利用工程樁作為坑中坑水平支撐結構的方法研究

摘要：在基坑設計中，經常會出現“坑中坑”的現象，目前對坑中坑的支護形式主要的中采用支護樁加深、增加錨索等方法完成。本文針對坑中坑靠近基坑邊的形式，提出了采用工程樁作為主要水平承力構件的基坑支護模式，既節省了支護結構的費用，也節省了工期，值得在后續的工程中推廣。

關鍵詞：坑中坑；水平支撐；工程樁

1.工程項目背景

在高層建筑設計中，電梯井通常作為塔樓的剪力墻使用，該處承臺通常比其余地下室底板低3～4m，特別是高速電梯的使用，其位置比地下室底甚至低4～6m，或者由于地下室消防水池、集水池或者污水池的建設，需要在基坑底開挖出面積較小，但是深度較大的小基坑，從而形成“坑中坑”的現象[1]。因此必須在坑中坑內設置1～2道錨索或者水平支撐才能滿足坑中坑支護的需要。

目前，在基坑支護工程中，一般采用混凝土灌注排樁+預應力錨索或內支撐結構來對基坑進行支護[2]。但是一般而言，坑中坑的平面尺寸較小，無法滿足錨桿機械作業的要求。如需要施工錨桿，則必須進一步開挖坑中坑土方，預留出施工作業面，這樣，則造成開挖和回填土方的浪費，增加了施工成本，延長施工工期；越到基坑底部，地下水壓力較大，錨桿成孔的難度增大，且成孔速度較慢，而且，還需要等待注漿體達到設計強度才能進行錨桿張拉鎖定及檢測，其工期較長，成本也高，難以滿足建設單位的要求。當然，若為了節省工期，在坑中坑處不設置錨桿，這樣，支護樁的彎矩會很大，則需要采用大直徑的支護樁作為水平支撐結構[3]，相對應地，支護樁直徑與配筋都需要非常大，增加成本；另外，在實際施工過程中，錨桿的質量較難控制，容易給施工帶來較大的安全隱患。

2.工程樁作為坑中坑水平支撐結構

為了解決水平支撐的問題，利用在坑底已經施工完畢的工程樁作為水平承力構件，并通過腰梁、支撐梁將支護樁與工程樁連接起來，將土壓力通過腰梁和支撐梁傳遞到工程樁上，所需工程樁的數量根據計算所得。（如圖2-1及圖2-2所示）該方法充分利用了工程樁的水平承載力，基坑回填后，基坑作用于工程樁的水平力將消失，不影響工程樁在主體結構中的使用。而且避免了在土方的大量開挖、在基坑底下繼續施工錨桿的作業方式，縮短了工期。由于不需要錨桿作為水平承力構件，避免了由于錨桿施工質量問題可能帶來的隱患，同時也大大節省了成本。

圖2-1坑中坑水平支撐示意圖

1.腰梁；2.支護樁；3.坑中坑；4.水平支撐；5.工程樁

（1）工程樁水平抗力計算

工程樁水平承載力是本方法中的核心問題，支護樁的水平承載力可采用《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）推薦的公式：

χ0a——工程樁樁頂允許位移，mm；

因此工程樁選取的數量和位置均受到工程樁位移的限制，位移限制越嚴格，工程樁能提供的水平抗力越小，需要的工程樁就越多，因此我們應可能選擇大直徑和地層條件較好的工程樁。

（2）該方法的實現過程研究

待基坑開挖至地下室底板標高，且工程樁施工完畢之后。根據坑中坑開挖的深度計算水平支撐在豎向上的位置，然后計算出水平推力大小，據此確定工程樁的數量，然后根據基坑內工程樁實際的位置選擇坑中坑旁邊的樁，以不影響坑中坑承臺的施工為宜。選定工程樁之后根據腰梁和支撐的平面布置計算出腰梁和支撐的尺寸及配筋。根據計算在需要布置腰梁和支撐梁的豎向位置上，分別在工程樁和支護樁上植筋，支護樁上的植筋需要滿足對腰梁重量的支撐和對腰梁的錨固，工程樁上的植筋則根據支撐梁所需的鋼筋的數量確定，應將支撐的鋼筋全部植入到工程樁中。然后綁扎腰梁和支撐的鋼筋，支模、并澆筑混凝土。經過養護，混凝土腰梁就牢牢地和灌注樁連接起來形成一個整體，樁后的土壓力通過支護樁傳遞到腰梁上，并通過腰梁和支撐傳遞到工程樁上，解決了超挖部分基坑的水平支撐問題。這樣的工藝避免了在坑中坑內施工錨桿時大挖大填的作業方式，也避免了錨索施工工期長，造價高的問題，既節省了成本又節省了工期，具有較大的經濟效益。

3.工程實例

某基坑位于深圳市僑香路和香蜜湖路交叉口的東南角，周長約538m，北側長177m，東側長82m，南側長130m，西側長148m?；由疃?.9-13.0m。基坑側壁土層如表3.1所示

由于電梯井建設，坑中坑的水平尺寸約7×3m，深度5m，由于寬度較小，若采用錨桿作為水平承力構件，空間不足，且樁的嵌固深度不夠。由于電梯井在樁基施工之后開挖，具備采用工程樁作為水平承力構件的條件。設計中采用了四條工程樁作為水平支撐樁，通過腰梁和支撐將支護樁的水平力傳到工程樁上。通過監測，工程樁的水平位移值最大只有3mm，支護樁的內力也得到了控制，有效地解決了基坑局部超挖的坑中坑支護問題。

4.結論及建議

（1）利用工程樁作為水平承力構件解決坑中坑的水平支撐問題，既充分利用了工程樁的水平承載力，又減少了額外設置水平支撐構件（如錨索），節省了成本；

（2）利用工程樁作為水平支撐結構，大大節省了工期；

（3）如果可行伸展考慮利用墩基礎或者筏板基礎作為水平承力構件，解決坑中坑的水平支撐問題。

參考文獻：

[1]李金青坑中坑基坑支護設計變形計算影響因素分析[D]2012；

[2]呂彥菲排樁內支撐支護基坑的變形研究及優化[D]2013；

[3]李志剛朱亞偉大直徑鉆孔灌注樁在深基坑圍護中的應用《巖土工程師》1996.1