基坑工程之“坑中坑”工程探析

項文江

摘要： 經濟在發(fā)展，社會在進步，促進了基礎建設項目的增多，而基坑工程是建筑工程的基礎。基坑工程具有很強的區(qū)域性、個別性。基坑工程是系統(tǒng)工程，不僅涉及諸如穩(wěn)定、變形及滲流等方面的巖土工程基本問題，而且涉及結構選型、結構極限設計及結構穩(wěn)定性等方面的結構工程問題。本文就基坑工程坑中坑的相關問題展開討論，包括水壓力、土壓力、施工超載、承壓水、工程樁等等基坑支護影響營生分析，給出了放坡、重力式擋墻、復合土釘墻等坑中坑的支護方法，分析了坑中坑的安全穩(wěn)定性，探討了其變形分布及其規(guī)律，希望對相關參與者與研究人員帶來一定幫助。

Abstract： The development of economy and society has promoted the increase of infrastructure projects， and foundation pit engineering is the foundation of construction engineering. Foundation pit engineering has strong regional and individual features. The foundation pit engineering is systematic which not only involves the basic problems of geotechnical engineering such as stability， deformation and seepage， but also involves structural engineering problems such as structural selection， structural limit design and structural stability. This paper discusses the related problems of pit in pit， including the influence of foundation pressure， such as water pressure， earth pressure， construction overload， confined water， engineering pile， etc.， and gives the support methods of grading， gravity retaining wall， and composite soil nailing wall， analyzes the safety and stability of pit in pit， discusses its deformation distribution and its regularity， hoping to bring some help to the relevant participants and the researchers.

關鍵詞： 基坑工程；坑中坑；穩(wěn)定

Key words： foundation pit engineering；pit in pit；stability

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0101-03

0 引言

經濟在發(fā)展，社會在進步，促進了基礎建設項目的增多，而基坑工程師建筑工程的基礎。所以基坑工程的重要性不言而喻，我國自1999年開始陸陸續(xù)續(xù)出臺了一些列的規(guī)程、標準，規(guī)范了建筑市場，發(fā)揮了中要的作用。具體有《建筑基坑支護技術規(guī)程》（JGJ120-99）[1]，《基坑工程手冊》[2]《基坑工程設計施工手冊》[3]等。在進行基坑的設計時，應依據不同工程的各自特點，采取不同的工程設計形式，以實現(xiàn)設計的經濟性、科學性和合理性。現(xiàn)階段對基坑支擋工程設計形式的研究還比較少，所以急需對支擋工程設計形式進行研究。本文就基坑工程坑中坑的相關問題展開討論，包括水壓力、土壓力、施工超載、承壓水、工程樁等等基坑支護影響營生分析，給出了放坡、重力式擋墻、復合土釘墻等坑中坑的支護方法，分析了坑中坑的安全穩(wěn)定性，探討了其變形分布及其規(guī)律，希望對相關參與者與研究人員帶來一定幫助。

1 坑中坑支護設計考慮因素

1.1 水壓力

在軟土地區(qū)，基坑開挖之前就要進行降水處理，并且在開挖過程要連續(xù)不斷的進行，水位應該在開挖面的1米以下位置，所以在進行內里計算時，應該講側方位的水壓力計算入內。

1.2 土壓力

圖1為基坑開挖前后土中側向土壓力分布情況的示意圖。大基坑開挖前，土的靜止側壓力系數為Kon，側向土壓力分布曲線為OA，基坑開挖后實際的側向土壓力分布曲線變?yōu)锽A'，圖中陰影部分表示卸載引起的負值應力分布圖。受到卸荷的作用，坑底以下的土體處于超固結狀態(tài)，此時的靜止土壓力系數增大為Ko。可根據超固結比OCR將Ko表示為Ko=KonOCR。

1.3 施工超載

開挖坑中坑之前，基本已經形成了區(qū)域底板墊層，并且可能局部區(qū)域基礎底板的澆筑工作也已經完成；并且在坑中坑挖土施工的同時，坑外會有挖土及運土設備運作。

1.4 承壓水

在進行坑中坑支護設計時，需驗算坑底抗承壓水突涌穩(wěn)定，若驗算結果不合格，應采取有效的加固措施。

1.5 工程樁

坑中坑周邊通常都會存在不計其數的工程樁，因此在進行坑支護設計時，不可忽視工程樁的存在，應將支護結構對工程樁的影響考慮在內。endprint

2 坑中坑支護方法

通常面對基坑工程，大多數人的關注點都是開挖過程中基坑穩(wěn)定性及安全性，往往忽略了基坑內部坑中坑（以下簡稱坑中坑）對整個基坑的影響。然而事實證明，對于基坑圍護工程來說，坑中坑支護設計至關重要，而且不容忽視，一旦坑中坑支護設計環(huán)節(jié)處理不當，很容易導致坑側壁滑坡和坍塌，使主體結構工程樁（以下簡稱工程樁）產生位移；若基坑邊緣的坑中坑處理不當，其后果更為不堪設想，它會危及整個基坑的安全，對整個工程造成無可挽回的損失。

