摘要 随着我国高层建筑以及地下工程的迅速发展，人们越来越关注建筑基础安全问题。基坑工程开挖对周边环境和建筑安全有着决定性的影响。为了减少基坑开挖对桩基的影响。因此，本文探讨基坑开挖与邻近桩基和坑内桩基的相互作用，且结合笔者参与的无锡地铁1号线09标南禅寺站基坑开挖与结构制作专项施工方案，进一步分析说明在实际工程中基坑开挖桩基之间的相互作用。
关键词 基坑开挖；桩基；支护
基坑是指为了建造建筑物或者构筑物的基础或者地下室而在工程所在地挖开的地下空间。属于临时性工程，主要作用保证建筑物的基础施工按照设计的位置进行。随着我国高层建筑的大力发展，基坑工程设计越来越重要。基坑与邻近建筑物的相互作用决定在基坑设计时既要注意基坑开挖时由于变形导致邻近建筑物的变形，还要考虑邻近建筑物对基坑开挖施工的影响。
1 实例介绍
本文以无锡地铁1号线09标南禅寺站基坑开挖与结构制作专项施工方案为主，展开分析。
1.1 工程概况
无锡地铁1号线是无锡轨道交通线网中的南北走向的市区轨道交通线，正线北起自惠山新城的堰桥站，自北向南穿中心城区，至滨湖区的雪浪站。线路穿越了无锡市的惠山区、北塘区、崇安区、南长区、滨湖区等五个城区。正线全长29 419.519m，共设车站24座，其中高架站5座，地下站19座。南禅寺站为第11座车站，是1号线的中间车站，地下二层岛式站，该站前方衔接三阳广场站，后方到达永丰路站。南禅寺站位于中山路与解放环路交叉口下，沿中山路地下南北向布置，车站总长度为369.021m。如图1所示。
1.2 主体基坑形式
1.2.1 车站主体
本站基坑的基坑变形控制等级为一级。车站主体基坑标准段净宽21.4m，开挖深度约16m；北端头井净宽25.7m，开挖深度约17.9m；南端头井净宽26.97m，开挖深度约24m。采用800/1 000mm厚地下连续墙围护。
1.2.2 主体围护与支撑
本站周边建筑物和管线众多，基坑变形保护控制等级为一级。根据本站的工程地质、水文地质、周边情况、基坑安全等级，选用围护结构刚度较大、变形较小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响相对较小，工艺成熟，抗渗止水效果好的地下连续墙方案。采用800mm（或1 000mm）连续墙+内支撑的支护形式，基坑深度不超过18.0 m的范围采用800mm厚连续墙，基坑深度超过18.0 m的范围采用1 000mm 厚连续墙。连续墙与主体形成复合式结构，槽段接头采用焊接工字钢。
车站主体基坑支撑体系为：第一道为钢筋砼支撑，其余均为Φ609、t=16mm钢支撑。（其中盖挖段第一道支撑采用1 000×1400钢筋混凝土支撑，其余部分第一道支撑采用800×1 000钢筋混凝土支撑）
北端头井：设置五道支撑加一道换撑；
南端头井：设置六道支撑加一道换撑（有四道双拼）；
标准段：3轴-28轴设置四道支撑加一道换撑，28轴-41轴设置五道支撑加一道换撑（其中34轴-41轴有一道双拼）。
1.2.3 桩基工程
本工程采用桩径Φ900、Φ1 200的钻孔灌注桩，桩长分别为30.0m、33.00m。其中桩径Φ1 200的立柱桩，共45根；桩径Φ900的立柱桩，共13根，桩径Φ900的坑拔桩，共54根。
抗拔桩主要分为两种，一种采用Φ900钻孔灌注桩，设计桩长为30m，主要设置在立柱底并利用部分460×460格构柱桩基础；另一种采用Φ1 200钻孔灌注桩，设计桩长为33m，主要利用部分半盖挖段600×600格构柱桩基础。
1.2.4 基坑降水
