摘要：随着城市化进程的加快，城市建设用地日益紧张。在地上空间日益饱和的情况下，地下空间的开发得到大力推广，由此而产生了大量的深基坑工程。基坑开挖引起的周围土体的位移会使邻近桩基础产生附加的变形和弯矩，若开挖变形过大，就会导致桩基础的破坏，从而使地上建筑物遭到毁坏。本文正是以此为背景，分析基坑开挖对邻近桩基的影响。从本质上说，这是受土体侧向位移的被动桩问题。本文回顾了国内外被动桩的研究成果，在此基础上分析基坑开挖对邻近桩基的影响，以期对今后的基坑工程有实际的指导借鉴意义。

关键词：基坑；桩基础；被动桩

目前各类用途的地下空间已在世界各大城市得到普遍的开发利用，城市基坑工程规模日益扩大，在既有建筑物附近开挖的基坑工程也越来越普遍。基坑开挖会引起周围土层及邻近桩基的应力发生变化，改变原来受力动态平衡的桩-土-建（构）筑物体系，危及上部建（构）筑物的安全，甚至引发工程事故。因此，基坑开挖对邻近桩基影响的研究分析至关重要。

1被动桩的研究

1.1桩功能的演变

作为一种古老的基础形式，桩基础在应用方面有着悠久的历史。在我国古代就有不少应用桩基础的建筑物，如西安的坝塔，上海龙华塔，南京的石头城，北京的御河桥等。至19世纪后期，钢筋、水泥和钢筋混凝土相继问世，传统的木桩逐渐被钢筋混凝土桩或钢桩代替。最初工程一般用打入式预制桩，最后发展为灌注桩。随着机械设备的不断改进及桩基技术的发展，至今产生了很多新的桩基形式，丰富拓展了桩基的应用。

桩基础的类型[1]，随着桩的构造形式、材料及施工技术的发展而种类繁多，可以按照不同的方法分类。按照桩的受力性质，可以分为端承桩和摩擦桩。主要靠桩端在坚硬岩层和土层为支撑的桩成为端承桩，而靠桩身与周围土体的摩擦为支撑的桩称为摩擦桩。按桩的制作方法，可以分为预制桩和灌注桩。按桩的功能分有受压桩、护坡桩、抗拔桩等。

1.2    被动桩的定义

根据桩基与周围土体的相互作用类型，将桩基分为两类。第一类桩基直接承受外荷载并主动向土中传递压力，成为“主动桩”；第二类桩基不直接承受外荷载，只是桩周土体在自重或外荷载作用下发生变形或移动而受到影响，称为“被动桩”。对于主动桩来说，桩上荷载是因，周围土体的变形和位移是果。但是对于被动桩，土体的位移和变形是引起桩上附加荷载的原因。在被动桩中，土体变形和位移所引起的桩身附加弯矩和位移等力学特性并不是一定的，它受到桩的形状、数量和布置等一系列因数的影响。显然，被动桩的问题比主动桩更复杂。

1.3    被动桩的研究现状

运用有限元和边界元耦合方法研究黏土层中由于地基开挖引起土体侧向位移对邻近桩基的影响，分析了各种影响因素并且编制了设计图表，它在缺乏详细的现场资料时有很好的参考价值。利用离心模型试验研究了砂中悬壁式排桩支护基坑开挖对邻近单桩的影响，随后他们用试验成果对深基坑开挖邻近群桩的性状进行分析。杨敏[2]等人采用三维弹塑性有限元模拟了悬壁式排桩支护基坑与邻近桩基的相互作用。而后，郑刚[3]等采用弹塑性有限元法并结合具体工程监测数据分析了桩基和基坑间距、桩基刚度、桩顶竖向荷载类型及约束条件对桩基内力变形的影响。

2    被动桩问题的主要分析方法

一般来说，被动桩的主要研究方法分为四类：

2.1经验方法：

在工地现场试验或室内模型试验得到的试验数据的基础上，整理分析数据而得到的关于桩侧土压力和桩身弯矩的经验公式。heyman和boersma（l961）、debeer（l972）、marche和lacroix（1972）、oteo（1977）和stewart都曾使用过这种方法。但该方法属于经验性质的范畴，有些理论假设对于实际工程不一定合理，因此在实际应用中有一定的局限性。

2.2基于土压力的分析方法

土压力的分析方法是在理论或假设的土压力分布形式上，来计算桩身最大弯矩的方法。国内外很多学者都在这方面有过努力并多次改进了计算分析方法。

2.3位移法

这种方法是直接根据土体的位移来计算桩身弯矩和位移的方法，这种方法有不同的形式，其中poulos弹性理论法和非线性传递p-y曲线法最为常用。

2.4    数值分析法

随着计算机的的飞速发展，可以借助大型通用有限元软件来模拟土的本构、模型的边界条件以及桩的形状、尺寸及布置情况，由于考虑了土体的非线性及复杂的边界条件等因素，数值分析方法得到越来越普遍的适用。

