基于长短桩基坑围护结构受力探究

吴建红

上海唐源装潢有限公司 上海 201103

随着经济的大力发展，我国人民生活水平已经取得显著提升，但是相应而来的是城市人口的急剧增多。为充分满足居民住宅的需求，我国城市用地正在逐渐扩大，城市占地面积也在不断得向四周扩展延伸。因此我国建筑企业不断挖掘使用地下空间，隧道工程、地下建筑等项目正在逐步增加，随之而来的是基坑开挖的深度越来越高，深基坑工程项目即在大幅度增加。设计基坑围护时，会使用不同的基坑围护手段，因此使用不同的基坑围护方式会对施工场地周边环境造成不同的影响。如果基坑出现隆起情况，这会明显降低基坑的安全性，情况严重时更有可能导致出现基坑倒塌的现象，所以对围护结构的基坑抗隆起稳定性实现必要的研究就显得尤为重要。当前我国普遍使用长短桩的应对策略，使得我国基坑围护结构得以充分的优化。然而在实际使用围护长短桩时，因为其相关的规范要求不够健全，使得其使用当中存在明显的规范化空间。基于此些事实及理论，笔者将于下文对基坑围护桩的受力以及围护长短桩的受力做出分析，以供读者参考。

1 基坑围护桩的受力分析

1.1 基坑抗隆起基本理论

完成基坑开挖工作后，基坑底部如果出现向上隆起的情况则就将该种状况称为基坑隆起。通过相关的准确数据资料，造成基坑隆起的原因不外乎有五种，一是开挖坑内土体后，坑底的荷载会相应减小，最终而造成已经固结的土体向上回弹，而后土体就会变得松弛，这会促使基坑的隆起程度变得更加明显。二是因为基坑周围的土体会在自身重力的作用下而逐步向下压迫土体，使得土体继续朝坑内蠕动，导致挡墙的根部出现不可逆侧移或者塑流变形的情况，进而促使坑底土体继续往上隆起。三是挡墙会在受到侧水压力的作用下而出现内外土体与墙角发生塑性变形的情况，最终而导致基坑朝上隆起。四是基坑内部积水，相应得黏性土体会充分吸水，因而土的体积会变大，基坑此时即会出现隆起的现象[1]。五是因为黏性土体基底的压力要比水压力小，使得基坑底部的水体朝上涌出，致使地面朝上隆起。

1.2 基坑围护桩受力分析

英国学者朗肯对半无限弹性土体做出了科学的研究，即分析了其处于极限破坏平衡状态下的实际情况以及相关的土体应力状态。朗肯土压力理论假设内容是，挡土墙墙背光滑、直立，墙后的土体表面比较水平而且也没有向外延伸的表象，则可以认为半无限土体达到平衡状态时土作用在挡土墙上的压力即为其相应的应力状况[2]。

根据朗肯的主动土压力理论，可以依照如下条件开展受力分析工作。认为挡土墙的墙背光滑、直立，而其填土面是水平状态。墙背在受到填土压力的作用下而逐渐背离填土，促使墙后的土体逐渐达到主动极限平衡状态。针对墙后土体深处的的单元体，其竖向的应力σZ=γZ是最大主应力σ1，水平应力σX是最小主应力σ3，即应当详细计算其主动土压力Pa。

根据土体的极限平衡理论公式，其大小主应力应当充分满足以下关系式：

其中，γ——土的重度（kN/m3）；c，φ--土的黏聚力（kPa）及内摩擦角（°）；z--计算点处深度（m）；

2 长短桩基坑围护结构受力分析

2.1 长短桩模型建立

利用围护桩斜截面破坏平面简化模型知识，再考虑长短桩组合处于受力极限平衡状态下的实际情况，以此为基础而开展相应的围护桩受力分析工作。桩身处于受力极限平衡状态时，坑底往下桩体的被动侧会受到相应的作用力，这个作用力即为破坏面外土体针对整个破坏模型所产生的被动土压力。本文则对三维空间中一短一长组合长短桩的受力情况加以分析，即在短桩深度内，将其看作是等长桩布置，而在长桩的下端，由于没有短桩，所以长桩与长桩之间的间距会较大，桩土的作用根本无法实现有效发挥，致使桩的破坏形式转化为单桩斜截面扩散破坏模式[3]。

2.2 桩极限受力分析

所建的长短桩模型中，其各个参数代表的含义是，长桩的长设置为D2，短桩的长为D4，水平方向上的应力扩散角为β，桩之间的间距是DS，桩径为d，水平面与破坏面的夹角为θ，被动土压力的系数为KP，土的天然重度为γ。可以使用平面模型方法以实现对于短桩部分的计算工作，每一个断面受力都需要依照朗肯被动土的压力计算理论而有效获得。短桩底部任一断面所受到的被动土压力为γD4KPDS/d，因为桩径会产生相应的作用，所以桩所受到的总合力为γD4KPDS。

因为土体的破环面会依照相应的应力扩散角而向外发散，所以根本不能按照地连墙形式以完成对于长桩部分受力情况的计算工作。长桩受力破坏面与长桩会有相应的交点，而交点的位置则会明显影响桩体的受力情况，因此可以在极限平衡的状态下建立长桩受力模型。

因为受到应力扩散的作用，两侧长桩应力扩散区域与长桩应力扩散辐射区域会出现重叠，而重叠部分的土体外截面所提供的被动压力将会分摊于两长桩之上。在短桩长度相等的深度范围内，可以使用地连墙的方式来考虑长桩与短桩的受力情况。对于长于短桩部分的受力情况，则应当对应力扩散作用加以必要的考虑，并对破坏面外宽度范围内被动土压力的共同作用做出详细的分析。

3 结语

总而言之，有效分析长短桩基坑围护结构的受力状况对于应对深基坑工程基坑隆起现象具有重要的意义，为此，笔者已于上文对长短桩基坑围护结构的受力情况做出了详细的探讨，希望能对相关人员有所帮助，也相信未来我国长短桩基坑围护结构必将会建造得更为牢固。