徐枵强
辽宁科技学院 ,辽宁 本溪 117004
[摘要]：采用三维数值模拟的方法，分析了桩周土钻孔对单桩承载力及沉降的影响。结果表明：桩侧土钻孔对桩顶沉降影响较小；桩侧摩阻力由于开孔导致的侧向约束减弱而减小；桩端阻力增大但小于持力层承载力极限；在4倍桩径范围以外钻孔对沉降及承载力影响较小。
[关键词]：桥梁工程；钻孔灌注桩；数值模拟；变形
引言
桩基础可分为端承桩和摩擦桩两大类。单桩承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力，其承载力的发挥与桩周土体有直接关系。随着经济飞速发展，城市空间不断被压缩，大量的工程项目需要建设在其他高层建筑或高架桥附近，存在既有建筑桩基础周边土钻孔的情况。桩周土体的开挖会导致地基土变形，从而对临近建筑物产生较大影响，严重甚至引起建筑物的倾斜、开裂，以致于无法正常工作,国内外岩土工作者开展了很多有意义的研究，郑刚[1] 采用三维有限元法进行了计算并与实测进行了对比，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。王翠等[2]采用有限差分法分析了基坑对临近桥桩的影响。本文利用有限元软件，模拟在单桩附近钻孔时，基桩的沉降及承载力的变化。
1模型建立
为了便于分析钻孔对桩基沉降及受力的影响，将桩周土简化为两层，既粉质黏土和泥质砂岩，围绕单桩对称布孔，假设开孔后不回填。在此情况下，分析单桩在承载上部荷载情况下，桩周开孔与不开孔时对桩的沉降、轴力、侧摩阻力等的影响。
模型的几何参数为，桩长38m，桩径d=1.2m；桩周土水平方向取20m，竖直方向取57m，粉质黏土层厚36.5m。钻孔间距4.8m（4d），深度贯穿模型。模型如图1所示。上部荷载取1427kpa。
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2结果分析
建立模型后，分别进行桩周土体开完前后的计算，提取开孔前后的桩的位移、轴力等分析结果，整理如图2~图4所示，分别反应了开孔前后桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力的变化情况。
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图2 桩周开孔后桩顶、桩端的位移变化
从图2可以看出，桩周开孔后，桩顶和桩端位移都增大，桩顶位移增大为4.364mm，桩端位移增大为0.17mm，可以看出桩周开孔对桩的沉降影响不大。
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图3 开孔前后桩身轴力随深度的变化情况
从图3可以看出，桩身轴力随深度的增加而减小，开孔后桩身轴力随深度减小的幅度较未开孔差，再桩端附近桩身轴力较未开孔增大29.5%，数值为1096kpa小于该土层极限承载力标准值1237.6kpa，满足承载要求。
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图4 开孔前后桩侧摩阻力随深度的变化情况
从图4 可以看出，桩侧摩阻力随深度的增加而减小，且在同一深度处开孔后的侧摩阻力小于未开孔的侧摩阻力。开孔前，侧摩阻力在桩顶及桩端一定范围处存在极值，开孔后桩顶侧摩阻极值消失，说明开孔后，桩侧上部土体对桩的约束作用减小。
3结论
通过有限元软件模拟桩周土体钻孔对既有建筑桩基的影响，可知：
（1）桩侧开孔对桩顶沉降影响较小；桩侧摩阻力由于开孔导致的侧向约束减弱而减小；桩端阻力增大但小于持力层承载力极限值。
（2）该模型模拟开孔后未回填，且摩擦相关参数定义较小，实际工程通常为群桩基础，且钻孔后会及时回填，桩土摩擦特性也优于模拟的情况。因此结合结论（1）可以判断，在4倍桩径范围以外钻孔对沉降及承载力影响较小。
参考文献：
[1]郑刚,颜志雄,雷华阳,雷扬.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(05):638-643.
[2]王翠,闫澍旺,张启斌.深基坑开挖对邻近桥桩的影响机制及控制措施研究[J].岩石力学与工程学报,2010,29(S1):2994-3000.