3    基坑开挖对邻近桩基的影响

3.1    基坑开挖与邻近桩基的相互作用

在深基坑工程开挖时，所做的维护设计是按照基坑开挖深度的主动土压力为依据，既是在具体工程的维护设计时并没有考虑邻近桩基对基坑开挖的有利影响。实际上，在基坑开挖的过程中，不但基坑对邻近桩基有不利影响，而且邻近桩基的存在有利于基坑的开挖。与没有邻近桩基的基坑开挖工程相比，有邻近桩基的基坑工程的围护结构所受到的土压力要小些，即邻近的桩基会承担一部分侧向土压力，从而有利于基坑的继续开挖。

3.2    基坑开挖对邻近桩基的影响分析

3.2.1    基坑开挖深度的影响分析

基坑的开挖相当于卸除荷载，很显然，基坑开挖的深度所卸除的荷载对周围土体的影响不同。

据研究表明，在既有建筑物周围进行的开挖深度较小时（一般是3米以内），基坑的开挖对邻近桩基的安全一般不会构成威胁。随开挖深度的增加，邻近桩产生的水平位移和弯矩都会增加。当桩底的约束较小时，最大位移总是出现在桩头处。当邻近桩的布置形式为双排桩时，前后排桩的位移差距不大，但前排桩的弯矩明显大于后排桩。最大弯矩基本上与开挖面在同一水平面上[4]。

3.2.2    基坑维护结构的影响分析

当基坑的围护结构为支护桩时，支护桩的刚度越大，邻近桩的弯矩和位移越小。但当支护桩刚度很小时，邻近桩的位移很大，变化幅度很大。

当基坑的围护结构为围护墙时，对于受土体位移作用的被动桩来说，围护墙能够大度减少土体的侧向位移，从而减小桩基础因土体水平位移而产生的位移和弯矩[5]。

3.2.3    邻近桩基距基坑开挖面距离的影响分析

很明显，邻近桩桩身位移和弯矩随着距开挖面距离的增大而减小，位移和弯矩都迅速减小。若其距离大于基坑开挖影响土体范围外时，则邻近基坑不受影响。

3.2.4    邻近桩桩顶承台的影响分析

承台对单双排桩的影响表现并不相同。单排桩有承台时桩身的位移和弯矩都比没有承台时小；双排桩有无承台时的位移变化和单排桩基本相同，但双排桩有承台时桩头会出现较大的弯矩，这是双排桩和承台相互作用的表现。既是，前排桩会有把后排桩往前拉的趋势，后排桩亦是如此。

3.2.5    邻近桩桩长的影响分析

邻近桩长的大小对桩本身的位移和弯矩有很大影响。当桩长小于基坑深度时，最大弯矩出现在桩的中间处，桩的水平位移随桩的增长而减小。当桩长大于基坑深度时，桩的水平位移随桩的增长会出现先增大后减小的特征，而最大弯矩出现的位置与基坑深度基本保持一致。

4结语

根据被动桩的理论、试验研究以及大量的实际基坑工程可知，被动桩问题的重要性在基坑工程中占据着不可忽视的地位。基坑的开挖会引起周围土层及邻近桩基产生附加的应以和变形，从而危及上部建（构）筑物的安全，甚至引发工程事故。因此，基坑开挖对邻近桩基影响的研究分析至关重要。因此，针对不同的具体工程，应该进行周密详细的施工设计，才能保证在实际施工中，既能满足基础所需基坑的条件又可以减小由于基坑开挖造成的对桩基、土层的影响。

参考文献：

[1]顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊，汪时敏.地基与基础[m].北京：中国建筑工业出版社，2003.

[2]陈福全，杨敏.地面堆载作用下邻近桩基性状的数值分析[j].岩土工程学报，2005，27（11）：1286-1290.

[3]郑刚，颜志雄，雷华阳，等.基坑开挖对临近桩基影响的实测及有限元数值模拟分析[j].岩土工程学报，2007，29（5）：638-3.

[4]陈福全，汪金卫，刘毓氚等.基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析[j].岩土力学，2008，29（7）：1971-1976.doi：10.3969/j.issn.1000-7598.2008.07.044.

[5]梁发云，于峰，李镜培，等.土体水平位移对邻近既有桩基承载性状影响分析[j].岩土力学，2010，31（2）：449-454.下载本文