为了方便基坑的开挖作业，并且保证基坑的安全开挖，我们需要疏干开挖范围内土层中的含水量。同时，也需要考虑降低车站基坑下部（6）3层及（7）2层承压含水层的水位。
2 理论联系实际――定量分析
本人根据自身参与过的以上工程实例进一步说明在实际项目中，基坑开挖形式的选择所需要的理论依据。只有清楚知道基坑开挖对桩基的具体影响，才能理论联系实际，从根本上解决问题。
2.1 基坑开挖
建筑工程中常用的基坑开挖方法根据工程条件一般有浅基坑开挖和深基坑开挖两种方式。在基坑开挖时一般遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，大致意思就是说在基坑开挖之前要先在基坑范围内做好支撑，并且一层一层地开挖，不能超过设计基坑深度。同时，基坑开挖时不仅要保护边坡的稳定，还要保持基坑干燥，并对地下水进行有效处理。基坑开挖的主要原则有：
1）基坑开挖遵循分块、分层、对称、平行、留土护壁开挖原则；2）施工流程展开以合理分段、分块坚持限时开挖与及时支撑支护且保证挖土工作的作业连续为原则，快速开挖、快速支撑、连续施工；3）通过网络计划的编制，使得砼支撑养护期基本不影响基坑开挖，保证挖土作业连续、顺畅进行，快速开挖，快速封底；4）基坑分层分块放坡开挖时，边坡坡度为1：1；5）停滞开挖时间较长时，留坡坡度1：2.5；6）缩短无支撑的暴露时间，基坑无支撑暴露时间不能超过10小时，并在最短时间内使基坑内支撑体系形成。
2.2 实际工程中常见的问题举例
1）问题1――基坑变形过大，影响周边环境
未按设计和规范要求超挖，支撑体系施工不及时，使围护结构变形超过规范要求，从而影响周边环境。另外当围护结构发生较大的变形时，地下墙之间的接头也容易发生错缝而形成渗漏水的渠道，危害基坑开挖的安全。
主要的预防措施有：根据周边环境特点，制订切实可行的挖土流程。挖土的流程和步骤严格按照设计和规范的要求实施，严禁超挖。
（1）本工程设计基坑支撑第一道为钢筋混凝土支撑，有利于基坑稳定；（2）基坑开挖阶段，建立完善、严密的施工监测体系，对基坑自身变形及周边地表和建筑物等重点监控点实施24小时全范围的施工监测，及时将监测数据反馈指导施工，真正做到信息化施工；（3）深基坑开挖前做好准备工作：包括专家评审方案；布置好测量网点；施工人员全员技术交底；配置施工机具、设备；检查井点降水效果；确定基坑开挖总体流程。
主要的应急措施有：当在开挖过程中监测出基坑变形量偏大时，根据不同情况分别采取支撑抽条施工、基底加设临时钢支撑、坑内进行双液注浆的被动土加固等必要措施。
2）问题2――基坑内桩基上浮
工程中桩基都是在基坑开挖之前施工完成的，虽然在施工前对桩基进行了静荷载试验，但是在基坑开挖过程中还是会出现问题。在基坑开挖之后，经常会出现基坑坑底弹性回弹造成桩身混凝土被拉断，造成一定程度的质量事故。
在基坑开挖之后，坑内的土体会由于应力变化出现松散，由于应力的回弹造成桩不受原来静摩擦力的约束而上移。同时由于原有桩下部受到土体的约束，产生向下的静摩擦力，总之就是因为桩的上部产生向上的拉力，而桩的下部产生向下的拉力，最后导致桩本身受到轴向拉力，破坏桩本身的性能。或者是间接性地影响桩周围侧摩阻力的发展方向。主要的预防措施有：在工程中先完成桩基础部分施工，再进行开挖土方的方法回避基坑坑底土体回弹等一些因素的影响。经过不断的实践总结得出一些深基坑开挖对土体回弹影响因素的关系，如：土体的压缩性和类别、基坑开挖深度、工程中基坑的设计平面形状以及桩本身的数量、密度和深度等。需要注意的是在一些场地比较狭小或者是基坑平面形状是长条形的工程中，对于基坑的开挖选择先桩基施工再开挖的顺序比较好。可见在基坑开挖过程中，不管是对于基坑内桩基还是邻近桩基，都会产生或多或少的影响，以下就基坑开挖和桩基的相互作用进行分析讨论。
