坑中坑式基坑工程內外坑圍護結構變形相互影響研究

張小文,何南方,陳緒云

(銅陵學院,安徽 銅陵 244000)

0 前 言

改革開放以來,我國的城市化進程的不斷加快,為了應對我國人口快速增加與城市基礎設施相對落后的矛盾,城市建設規(guī)模不斷增大,發(fā)展高層、超高層建筑、發(fā)展地下空間成為主流。對城市的地下空間的開發(fā)與利用,使基坑工程不斷涌現,其形式也越來越復雜,坑中坑工程作為基坑工程的獨特形式之一,具備傳統(tǒng)基坑工程卸載開挖的部分特征。由于建筑物在施工和使用過程中存在著各種需求,有時需要在原有基坑內部進行再次開挖,形成能容納地下室、承臺、電梯井等結構的內部小坑,被稱為內坑或坑中坑[1]。內坑的開挖對外坑底面土體豎向位移的影響,相關的研究較少[2-4]。內坑只是作為外坑的一個局部下沉,有時只需進行簡易支護,對變形要求不嚴。現行基坑工程設計規(guī)范中未涉及坑中坑方面的問題,仍用傳統(tǒng)的基坑支護理論指導設計和施工,往往會因諸多不確性因素導致重大工程事故。本文通過對基坑內外坑圍護結構的水平位移數據分析,研究內坑開挖以及內外墻的插入比對內外坑圍護結構變形的影響[5-7]。

1 數據來源

筆者通過互聯網的大數據收集相關資料共查閱了27種坑中坑的工程案例并對其進行數據分析，并且收集了92種其他類型的基坑進行了數據對比。所選案例均來自軟土地區(qū)的坑中坑基坑,集中分布在上海、浙江等地。

2 數據分析

2.1 開挖至外坑底和開挖至內坑底時對外坑圍護結構變形

開挖外坑時基坑變形程度較大,最大水平變形為40.7 mm。在外坑開挖完成后,基坑的變形值已經趨于穩(wěn)定。內坑開挖完成之后,與開挖至外坑底時相比最大側向變形量增加6 mm左右(見圖1),說明內坑開挖對外坑圍護結構變形的影響較小。

圖1 外坑深度與內坑深度的比值對外坑圍護結構變形量的關系

2.2 內墻插入比對外坑圍護結構最大側向變形量的影響

對收集的數據參數設置為：內坑開挖深度h,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。內墻插入比對外坑圍護結構最大側向變形量的影響不大,可能是由于開挖深度或支護形式不盡相同。內墻插入比變化對內墻側移有較大的影響,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(見圖2)。

圖2 內墻插入比與內外坑圍護結構最大側向變形量(開挖至坑底)的關系

2.3 外墻插入比對內坑和外坑圍護結構最大側向變形量的影響

對收集的數據參數設置為：外坑開挖深度H,外墻入土深度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,外墻插入比的增加對內坑圍護結構最大側向變形量影響不大(見圖3)。

圖3 外墻插入比與外坑圍護結構最大側向變形量(開挖至內坑坑底)的關系

2.4 外墻插入比對內坑和外坑坑底的最大豎向位移的影響

內坑坑底的最大豎向位移如圖4所示,由此可知：土體卸載產生的內坑坑底豎向位移較為明顯,均超過了94 mm以上。分析原因可知,是因為內墻結構向坑內側移產生擠壓作用而形成的。由數據可知,內坑坑底的最大豎向位移穩(wěn)定在96 mm左右,受外墻插入比影響較小。

圖4 不同外墻插入比與內坑最大豎向位移的關系

在坑中坑開挖卸載過程中,外坑坑底介于外墻和內墻之間,作為內坑坑背,同時又是外坑坑底,對內墻則提供主動土壓力作用,而對外墻提供被動土壓力作用,此處土體應力路徑最為復雜。外坑坑底的最大豎向位移穩(wěn)定在85 mm左右,受外墻插入比的影響也比較小。

3 結 語

1)內坑開挖對外坑圍護結構變形影響較小,對外坑圍護結構變形產生很小的影響；外坑開挖結束,圍護變形值基本穩(wěn)定,主要變形集中在外坑的開挖上。外坑的水平變形主要是大基坑的外圍護變形,內坑的水平變形較小。設計施工中,應重點觀察外坑開挖過程的圍護結構變形。

2)外墻墻身側移受外墻插入比的影響較大,但內墻插入比對其基本無影響；而內墻墻身側移受內墻插入比的影響較大,但外墻插入比對其基本無影響。

3)坑中坑的外坑卸載導致被動區(qū)土體豎向應力減小,內坑再次開挖卸載則使內外墻體均產生向坑內發(fā)生位移趨勢,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；外墻插入比的增加有利于降低外坑圍護的水平變形量。內坑圍護結構最大側向變形量隨外墻插入比的增加有升高的趨勢,適當降低外墻插入比有利于減小內坑的水平變形量。

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