帶坑中坑基坑的研究現(xiàn)狀及其平面分布類型

宋明健，丁曉波，李 鐵，周 軍

(中國十九冶集團(tuán)有限公司，四川成都610031)

基坑工程是巖土領(lǐng)域研究的熱點和難點之一，具有事故多發(fā)的特點［2］、［3］。

隨著建筑結(jié)構(gòu)的多樣化，主副裙樓等建筑，尤其是高層結(jié)構(gòu)的電梯井、集水井和基礎(chǔ)設(shè)備等附屬結(jié)構(gòu)設(shè)施，導(dǎo)致絕大部分基坑坑底不是簡單的平面，而是出現(xiàn)了大量深淺不一的帶坑中坑基坑形式，如圖1所示。

圖1 帶坑中坑基坑的工程

帶坑中坑基坑不同于一般簡單的坑底是平面的基坑，具有特殊而復(fù)雜的空間形式和巖土條件。由于內(nèi)部基坑(簡稱“內(nèi)坑”)，一般情況下是在外圍基坑(簡稱“外坑”)開挖到一定深度后逐步形成的，內(nèi)坑施工的工況已不同于外坑施工時的巖土狀況。此外，在內(nèi)坑的形成過程中，內(nèi)、外坑的流場、應(yīng)力場和形變場相互影響、相互制約，即內(nèi)、外坑的巖土狀況和力學(xué)特征之間存在一定的時空耦合關(guān)系。這種耦合關(guān)系及其影響，不僅和內(nèi)、外坑的深度及場地地層有關(guān)，內(nèi)、外坑之間的空間位置關(guān)系，對其影響也非常顯著。因此，很有必要對內(nèi)、外坑之間的空間位置關(guān)系進(jìn)行分類討論。

1 研究現(xiàn)狀

對坑中坑基坑土壓力及變形規(guī)律的認(rèn)識程度，直接關(guān)系著基坑工程及后續(xù)工程的安全與穩(wěn)定。另一方面，目前對坑中坑基坑的研究并不多。現(xiàn)有的資料中，多是對坑中坑基坑支護(hù)方法的分析和探討。

文獻(xiàn)［6］介紹了上海環(huán)球金融中心工程基坑工程，該坑中坑基坑面積約占大基坑面積的28%，坑體量約為1×104m3，主樓基坑開挖深度達(dá)18.35 m，坑中坑基坑開挖深度達(dá)25.89 m。工程采用直徑700 mm鋼管工程樁與鉆孔灌注樁組合形成坑中坑圍護(hù)排樁，坑中坑邊坡采用1∶1放坡處理，并用配筋噴射混凝土護(hù)坡，基坑墊層厚0.2 m。金立堅［7］等人結(jié)合上海地鐵一號線南站改建工程，通過深淺基坑施工先后順序的調(diào)整，利用已完成的結(jié)構(gòu)合理設(shè)置傳力帶和架設(shè)鋼支撐，實現(xiàn)了對深淺不一的基坑不平衡土壓力的控制。蘇克忠［8］介紹了高含水量粉砂土層環(huán)境下，采用鋼板樁對內(nèi)坑進(jìn)行支護(hù)的工程實例。吳銘炳等人［9］對坑中坑基坑的設(shè)計和監(jiān)測方法，進(jìn)行了分析。認(rèn)為坑中坑設(shè)計，難點在于對基坑計算深度的確定，而且很難完全弄清基坑問題，需要加強(qiáng)監(jiān)測，采用信息化施工技術(shù)。鄭定芳等人［10］較為系統(tǒng)地介紹了坑中坑可能用到的技術(shù)，如水泥攪拌樁重力墻、松木樁加鋼板樁等支護(hù)技術(shù)，認(rèn)為應(yīng)根據(jù)基坑平面形狀、土質(zhì)等信息，綜合考慮適合的支護(hù)技術(shù)。

綜上所述，基坑事故較為頻繁，仍是巖土工程界和學(xué)術(shù)界探討的重要方向之一［2、3、5］。隨著建筑結(jié)構(gòu)的多樣化，主副樓群等型式、電梯井、集水井和基礎(chǔ)設(shè)備等部位的存在，出現(xiàn)深淺不一的帶坑中坑的基坑形式則更是必然的事。而目前對坑中坑基坑的理論研究尚少，在實際工程中，對基坑坑中坑，即內(nèi)坑的影響往往低估，甚至不考慮［4］。

2 分布類型

由于土拱效應(yīng)和應(yīng)力集中作用的影響［5］，開挖卸荷后的坑壁走向線，在平面上若為曲線，比直線型的坑壁，具有較好的受力狀態(tài)，即圓形基坑相對于矩形基坑，其坑壁具有較好的穩(wěn)定性。而且，現(xiàn)有大部分內(nèi)坑，如電梯井、集水坑等，多為矩形形式。