基坑是指为了建造建筑物或者构筑物的基础或者地下室而在工程所在地挖开的地下空间。属于临时性工程，主要作用保证建筑物的基础施工按照设计的位置进行。随着我国高层建筑的大力发展，基坑工程设计越来越重要。基坑与邻近建筑物的相互作用决定在基坑设计时既要注意基坑开挖时由于变形导致邻近建筑物的变形，还要考虑邻近建筑物对基坑开挖施工的影响。
1 实例介绍
本文以无锡地铁1号线09标南禅寺站基坑开挖与结构制作专项施工方案为主，展开分析。
1.1 工程概况
无锡地铁1号线是无锡轨道交通线网中的南北走向的市区轨道交通线，正线北起自惠山新城的堰桥站，自北向南穿中心城区，至滨湖区的雪浪站。线路穿越了无锡市的惠山区、北塘区、崇安区、南长区、滨湖区等五个城区。正线全长29 419.519m，共设车站24座，其中高架站5座，地下站19座。南禅寺站为第11座车站，是1号线的中间车站，地下二层岛式站，该站前方衔接三阳广场站，后方到达永丰路站。南禅寺站位于中山路与解放环路交叉口下，沿中山路地下南北向布置，车站总长度为369.021m。如图1所示。
1.2 主体基坑形式
1.2.1 车站主体
本站基坑的基坑变形控制等级为一级。车站主体基坑标准段净宽21.4m，开挖深度约16m；北端头井净宽25.7m，开挖深度约17.9m；南端头井净宽26.97m，开挖深度约24m。采用800/1 000mm厚地下连续墙围护。
1.2.2 主体围护与支撑
本站周边建筑物和管线众多，基坑变形保护控制等级为一级。根据本站的工程地质、水文地质、周边情况、基坑安全等级，选用围护结构刚度较大、变形较小，基坑施工对邻近建筑与地下管线影响相对较小，工艺成熟，抗渗止水效果好的地下连续墙方案。采用800mm（或1 000mm）连续墙+内支撑的支护形式，基坑深度不超过18.0 m的范围采用800mm厚连续墙，基坑深度超过18.0 m的范围采用1 000mm 厚连续墙。连续墙与主体形成复合式结构，槽段接头采用焊接工字钢。
车站主体基坑支撑体系为：第一道为钢筋砼支撑，其余均为Φ609、t=16mm钢支撑。（其中盖挖段第一道支撑采用1 000×1400钢筋混凝土支撑，其余部分第一道支撑采用800×1 000钢筋混凝土支撑）
北端头井：设置五道支撑加一道换撑；
南端头井：设置六道支撑加一道换撑（有四道双拼）；
标准段：3轴-28轴设置四道支撑加一道换撑，28轴-41轴设置五道支撑加一道换撑（其中34轴-41轴有一道双拼）。
1.2.3 桩基工程
本工程采用桩径Φ900、Φ1 200的钻孔灌注桩，桩长分别为30.0m、33.00m。其中桩径Φ1 200的立柱桩，共45根；桩径Φ900的立柱桩，共13根，桩径Φ900的坑拔桩，共54根。
抗拔桩主要分为两种，一种采用Φ900钻孔灌注桩，设计桩长为30m，主要设置在立柱底并利用部分460×460格构柱桩基础；另一种采用Φ1 200钻孔灌注桩，设计桩长为33m，主要利用部分半盖挖段600×600格构柱桩基础。
1.2.4 基坑降水
为了方便基坑的开挖作业，并且保证基坑的安全开挖，我们需要疏干开挖范围内土层中的含水量。同时，也需要考虑降低车站基坑下部（6）3层及（7）2层承压含水层的水位。
2 理论联系实际――定量分析
本人根据自身参与过的以上工程实例进一步说明在实际项目中，基坑开挖形式的选择所需要的理论依据。只有清楚知道基坑开挖对桩基的具体影响，才能理论联系实际，从根本上解决问题。
2.1 基坑开挖
