軟土地區坑中坑式基坑工程的變形特性研究

范多祥,肖紅菊,宋學松,王華凡,鐘東生

(銅陵學院 建筑工程學院,安徽 銅陵 244000)

0 前 言

隨著我國經濟飛速發展,在各城市地鐵發展建設的同時,城市內開挖深基坑引發的一系列問題接踵而來,而現有的基坑工程標準及行業規范中都沒有提到坑中坑成果,疏忽坑中坑問題也招致了一些基坑工程事故,龔曉南[1]呼吁重視“坑中坑”對基坑圍護結構穩定性的影響,并對“坑中坑”類基坑的圍護結構穩定性和變形特性進行了對比分析。吳銘炳[2]通過分析內坑、外坑間的相互影響,對軟土地區坑中坑支護設計計算深度的取值進行了相關研究。陳樂意等[3]利用數值模擬對軟土地區某基坑的開挖計算深度、坑中坑位置等影響因素進行了探討。申明亮[4]利用有限元軟件對影響坑中坑基坑應力場的內外坑面積比、內外坑深度比、坑址系數和內墻插入比等參數進行對比分析。目前對“坑中坑”的研究主要集中在利用數值模擬進行分析,鑒于“坑中坑”類問題尚有較大的研究空間,本文試圖通過對大量文獻調研以及實際工程中數據的收集、整理、研究和分析,并結合“坑中坑”自身結構特點,獲得坑中坑基坑的變形特性,從而為坑中坑的設計和施工提供參考。

1 數據分析結果

1.1 最大側向變形量與內外坑間距間的關系

為數據分析方便,將坑中坑式基坑工程的設計參數用以下符號表示：外坑開挖深度H,內坑開挖深度h,外坑圍護結構最大側向變形量δHmax,內坑圍護結構最大側向變形量δhmax,外坑圍護結構最大側向變形量δHmax與開挖總深度(h+H)的比值,即K=δHmax/(h+H),內坑圍護結構最大側向變形量δhmax與開挖總深度(h+H)的比值,即k=δhmax/(h+H)

將收集的數據進行整理得到外坑和內坑圍護結構最大側向變形與開挖總深度的比值(k和K)如圖1所示。

圖1 K、k與內外坑間距關系圖

對數據分析得出以下結論。

1)當開挖總深度不變時,外坑圍護結構最大側向變形量隨內外坑間距的增大而減小,分析結論與文獻[5]的結論基本一致。

2)當開挖總深度不變時,內坑圍護結構最大側向變形量隨內外坑間距的增大而增大。

1.2 最大側向變形量與內外坑插入比間的關系

為數據分析方便,將設計參數用以下符號表示：外坑開挖深度H,內坑開挖深度h,外墻入土深度D,內墻入土深度d,內墻插入比定義為內墻入土深度與內坑開挖深度的比值,即c=d/h。外墻插入比定義為內墻入土深度與內坑開挖深度的比值,即C=D/H。將收集的數據進行整理得到內外坑插入比(c和C)與內外坑圍護結構最大側向變形量如圖2～3所示,對數據分析得出以下結論：

1)內墻插入比對外坑圍護結構最大側向變形量的影響不大,相反內墻插入比對內墻圍護結構的側移有較大的影響,內坑圍護結構最大側向變形量隨內墻插入比的增大而減小。

2)外坑圍護結構最大側向變形量隨外墻插入比的增加有減小的趨勢,而外墻插入比的變化對內坑圍護結構最大側向變形量影響不大。

圖2 c與δhmax、δHmax關系圖

圖3 C與δhmax、δHmax關系圖

1.3 開挖深度與基坑周圍地表最大沉降值關系

為數據分析方便,將設計參數用以下符號表示：外坑開挖深度H,內坑開挖深度h,基坑周圍地表最大沉降值δvmax將收集的數據進行整理得到內、外坑開挖深度與基坑周圍地表最大沉降值δvmax,如圖4所示,對數據分析得出以下結論。

1)在圍護結構、開挖方式等因素相同的條件下,基坑周圍地表最大沉降值與外坑開挖深度、內坑開挖深度兩者單獨有著密切的關聯(如圖4)，結合文獻[6]，單基坑坑周地表最大沉降與開挖深度關系δvmax=αHe(式中，α=0.133% ～ 0.332%),“坑中坑”雖為一種特殊的基坑形式,但單級基坑與“坑中坑”忽略內坑影響的情況下,外坑開挖深度與地表最大沉降量之間的關系類似,但α不同,考慮“坑中坑”內坑影響時周圍地表沉降量相比單級基坑更大,內坑的開挖深度與地表最大沉降量不再符合單基坑的線性規律。

圖4 H、h與δvmax關系圖

2 結 語

針對坑中坑式基坑相應的各項變形特性的研究還在初步階段這一現象,筆者收集了27組來自軟土地區實際建設項目中的數據,進行分析,得出以下結論。

1)當開挖總深度不變時,外坑圍護結構最大側向變形隨內外坑間距的增大而減小,內坑圍護結構最大側向變形隨內外坑間距的增大而增大。

2)內墻插入比對外坑圍護結構最大側向變形量的影響不大,相反內墻插入比對內墻圍護結構的側移有較大的影響,內坑圍護結構最大側向變形量隨內墻插入比的增大而減小。外坑圍護結構最大側向變形量隨外墻插入比的增加有減小的趨勢,而外墻插入比的變化對內坑圍護結構最大側向變形量影響不大。

3)在圍護結構、開挖方式等因素相同的條件下,基坑周圍地表最大沉降值與外坑開挖深度、內坑開挖深度兩者單獨有著密切的關聯,“坑中坑”雖為一種特殊的基坑形式,但單級基坑與“坑中坑”忽略內坑影響的情況下,外坑開挖深度與地表最大沉降量之間的關系類似,考慮“坑中坑”內坑影響時周圍地表沉降量相比單級基坑更大,內坑的開挖深度與地表最大沉降量不再符合單基坑的線性規律。

由于各項工程基坑支護方式、施工用料,基坑開挖方式等因素的不同,對于圍護結構變形、基坑周邊土體沉降等變形都會產生影響,因此，本文的結論有待進一步考證。

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