目前研究涉及较少。（5）土体的侧向流动和土体开挖卸荷基本是同时发生的，两者不能完全分开，而目前研究将两者分开是不科学的。

四、对以后研究的展望

根据研究中存在的问题，可以从试验和理论两方面对以后的研究进行展望。（1）试验应重视有限元分析，室内试验和现场试验的结合。通过试验反演有限元计算中需要的参数。同时使用先进的更符合实际工况的试验技术，例如离心机试验。（2）理论研究应考虑的更加全面，例如考虑土性参数，桩间距，土体固结度，基坑降水等重要因素。但同时要忽略次要因素，以得出符合工程要求精度又不失简便的承载力算法，例如可以求出每种影响因素对桩基承载力的影响，换算成折减系数。（3）群桩效应在一些情况下是不能忽略的，因此需要探究桩径，桩间距，桩长，土性等因素在满足什么条件下需要考虑群桩效应，以及如何考虑群桩效应下的桩基承载力。

参考文献：

[1] Iwasaki Y， Watanabe H， Fukuda M， et al. Construction control for underpinning piles and their behaviour during excavation[J]. Geotechnique. 1994， 44（4）： 193A.

[2] Huogen Zhu，Jiaping Sun（朱火根，孙加平）（上海地区深基坑开挖坑底土体回弹对工程桩的影响）（岩土工程界）. 2005（03）： 43-46.

[3] H. U. Qi，Ling Dao-Sheng，Chen Yun-Min，等（胡琦，凌道盛，陈云敏，等）. Study of loading characters of pile foundation due to unloading of deep foundation pit excavation（深基坑开挖对坑内基桩受力特性的影响分析）[J]. ROCK AND SOIL MECHANICS（岩土力学）. 2008， 29（7）： 1965-1970.

[4] Maosong Huang，Jianjun Li，Weidong Wang，等（黄茂松，郦建俊，王卫东，等）（开挖条件下抗拔桩的承载力损失比分析）（岩土工程学报）. 2008（09）： 1291-1297.

[5] Weidong Wang，Jiangbin Wu（王卫东，吴江斌）（深开挖条件下抗拔桩分析与设计方法）（建筑结构学报）. 2010（05）： 202-208.

[6] Jinjian Chen，Jianhua Wang，Wei Fan，等（陈锦剑，王建华，范巍，等）（抗拔桩在大面积深开挖过程中的受力特性分析）（岩土工程学报）. 2009.

[7] Qi Hu，Daosheng Ling，Linggang Kong，等（胡琦，凌道盛，孔令刚，等）（超深开挖对抗拔桩承载力影响的离心机试验研究）（岩土工程学报）. 2013（06）： 1076-1083.