建筑工程中常用的基坑开挖方法根据工程条件一般有浅基坑开挖和深基坑开挖两种方式。在基坑开挖时一般遵循“开槽支撑，先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则，大致意思就是说在基坑开挖之前要先在基坑范围内做好支撑，并且一层一层地开挖，不能超过设计基坑深度。同时，基坑开挖时不仅要保护边坡的稳定，还要保持基坑干燥，并对地下水进行有效处理。基坑开挖的主要原则有：
1）基坑开挖遵循分块、分层、对称、平行、留土护壁开挖原则；2）施工流程展开以合理分段、分块坚持限时开挖与及时支撑支护且保证挖土工作的作业连续为原则，快速开挖、快速支撑、连续施工；3）通过网络计划的编制，使得砼支撑养护期基本不影响基坑开挖，保证挖土作业连续、顺畅进行，快速开挖，快速封底；4）基坑分层分块放坡开挖时，边坡坡度为1：1；5）停滞开挖时间较长时，留坡坡度1：2.5；6）缩短无支撑的暴露时间，基坑无支撑暴露时间不能超过10小时，并在最短时间内使基坑内支撑体系形成。
2.2 实际工程中常见的问题举例
1）问题1――基坑变形过大，影响周边环境
未按设计和规范要求超挖，支撑体系施工不及时，使围护结构变形超过规范要求，从而影响周边环境。另外当围护结构发生较大的变形时，地下墙之间的接头也容易发生错缝而形成渗漏水的渠道，危害基坑开挖的安全。
主要的预防措施有：根据周边环境特点，制订切实可行的挖土流程。挖土的流程和步骤严格按照设计和规范的要求实施，严禁超挖。
（1）本工程设计基坑支撑第一道为钢筋混凝土支撑，有利于基坑稳定；（2）基坑开挖阶段，建立完善、严密的施工监测体系，对基坑自身变形及周边地表和建筑物等重点监控点实施24小时全范围的施工监测，及时将监测数据反馈指导施工，真正做到信息化施工；（3）深基坑开挖前做好准备工作：包括专家评审方案；布置好测量网点；施工人员全员技术交底；配置施工机具、设备；检查井点降水效果；确定基坑开挖总体流程。
主要的应急措施有：当在开挖过程中监测出基坑变形量偏大时，根据不同情况分别采取支撑抽条施工、基底加设临时钢支撑、坑内进行双液注浆的被动土加固等必要措施。
2）问题2――基坑内桩基上浮
工程中桩基都是在基坑开挖之前施工完成的，虽然在施工前对桩基进行了静荷载试验，但是在基坑开挖过程中还是会出现问题。在基坑开挖之后，经常会出现基坑坑底弹性回弹造成桩身混凝土被拉断，造成一定程度的质量事故。
在基坑开挖之后，坑内的土体会由于应力变化出现松散，由于应力的回弹造成桩不受原来静摩擦力的约束而上移。同时由于原有桩下部受到土体的约束，产生向下的静摩擦力，总之就是因为桩的上部产生向上的拉力，而桩的下部产生向下的拉力，最后导致桩本身受到轴向拉力，破坏桩本身的性能。或者是间接性地影响桩周围侧摩阻力的发展方向。主要的预防措施有：在工程中先完成桩基础部分施工，再进行开挖土方的方法回避基坑坑底土体回弹等一些因素的影响。经过不断的实践总结得出一些深基坑开挖对土体回弹影响因素的关系，如：土体的压缩性和类别、基坑开挖深度、工程中基坑的设计平面形状以及桩本身的数量、密度和深度等。需要注意的是在一些场地比较狭小或者是基坑平面形状是长条形的工程中，对于基坑的开挖选择先桩基施工再开挖的顺序比较好。可见在基坑开挖过程中，不管是对于基坑内桩基还是邻近桩基，都会产生或多或少的影响，以下就基坑开挖和桩基的相互作用进行分析讨论。
3 基坑开挖对桩基相互作用一般性分析
随着城市建筑不断向高发展的趋势，对于基础的要求也随之增加，基坑为了保证基础施工的空间条件，也向着大、深的方向发展。但是在基坑开挖过程中，不可避免地会出现土体位移情况，对于基坑本身和邻近的建筑物会产生或多或少的影响。基坑开挖与桩基的相互作用总得来说是基坑、土体与桩基三个体系的相互作用。