2.1 放坡

若坑中坑開挖深度范圍中的土層是淤泥質土，應采取必要的抗滑措施，比如在坡體表面加打短鋼筋或木樁等，盡量保證坡體的穩(wěn)定性。圖2為坑中坑放坡開挖示意圖。

2.2 重力式擋墻

2.2.1 樁板墻

樁板墻是主要通過在樁間掛上擋土板的方式，將土壓力最后全部傳遞至錨固樁上。其中，樁間擋土板可以采用現(xiàn)澆的方式進行制作，也可以采用預制的方式進行制作以使施工進度加快，且能將墻后土體的暴露時間減少。如果樁板墻面坡垂直，則此時的收坡效果最好，一般可以在任何地層中適用，且不受墻高限制。當樁板墻高度大于12m時，可以采用預應力錨索樁。而且因為預應力錨索樁可以通過增加樁的長度來彌補地基承載力的不足，所以其也比較適用于膨脹土路塹設計中。 它的受力特點是：樁板墻的錨固樁承擔了幾乎全部的主動土壓力，造成它的安全儲備比較少，所以在進行樁的設計計算時，應該考慮到這因素。

2.2.2 樁間墻

樁間墻是采用得比較廣泛的支擋形式，樁間墻的特點是可以采用簡單的常規(guī)施工方法，，當采用樁間墻時，重力式路塹墻高一般不能大于10m。如果地面橫坡比較陡，則因為樁間墻的收坡效果不是很好，故不適宜采用樁間墻。樁間墻的受力特點是：采用錨固樁先進行施工同時加載，在進行樁間墻計算時，應該對樁所承擔全部土壓力進行考慮，所以應該適當提高對樁間擋土墻參數的考慮。在實際施工完成后，擋土墻和樁將會共同承擔土壓力，但是在樁的計算中并沒有扣除墻所承擔的那部分土壓力，所以樁間墻是有比較大的安全儲備的。

圖3為雙軸水泥土攪拌樁重力式擋墻平面布置示意圖。

圖4為高壓旋噴樁重力式擋墻平面布置圖。

2.3 樁建土釘墻

樁間土釘墻的工程施工過程比較復雜。當地面橫坡比較陡的時候，其收坡效果比較好。樁間土釘墻的土釘對土體或巖體是具有加固作用的，故樁間土釘墻的最大墻高可以達到比較大的值，比較適用于地面橫坡很陡的地方，但不適用于膨脹土地段、腐蝕性比較大的地層以及邊坡土質松散地層。它的特點是：節(jié)省工程量，機械化水平容易提高，施工難度降低而施工質量提高，有比較大的安全儲備。

3 坑中坑的安全穩(wěn)定性分析

坑中坑與單一基坑的區(qū)別在于內坑的開挖削弱了外坑的被動區(qū)，從而降低了外坑的抗隆起安全穩(wěn)定性。此時，如果外坑的Ks值仍按照單一基坑進行計算，則其計算結果將會過高估計外坑的抗隆起安全穩(wěn)定性，對工程本身及周圍環(huán)境造成較大影響。因此，計算坑中坑Ks值的關鍵是確定其內坑的削弱效應。根據內、外坑的水平距離d，可將內坑的削弱效應分為圖6中的2類。當d

此時，內坑的開挖對外坑抗隆起安全穩(wěn)定性的削弱主要表現(xiàn)為：區(qū)域HZFN內開挖土體而產生的土體抗滑動力矩的損失和相應滑裂段F到N上剪力消失而產生的滑裂段抗滑動力矩的損失。

當d≥d2時，內坑圍護結構在外坑圓弧之外（見圖6（b））。此時，削弱作用主要表現(xiàn)為內坑的開挖對外坑被動區(qū)土體產生的擾動，從而降低了外坑被動區(qū)土體的抗剪強度。根據工程實踐經驗，其削弱量可近似為圖6（b）中滑裂段KyN上抗滑動力矩的損失。K點為外坑最下一道支撐與內坑坑底連線和滑動圓弧的交點。

4 坑中坑變形分布及其規(guī)律

坑中坑的設計施工是一個十分重要卻又經常被忽視的問題。圖7、圖8分別為坑中坑平面示意圖和剖面示意圖。在研究內坑開挖對外坑地墻變形造成的影響時，引入外坑地墻側移影響率，其中？駐=-0為內坑開挖后的外坑地墻側移增量，0max為內坑開挖前的外坑地墻側移最大值。這樣既考慮了內坑開挖對外坑變形造成的影響，又把研究重點著眼于累計變形量最大的危險區(qū)域。其中側移影響率β正值為地連墻向坑內變形量增大，負值則為減小。

5 結束語

隨著我國基礎建設的蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了大量的高層建筑，基坑工程師建筑工程的基礎。所以基坑工程的重要性不言而喻，我國自1999年開始陸陸續(xù)續(xù)出臺了一系列的規(guī)程、標準，規(guī)范了建筑市場，發(fā)揮了重要的作用。在進行基坑的設計時，應依據不同工程的各自特點，采取不同的工程設計形式，以實現(xiàn)設計的經濟性、科學性和合理性。現(xiàn)階段對基坑支擋工程設計形式的研究還比較少，所以急需對支擋工程設計形式進行研究。本文就基坑工程坑中坑的相關問題展開討論，包括水壓力、土壓力、施工超載、承壓水、工程樁等等基坑支護影響因素分析，給出了放坡、重力式擋墻、復合土釘墻等坑中坑的支護方法，分析了坑中坑的安全穩(wěn)定性，探討了其變形分布及其規(guī)律，希望對相關參與者與研究人員帶來一定幫助。

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