鑒于這一實際，以直線型坑壁的矩形基坑為研究對象進(jìn)行歸類。根據(jù)內(nèi)、外坑的坑壁關(guān)系，將帶坑中坑基坑分為5種類型。

2.1 貫穿型

該類型基坑形式如圖2所示。

圖2 “貫穿型”坑中坑基坑

貫穿型坑中坑基坑，其分布特征在于，內(nèi)坑位于外坑內(nèi)部，在一個方向上的內(nèi)、外坑兩側(cè)坑壁重合在一起;在另一個方向上，內(nèi)坑坑壁和同側(cè)的外坑坑壁有一定的距離。

該類型坑中坑不常見，多為主副裙樓形式。

2.2 整邊型

該類型基坑形式如圖3所示。

圖3 “整邊型”坑中坑基坑

整邊型坑中坑基坑，其分布特征在于，內(nèi)坑位于外坑內(nèi)部，在一個方向上內(nèi)、外坑的兩側(cè)坑壁重合在一起;在另一個方向上，一側(cè)內(nèi)坑坑壁和同側(cè)的外坑坑壁重合在一起，但另一側(cè)的內(nèi)、外坑坑壁之間有一定的距離。即內(nèi)、外坑三邊重合共線，僅一側(cè)邊保持有一定距離。

該類型坑中坑較為常見，多為主副裙樓形式。

2.3 正中型

該類型基坑形式如圖4所示。

圖4 “正中型”坑中坑基坑

正中型坑中坑基坑，其分布特征在于，內(nèi)坑位于外坑內(nèi)部，但內(nèi)、外坑不重合，其四個方向的坑壁之間均保持有一定距離。

該類型坑中坑較為常見，多為集水坑、電梯井、設(shè)備基礎(chǔ)坑、主副裙樓等形式。

2.4 臨邊型

該類型基坑形式如圖5所示。

臨邊型坑中坑基坑，其分布特征在于，內(nèi)坑位于外坑內(nèi)部，內(nèi)坑坑壁和外坑坑壁有一側(cè)共邊，其他三個方向的內(nèi)、外坑坑壁之間均有一定距離。

圖5 “臨邊型”坑中坑基坑

該類型坑中坑較為常見，多為設(shè)備基礎(chǔ)坑、電梯井、集水坑等形式。

2.5 邊角型

該類型基坑形式如圖6所示。

圖6 “邊角型”坑中坑基坑

邊角型坑中坑基坑，其分布特征在于，內(nèi)坑位于外坑內(nèi)部，內(nèi)坑坑壁和外坑坑壁的兩側(cè)，即該兩側(cè)相鄰交角共邊重合，其他兩個方向的內(nèi)、外坑坑壁之間均有一定距離。

該類型坑中坑不怎么常見，多為設(shè)備基礎(chǔ)坑、集水坑、電梯井等形式。

3 結(jié)束語

帶坑中坑基坑越來越多，現(xiàn)有的基坑理論體系很難解釋這種復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)形式下的土壓力和變形的耦合效應(yīng)，該耦合效應(yīng)的影響因素、分布特征和變化趨勢以及不同特性土層尤其是軟土層可能對其的影響等，均有待深入研究。

［1］曾憲明，林潤德，易平，等.基坑與邊坡事故警示錄［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999

［2］劉建航，候?qū)W淵.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997

［3］龔曉南.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望［J］.巖土工程學(xué)報，2000，22(2):238－242

［4］龔曉南.關(guān)于基坑工程的幾點思考［J］.土木工程學(xué)報，2005，38(9):99－104

［5］宋明健.基于開挖卸荷效應(yīng)的基坑共同變形與動態(tài)支護(hù)理論［D］.中山大學(xué)，2008

［6］龔劍.上海環(huán)球金融中心主樓超大超深基礎(chǔ)坑中坑圍護(hù)施工技術(shù)［J］.建筑施工，2006，28(5):331－334

［7］金立堅，王志剛.“坑中坑”——高低跨深淺坑異形區(qū)間隧道的基坑施工技術(shù)——上海地鐵一號線南站站改建工程(三)［J］.建筑施工，2005，27(9):5－7

［8］蘇克忠.深基坑中局部深坑開挖的鋼板樁施工技術(shù)［J］.建筑技術(shù)，2006，37(12):939－941

［9］吳銘炳，林大豐，戴一鳴，等.坑中坑基坑支護(hù)設(shè)計與監(jiān)測［J］.巖土工程學(xué)報，2006(2):1569－1572

［10］鄭定芳，陸曉明.地下室坑中坑的支護(hù)技術(shù)［J］.西部探礦工程，2004，16(11):45－46