首先，土体的下沉会引起周围建筑桩基与土体之间的负摩擦力，使得桩基下沉；且邻近建筑物桩基的桩身在一定范围内受到侧向压力，桩身轴线偏离原始位置，最终导致邻近建筑物桩基不均匀下沉破坏基础结构，影响建筑安全性能和使用寿命。即基坑开挖引起基坑围护结构变形和坑底隆起。
其次，土体由于受到侧向压力的作用而产生一定的附加弯矩和应力，当压力达到一定程度时就会破坏桩基本身，影响桩基所支撑的建筑稳定性。影响基坑开挖对邻近桩基作用的因素有很多如：基坑自身的开挖深度、基坑边缘与桩基的距离、桩基本身的刚度、支护墙的刚度、桩头约束条件和基坑空间效应等。针对这些因素，具体进行控制量讨论，得出它们的相互关系。
基坑开挖深度与邻近桩基所产生的附加侧移和弯矩成正比，桩身最大弯矩随着桩基开挖深度的增加而增加且向下发展，并与开挖深度保持一定的关系。一般情况下，当基坑支护墙刚度不相同的时候，基坑开挖对邻近桩基产生的影响也不相同，当支护墙刚度比较大的时候，对于邻近桩基的影响反之减小。邻近桩基由于基坑开挖产生的附加侧移、弯矩与桩基和基坑边缘之间的距离成反比，但是当基坑的开挖深度小于或者等于桩基与基坑边缘距离时，邻近建筑桩基基本不受影响。并且桩基本身的刚度和基坑开挖对其产生的影响也有关系，桩基本身刚度越大的话，相互作用产生的影响就越小，当邻近桩基桩头不能转动的时候，桩头部位比较危险，会产生较大的弯矩值。对于基坑开挖的空间效应来说，位于基坑长边附近的桩基在相互作用时产生的弯矩较大，反而基坑脚部的桩基基本上不会受到过大的影响，在实际工程施工中，完全可以忽略。
通过以上曲线图（图2）可以看出立柱桩基与相邻地墙在基坑开挖过程中的对应关系，自7月12日基坑开挖之后，立柱桩基与相邻地墙随着开挖深度的增加开始逐渐上抬，立柱桩基隆起的量值要大于相邻地墙的隆起量值，两侧地墙隆起量基本保持一致。7月12日至8月23日，基坑开挖第二层土，立柱隆起变形及相邻地墙隆起变形的量值较小，基坑内土体锚固作用依然明显；8月23日至10月25日，基坑开挖第三层土以后，立柱桩基隆起变形及相邻地墙隆起变形的量值明显开始增大，表明基坑内土体卸载之后立柱桩基存在较大的上抬压力。为此，在挖土结束之后，加快了结构底板的施工速度，于11月29日浇筑了此区域的结构底板。11月29日之后，立柱桩基隆起开始出现收敛趋势，立柱桩基隆起量开始出现明显回落，最后与相邻地墙的隆起量逐渐趋同。
4 结论
总之，根据以上实例的分析以及理论的研究，充分了解基坑、桩基以及土层之间的影响机制，针对不同的具体工程，进行周密详细的施工设计，才能保证在实际施工中，既满足基础所需基坑的条件又减小由于基坑开挖造成对桩基、土层的影响。
参考文献
[1]郑刚，颜志雄，雷华阳，雷阳.基坑开挖对邻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(5).
[2]陈福全，汪金卫，刘毓氚.基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析[J].岩土力学，2008(7).
[3]杜金龙，杨敏.基坑开挖与邻近桩基相互作用的弹塑性解[J].岩土工程学报，2008(8).
[4]陈颖文.某软土基坑开挖对邻近建筑物影响的有限元分析.土木基础，2009(8).
[5]朱晓宇，黄茂松，张陈荣.基坑开挖对邻近桩基基础影响分析的DCFEM法[J].岩土工程学报，2010(7).
[6]王伟，刘晓彬，栾虔超.深基坑开挖过程中两桩相互作用研究[J].山西建筑，2011(3).
