锚索施工对临近既有建筑桩基竖向受荷性能的影响研究

任志勇

（湖南教建集团有限公司，湖南 长沙 410013）

引言

随着我国城市化迅速发展，临近建筑物基坑的修建不可避免的会对邻近的建筑物造成影响。万嘉成等[1]通过三维有限元法对基坑开挖对邻近既有桩的竖向受荷形状的影响进行了研究；杨敏等[2]利用三维弹塑性有限元法分析了基坑开挖所引起的土体变形与临近桩基的相互作用影响；冉启仁等[3]采用室内缩尺模型试验探究基坑开挖过程中邻近桩基的受力变形特点；李琳等[4]运用FLAC3D 建立三维模型，研究了多支撑基坑开挖对邻近桩基位移、剪力和弯矩的影响；郑刚等[5]采用三维有限元法进行模拟，分析了桩基和基坑间距、桩基刚度、桩顶竖向荷载和桩基顶部约束条件等对桩基附加弯矩、位移的影响。在砂卵石地层开展锚杆施工时，水易引起桩周土体的流失，形成孔洞，导致桩体的侧摩阻力发生变化，影响桩的工作性能，进而影响上部建筑结构的使用安全。

基于此，本文结合长沙某房屋建筑基坑工程施工过程中遇到的问题，研究砂卵石地层中孔洞对桩基竖向受荷性能的影响，并提出相应的施工改进措施，以期为类似工程提供借鉴。

1 工程背景

依托工程场地位于长沙市天心区石人村境内，场地地势高低不平，整体呈南高北低之势，场地原为居住区、农田、道路及坡地，居住区地势较高，低洼地段多为农田。场地南侧为五层预制管桩基础安置房，基坑主体支护形式选择排桩+锚索的联合支护形式。基坑南侧7.6 m 外有预制管桩基础安置房（五层）。因锚杆会下穿过该安置房的桩基，为保证建筑安全，本文针对孔洞大小、孔洞中心与桩中心的距离对紧邻房屋桩基竖向受荷性能的影响进行探讨。

2 三维数值模型

2.1 模型的建立及参数的选取

采用了三维有限元法对所依托的工程进行建模，见图1。该基坑工程开挖面积较大，各部位所处的环境

作者简介：任志勇（1986-），男，研究生，高级工程师，研究方向：建筑与市政工程施工技术。状况不同，各处的支护方式也不尽相同，且本文主要针对不同孔洞直径以及孔洞与桩的距离对桩基竖向受荷性能的影响进行研究，为了提高计算效率，将模型进行简化建模，模型包括土体，锚杆孔以及桩基三个部分。

模型大小取4 m×25 m，深度为40 m，桩基采用弹性模型，桩径0.3 m，桩长24 m，桩顶部荷载为589 kPa，土体采用以莫尔- 库伦屈服条件为破坏准则的理想弹塑性模型，土层计算参数取自工程勘察报告，见表1。

表1 土层计算参数

2.2 工况设定

为探究孔洞直径大小、孔洞与桩的距离对紧邻房屋桩基的影响，设置不同的工况进行模拟，工况一：孔洞与桩的距离为3.5 倍桩径（1.05 m），孔洞的深度为4 m，孔洞直径分别为0.5 倍桩径（0.15 m），1 倍桩径（0.3 m），2 倍桩径（0.6 m）；

工况二：孔洞直径为2 倍桩径，孔洞深度为13 m，孔洞与桩的距离分别为2 倍桩径（0.6 m）、3 倍桩径（0.9 m）、3.5 倍桩径（1.05 m）、4 倍桩径(1.2 m)。

每种工况按照表2 的4 个步骤进行计算。

表2 数值模拟计算步骤表

3 数值模拟结果分析

3.1 孔径的影响分析

图2 为不同孔洞直径条件下桩基侧摩阻力的分布曲线，由图可知，当孔洞的直径为0.5 倍桩径时（0.15 m），孔洞对桩侧摩阻力的影响不大，当孔洞的直径大于0.5 倍桩径时，随着孔径的增加，桩侧负摩阻力也增加，且当孔洞的直径为2 倍桩径时（0.6 m）桩侧负摩阻力最大值已达到开挖孔径为1 倍桩径时（0.3 m）的8 倍左右。

图3 为不同孔洞直径条件下桩侧总摩阻力的变化曲线，由图可知，随着孔洞直径的增加，桩侧总摩阻力下降，相较于孔洞直径为0.5 倍桩径时，孔洞直径为1 倍桩径时桩总侧摩阻力下降的不明显，而当开挖孔径为2 倍桩径时桩总侧摩阻力显著下降。

图4 为不同孔洞直径桩基顶部的位移变化曲线，由图可知，当桩顶荷载一定时，随着孔洞直径的增大，桩顶沉降量逐渐增大。由于锚杆施工形成的孔洞出现，桩基的摩阻力发生变化，且孔洞越大，桩的负摩阻力越大，桩的承载能力降低，在相同荷载作用下桩顶沉降增加，进而影响上部建筑结构的使用安全。

3.2 孔洞与桩的距离影响分析

图5 为孔洞与桩不同距离的桩侧摩阻力分布曲线，由图可知，随着孔洞与桩距离的增加，桩侧负摩阻力先增加后减小，当孔洞与桩距离小于3.5 倍桩径时（1.05 m），随着孔洞与桩距离的增加，桩侧负摩阻力增大，当孔洞与桩距离大于3.5 倍桩径时，随着孔洞与桩距离的增加，桩侧负摩阻力又开始减小。

图6 为孔洞与桩不同距离的桩侧总摩阻力变化曲线，由图可知，随着孔洞与桩距离的增大，桩侧总摩阻力先减小后增大，当孔洞与桩距离小于3.5 倍桩径时，随着孔洞与桩距离的增加，桩侧总摩阻力减小，当孔洞与桩距离大于3.5 倍桩径时，随着孔洞与桩距离的增加，桩侧总摩阻力开始增大。

图7 为孔洞与桩不同距离的桩顶沉降力变化曲线，由图可知，随着孔洞与桩距离的增加，桩顶沉降量先增加后减小，当孔洞与桩距离小于3.5 倍桩径时，随着孔洞与桩距离的增加，桩顶沉降量增加，当孔洞与桩距离大于3.5 倍桩径时，随着孔洞与桩距离的增加，桩顶沉降量开始减小。

综上可知，在其它条件不变时，孔洞与桩的距离对桩的竖向性能的影响存在一个峰值，即低于该值时，随着孔洞与桩的距离的增加，孔洞对桩的竖向受荷性能的影响逐渐增大；高于该值时，随着孔洞与桩的距离的增加，孔洞对桩的竖向受荷性能的影响逐渐减小。

4 结论与建议

（1） 随着锚杆孔径的增大，桩侧负摩阻力增大，桩的总摩阻力减小，桩顶沉降量增大。

（2） 随着孔洞与桩距离的增加，桩侧负摩阻力和桩顶沉降量均是先增大后减小，桩侧总摩阻力先减小后增大，并存在一个峰值距离，该距离下孔洞对桩竖向受荷性能的影响最大。

（3） 桩的受荷性能的降低会影响上部建筑的使用功能，为避免砂卵石地层中锚杆施工形成的孔洞对临近建筑的影响，建议在锚杆施工时采取控制沙土流失的措施，如采用跟管钻进工艺等改进施工方法避免孔洞的形成。