随着城市建筑不断向高发展的趋势，对于基础的要求也随之增加，基坑为了保证基础施工的空间条件，也向着大、深的方向发展。但是在基坑开挖过程中，不可避免地会出现土体位移情况，对于基坑本身和邻近的建筑物会产生或多或少的影响。基坑开挖与桩基的相互作用总得来说是基坑、土体与桩基三个体系的相互作用。
首先，土体的下沉会引起周围建筑桩基与土体之间的负摩擦力，使得桩基下沉；且邻近建筑物桩基的桩身在一定范围内受到侧向压力，桩身轴线偏离原始位置，最终导致邻近建筑物桩基不均匀下沉破坏基础结构，影响建筑安全性能和使用寿命。即基坑开挖引起基坑围护结构变形和坑底隆起。
其次，土体由于受到侧向压力的作用而产生一定的附加弯矩和应力，当压力达到一定程度时就会破坏桩基本身，影响桩基所支撑的建筑稳定性。影响基坑开挖对邻近桩基作用的因素有很多如：基坑自身的开挖深度、基坑边缘与桩基的距离、桩基本身的刚度、支护墙的刚度、桩头约束条件和基坑空间效应等。针对这些因素，具体进行控制量讨论，得出它们的相互关系。
基坑开挖深度与邻近桩基所产生的附加侧移和弯矩成正比，桩身最大弯矩随着桩基开挖深度的增加而增加且向下发展，并与开挖深度保持一定的关系。一般情况下，当基坑支护墙刚度不相同的时候，基坑开挖对邻近桩基产生的影响也不相同，当支护墙刚度比较大的时候，对于邻近桩基的影响反之减小。邻近桩基由于基坑开挖产生的附加侧移、弯矩与桩基和基坑边缘之间的距离成反比，但是当基坑的开挖深度小于或者等于桩基与基坑边缘距离时，邻近建筑桩基基本不受影响。并且桩基本身的刚度和基坑开挖对其产生的影响也有关系，桩基本身刚度越大的话，相互作用产生的影响就越小，当邻近桩基桩头不能转动的时候，桩头部位比较危险，会产生较大的弯矩值。对于基坑开挖的空间效应来说，位于基坑长边附近的桩基在相互作用时产生的弯矩较大，反而基坑脚部的桩基基本上不会受到过大的影响，在实际工程施工中，完全可以忽略。
通过以上曲线图（图2）可以看出立柱桩基与相邻地墙在基坑开挖过程中的对应关系，自7月12日基坑开挖之后，立柱桩基与相邻地墙随着开挖深度的增加开始逐渐上抬，立柱桩基隆起的量值要大于相邻地墙的隆起量值，两侧地墙隆起量基本保持一致。7月12日至8月23日，基坑开挖第二层土，立柱隆起变形及相邻地墙隆起变形的量值较小，基坑内土体锚固作用依然明显；8月23日至10月25日，基坑开挖第三层土以后，立柱桩基隆起变形及相邻地墙隆起变形的量值明显开始增大，表明基坑内土体卸载之后立柱桩基存在较大的上抬压力。为此，在挖土结束之后，加快了结构底板的施工速度，于11月29日浇筑了此区域的结构底板。11月29日之后，立柱桩基隆起开始出现收敛趋势，立柱桩基隆起量开始出现明显回落，最后与相邻地墙的隆起量逐渐趋同。
4 结论
总之，根据以上实例的分析以及理论的研究，充分了解基坑、桩基以及土层之间的影响机制，针对不同的具体工程，进行周密详细的施工设计，才能保证在实际施工中，既满足基础所需基坑的条件又减小由于基坑开挖造成对桩基、土层的影响。
参考文献
[1]郑刚，颜志雄，雷华阳，雷阳.基坑开挖对邻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(5).
[2]陈福全，汪金卫，刘毓氚.基坑开挖时邻近桩基性状的数值分析[J].岩土力学，2008(7).
[3]杜金龙，杨敏.基坑开挖与邻近桩基相互作用的弹塑性解[J].岩土工程学报，2008(8).
[4]陈颖文.某软土基坑开挖对邻近建筑物影响的有限元分析.土木基础，2009(8).
[5]朱晓宇，黄茂松，张陈荣.基坑开挖对邻近桩基基础影响分析的DCFEM法[J].岩土工程学报，2010(7).
[6]王伟，刘晓彬，栾虔超.深基坑开挖过程中两桩相互作用研究[J].山西建筑，2011(3).